黄河源区弯曲河流滨河植被与河湾迁移的关系

为了解滨河植被对河湾横向迁移的作用,以及河湾迁移对滨河植被群落分布的影响,对黄河源区兰木错曲弯曲河段崩塌块、凹岸植被生物量和凸岸植被多样性进行现场调查统计,给出了河湾迁移速率的估算方法。结果表明:其迁移速率与凹岸植被生物量呈指数关系;河湾凸岸边滩的泥沙沉积在不同重现期洪水作用下,形成不同的植被条带,对应于5种典型的植被群落;河湾的横向迁移对滨河植被生态系统具有调节作用,形成一种牧草先增多后减少再增多的草场更新机制,原生演替不断循环进行,以维持草场的长期可持续放牧功能。     

黄河源区曲流滨河植被空间分布与土壤特性关系研究

以兰木错曲典型河湾为研究对象,开展了植被样方调查与土体水理、物理化学特性等分析,得出研究区植被空间分布与土壤特性的关系,可为源区植被的保护提供参考。兰木错曲的河岸植被有明显分带特征,随着河岸距的增大,物种生境类型由湿生→湿中生→中生演替变化;研究区植被对拦截泥沙、稳定河岸、保持土壤水分发挥重要作用;由近岸至边滩中部,土壤含水量与田间持水量先减小后增大,土壤有机质、腐殖质、全N含量逐渐增大,土壤PH值、密度逐渐降低。由灰色关联分析显示,植被演替与土壤特性相互影响,植被由近岸至远岸的横向演替导致土壤保留水分的能力增强、有机质和全N等养分含量增加,促进了植物的生长。     

黄河源区滨河草甸对弯曲河流河道演变的影响

通过对黄河源区弯曲河流的6个河段进行水流特征和边岸植被特征等方面的野外调查研究,分析了河岸植被对弯曲河流河床演变的影响。结果表明:①黄河源区弯曲河流普遍发育于山地草甸和高寒草甸分布区,河岸植被发育良好,河流形态发育良好;②研究区6个试验点的植物种类繁多,以中生、湿中生植物为建群种或优势种,凹岸和凸岸的植被覆盖情况差异明显,凹岸植被生长时间长、植被群落相对稳定、物种多样性指数高、植株平均高度较高,平均覆盖度是凸岸的1.5～2.0倍;③凹岸草甸植被的淘刷主要发生在每年7—8月的洪水期,植被根系层下部因淘刷临空而坍塌形成护岸,从而减小了凹岸河湾演变速度;④发育良好的河岸植被不仅减轻了河岸侵蚀程度,而且提高了河岸土体的机械强度,有利于保持河湾形态的相对稳定性。     

黄河下游植被覆盖度动态变化及其与水沙过程关系

黄河下游滨河植被覆盖度是滩区生态环境重要表征指标之一。基于MODIS-NDVI数据,采用M-K法分析研究了黄河下游植被覆盖度动态变化情况,结合Pearson相关分析、逐步多元回归分析法研究了气温、降水量及河道水沙因素对滨河植被覆盖度的影响情况。结果表明：时间上,2001—2019年黄河下游植被覆盖度无显著变化趋势,各河段年内变化幅度不一;空间上,滨河植被覆盖度沿横向离河距离的变化而变化,其中游荡河段影响范围最宽,过渡河段次之,弯曲河段最窄;相关性及多元回归分析结果表明,相较于降水量,气温及河道水沙过程对黄河下游滨河植被覆盖度的影响较大。     

淮河河道滩岸泥沙颗粒基本属性研究

淮河某些典型河段河床稳定性较差,主要是由其边界条件的不稳定性造成的。采用现场查勘与室内试验相结合的方法,对淮河河道滩岸泥沙颗粒基本属性进行了研究。研究结果表明,淮河河道滩岸泥沙主要为低液限黏土及粉土质砂。所选取断面泥沙土体构成为上部土质较细,一般为低液限黏土;下部土质较粗,一般为粉土质砂或含细粒土砂。对抗冲性有较大影响的土性指标为黏粒含量、抗剪强度,不同泥沙土体的黏粒含量及抗剪强度特性不同;低液限黏土抗剪强度指标凝聚力大于粉土质砂,粉土质砂内摩擦角大于低液限黏土。同一种泥沙土体抗剪强度指标大小与干密度呈正比趋势,而与饱和度呈反比趋势。由本次选取的代表性断面泥沙土体颗粒分析结果来看,低滩土体大多由粉土质砂组成,含黏性土极少,是较易坍塌的滩岸。     

黄河源草甸型弯曲河流的悬臂式崩岸机制

弯曲河流的滨河草甸对抑制河岸崩塌和维持河湾蜿蜒具有重要作用。2011—2014年,在黄河源区兰木错曲的弯曲河段对河岸植被根系、崩塌块几何尺寸、根土复合体物理和力学特性等开展野外调查,并通过原位拉拔试验测定河岸崩塌面植被根系抗拉强度,进而分析草甸型弯曲河道的崩岸机制。草甸型弯曲河流的滨河植被根系网络具有较强缠绕和固结土体作用,河岸根系的力学特性是抑制凹岸崩岸的关键因子。近岸水流淘刷作用集中于根系作用范围以下的砂卵石层,当砂卵石层被淘刷至上部悬空,在自重作用下达到临界状况,河岸沿纵深方向出现贯穿性裂缝,最后崩塌块垮塌贴住河岸。崩块的破坏形式以悬臂式张拉破坏为主。崩塌块的植被根系长度与崩塌块厚度呈明显对数函数关系,其体积也随根系长度增大而增加。分析草甸型弯曲河流的新崩岸模式,建立了近岸根土复合体崩岸的临界力矩平衡方程,并简化得到崩塌块的临界宽度表达式。崩塌块体的临界宽度是崩塌块根系长度和根系产生的抗拉强度增量的函数,临界宽度的计算值与实测值较为符合。     

含水率变化对黄河下游滩岸土体力学性质影响及稳定性分析

黄河下游滩区岸坡坍塌,压缩滩区人民的生产空间,造成了极大的经济损失。因此,在对万滩镇至柳园口段滩岸踏勘、取样以及室内土工试验的基础上,分析滩岸土体组成及结构特征,研究含水率变化对土体强度的影响,并利用Optum G2研究土体强度变化对多层土滩岸稳定性的影响。结果表明：黄河万滩镇至柳园口段滩岸土体由黏土和粉砂土组成,表现为交互分层结构;随着含水率的提高黏土和粉砂土黏聚力均先增大后减小,内摩擦角逐渐减小;含水率对岸坡土体强度产生显著影响,含水率从18%增大到40%时黏土层黏聚力降低80%、内摩擦角降低约87%;滩岸组合边坡稳定性降低,岸坡稳定系数随着含水率提高表现为先增大后减小。     

白河河湾迁移速率及影响因素分析

白河为黄河源区典型弯曲河流,2016年和2017年对白河9处典型河湾进行了考察采样。分析表明,白河河湾凸岸植被呈环形条带状分布,一般有2~3个植被群落;湾顶从前至后的树木尺寸显示出明显的由低矮到高大的梯度变化。对凸岸树芯和圆盘样本进行年轮分析,获取了树木的分布和树龄数据,提出了通过树木年轮和距离计算河湾迁移速率的方法。通过绘制树龄分布云图找出关键样本,测算白河河湾迁移速率为0.38~6.1 m/a,与遥感影像估算得出的迁移速率基本一致。对白河河湾迁移速率与水流流速、河宽、滩高等数据进行回归分析,建立多元线性回归模型,结果表明水流流速和比降是白河河湾迁移速率的主要影响因素,迁移速率与流速和比降均成正比。     

黄河下游堤防土体抗冲特性试验研究

对不同抗冲条件下黄河下游堤防土体的冲刷特性及影响因素进行了试验研究。结果表明:土体冲刷量的变化受流速、土质的影响较大,密度对冲刷量的变化也有一定影响;随着冲刷时间的延长,土体颗粒级配发生明显的变化,较细的颗粒先被冲走,冲出土体的黏粒含量逐渐降低,平均粒径逐渐增大;流速和密度对黏粒含量和平均粒径的变化影响最为显著,土质次之,试样厚度影响最小。     

典型地震扰动区泥石流堆积体工程特性及其启动机制

地震扰动区内的高山峡谷地区,斜坡易发生崩塌、滑坡,堆积在坡面或沟谷内。雨水入渗导致堆积土体饱和度增加,强度衰减,继而诱发泥石流启动。都汶公路沿线和甘肃舟曲泥石流沟汇水区松散堆积体的物理力学特性试验结果表明,两组泥石流土体细粒含量少,均为宽级配不均匀粉土质砾石土。当舟曲泥石流堆积土含水率增至15%~18%时,都汶土含水率增至12%~15%时,土体黏聚力骤减,暗示土体强度丧失存在临界含水率,这一特定含水率可作为泥石流启动的临界含水率。进一步统计分析表明,泥石流发生前1h的临界降雨量与临界含水率密切相关,利用二者的相关性拟合,可反推泥石流发生的临界降雨量,为地震扰动区泥石流灾害的防治预警提供科学依据。     

黄河源区高寒草甸型二元结构河岸抗冲特性

针对高寒草甸型二元结构河岸抗冲特性，采用自主设计的原位冲刷装置在黄河源区弯曲河流典型二元结构河岸，开展0.4 m/s、1.0 m/s和1.6 m/s三种流速条件的上部根土层和下部砂土层的原位冲刷试验，分析冲刷后的剖面轮廓三维曲面特征。试验结果显示，当冲刷流速由0.4 m/s增加至1.6 m/s时，根土层、级配不良砂和级配良好砂河岸的淘刷深度增加幅度分别为19.9%、17.6%和27.2%。二元结构河岸的土体抗冲系数随冲刷时间增大呈指数函数增长，河岸抗冲能力依次为根土层>级配不良砂>级配良好砂。河岸上部的根土层，由于根系的缠绕和网结作用显著增强了土体抗冲能力，其平均抗冲系数分别是级配不良砂和级配良好砂的2.5倍和4.1倍。     

河南省沿黄湿地草本植物群落多样性特征分析

在河南省沿黄湿地、滩地选择10个典型样地,以草本植物群落为研究对象,开展沿黄湿地植被多样性特征的分析研究。结果表明:群落物种丰富度变化大,随高程增加而呈先升后降的格局,样方间植物物种从1~27种;均匀度指数(E)一般在0.8上下浮动,多样性指数H值介于1.44~2.36之间,均总体呈逐渐减小趋势;Simpson优势度指数在0.7~0.9之间,差异不显著。沿河岸高地至河道的方向,各群落优势种从陆生的白茅等过渡到适应水生的柽柳,伴生种也由狗牙根等旱生植物过渡到芦苇等湿生植物。总之,河南沿黄河湿地草本植物群落多样性水平较低,区域之间物种多样性差异比较大,植物多样性显示出强烈的过渡效应、干扰效应,并充分体现出河南沿黄湿地生境的多样化特征。     

黄河下游堤段湿化变形试验研究

对黄河下游标准化堤防施工过程中部分堤段及其道路发生裂缝的原因进行了分析,并选取东明堤段的土样进行了土体湿化变形试验,结果表明：①东明段堤防堤身、堤基及淤背体表层由四大类土体组成,分别为低液限黏土、低液限粉土、粉土质砂及高液限黏土;②同类土质的邓肯-张模型参数中,自然样的强度参数K、φ值比饱和样的大;③粉土质砂的K、φ值最大,低液限黏土及低液限粉土次之,高液限黏土最小。     

运用正交数值网格计算平面二维河道推移质冲淤

本文对平面二维非均匀推移质冲淤计算进行了研究,针对推移质输沙带具有靠近弯道凸岸、一般不进入回流区的特点,采用文献[1]的数值网格生成方法和流场计算方法,生成在凸岸密集、在立轴回流区稀疏的正交数值网格和计算流场,既可节省计算时间和内存,又能提高推移质冲淤计算精度,运用文献[2]的“可动层”概念,提出床面“可动层”泥沙级配计算方法,考虑了床沙级配随冲积层深度的变化,文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为例,计算了非均匀推移质冲淤河床变形,其结果与实测资料基本一致,     

运用正交数值网格计算平面二维河道推移质冲淤

本文对平面二维非均匀推移质冲淤计算进行了研究。针对推移质输沙带具有靠近弯道凸岸、一般不进入回流区的特点,采用文献[1]的数值网格生成方法和流场计算方法,生成在凸岸密集、在立轴回流区稀疏的正交数值网格和计算流场,既可节省计算时间和内存,又能提高推移质冲淤计算精度。运用文献[2]的“可动层”概念,提出床面“可动层”泥沙级配计算方法,考虑了床沙级配随冲积层深度的变化。文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为例,计算了非均匀推移质冲淤河床变形,其结果与实测资料基本一致。     

黄河源高寒草甸河岸带根-土复合体抗冲特性

为研究黄河源区河岸带根-土复合体抵抗水流冲刷的能力,以青海省河南县弯曲河岸带根土体为研究对象,选择3种不同覆被条件的高寒草甸根土试样开展原状块体水槽冲刷试验.结果表明:相同流速的土体流失质量由大到小依次为杂草覆盖度15％样地、华扁穗草覆盖度75％样地、华扁穗草+金露梅覆盖度90％样地.3种不同覆被条件的根土试样在冲刷速...     

引绰济辽工程溢洪道土质边坡蜂格护坡系统

引绰济辽工程溢洪道边坡级别为1级,边坡土质由粉土、低液限粘土和含砾粘土组成.边坡土质含有大量粒径小于0.075 mm的细小颗粒,此种颗粒极易被坡面水流带走造成水土流失甚至边坡失稳.蜂格护坡系统作为工程解决方案,能够实现土体(填料)约束与坡面表土稳定.蜂格护坡系统通过柔性三维蜂巢网状结构的蜂格网及填料、植被、适配材料的复...     

鄱阳湖沙地植物调查及植被恢复试验研究

为恢复鄱阳湖沙地的植被状况,在实验区内混合配种各种当地草本植物、引进外来植物、乔灌木等,从植被覆盖度、养分含量、草被生物量、生物多样性等方面进行了调查。试验结果表明,在鄱阳湖沙地配置狼尾草、棕叶狗尾草、狗牙根草坪和宽叶雀稗等草本植物与湿地松、刺槐、枫香、胡枝子等乔灌木,能够起到一定的增加植被覆盖度、改良土壤、增加物种多样性的作用。研究结果为鄱阳湖沙地植被恢复提供了依据。     

泥沙颗粒相对隐蔽度理论分析及其应用

泥沙颗粒相对隐蔽度对泥沙的起动、输移等研究均有重要意义。简要阐述了作者近年来在相对隐蔽度理论分析及其应用方面的部分成果,包括：基于不同维度的相对隐蔽度及隐蔽度的分布规律;基于隐蔽度分析的底坡、岸坡及床面上泥沙起动流速;基于隐蔽度分析的宽级配非均匀沙起动特性 Shields 带状曲线成因分析以及基于隐蔽度分析的泥沙颗粒水下内摩擦角试验等相关研究,最后对泥沙颗粒相对隐蔽度的实验研究提出了展望。     

基于树木年轮的弯曲河流河湾迁移速率估算

针对河流源区缺乏长期的河流监测数据,难以确定河湾迁移速率的问题,通过2016年和2017年2次对黄河源区的实地考察和采样情况,以典型弯曲河流白河的9处河湾为例,根据河湾凸岸淤长与植被演替的关系,利用树木年轮分析判断树龄,依据树木位置和树龄的关系估算弯曲河流河湾迁移速率。估算得出白河9处河湾迁移速率为0.38～6.10 m/a,迁移速率与水流流速、河道比降、凹岸滩高和河谷宽相关,最大迁移速率出现在河湾弯曲度最小的9号河湾。