黄河宁蒙段河道粗细双组分泥沙分选沉积特征

黄河宁蒙段河道淤积严重,阐明近源粗泥沙和远源细泥沙分选沉积规律对于河道淤积治理有重要意义。本研究基于120根河道钻孔泥沙样品,通过粒径分布和元素矿物组成,分析了河道>0.05 mm、>0.08 mm和>0.1 mm粗泥沙沿河分选沉积变化特征,并定量评估了近源粗泥沙和远源细泥沙沉积对于河道泥沙淤积的贡献。结果表明：黄河宁蒙段河道淤积的主要是来源于近源沙漠及其下伏砒砂岩区>0.08 mm的粗泥沙,而来源于上游黄土区<0.05 mm的细泥沙主要沉积在河道滩地,对河道淤积的贡献小于30%。因此,风水复合侵蚀引起的沿黄沙漠和下伏砒砂岩粗泥沙入黄是黄河宁蒙沙漠河段河道淤积的根源,也是该河段“悬河”的治理重点。     

黄河宁蒙河段悬沙冲淤量时空变化及其影响因素

通过对黄河宁蒙河段6个水文站1952~2003年间的实测悬移质泥沙资料,运用输沙平衡方法,对划分的5个时段和5个区段的悬沙冲淤量进行了计算分析,探讨宁蒙河段悬沙冲淤量的时空变化规律。黄河上游无大型水库的1952~1959年间和水库建成坝下河道充分调整后的1994~2003年间,宁蒙河段强烈淤积,年均悬沙淤积量分别为0.9588亿t/a和0.9503亿t/a;而期间的三个时段,年均悬沙分别为净侵蚀0.6127亿t/a、微淤0.0161亿t/a和较强淤积0.7475亿t/a。年均悬沙淤积量在宁蒙河段为0.345亿t/a;在宁夏河段为0.076亿t/a,其中下沿河~青铜峡区段微淤,青铜峡~石嘴山区段冲淤平衡;在内蒙古河段总和为0.269亿t/a,石嘴山~巴彦高乐、巴彦高乐~三湖河口、三湖河口~头道拐三个区段分别为0.0084亿t/a、0.113亿t/a和0.147亿t/a,沿程增大。悬沙淤积量的时间变化主要受到区间支流来沙量变化和水库建设的双重影响,而空间变化主要受到青铜峡水库拦沙以及刘家峡、龙羊峡水库消减洪峰的影响。黄河宁蒙河段处于构造沉降区,淤积是总趋势,人类活动可以引起个别时段、区段发生侵蚀,但无法改变其沉积的总趋势。     

风沙对黄河宁蒙河段的影响研究进展

黄河宁蒙河段穿越腾格里沙漠、河东沙地、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠,形成了沙漠包围河流的独特地貌景观。近50年来,由于气候变化和人类活动的影响,该河段水沙关系加剧恶化,河槽萎缩、加速形成“悬河”,已引起国家高度重视和科技界的广泛关注。本文主要从风沙对河道的淤积、河道演变和高含沙洪水的影响3个方面阐述了风沙对黄河宁蒙河段的影响,以期为该河段的“悬河”防治和区域生态保护提供依据。     

风沙对黄河内蒙古河段河道泥沙淤积的影响

通过对黄河内蒙古河段河道淤积泥沙打钻采样,以及黄河沿岸及支流产沙地层采样分析对比,暴雨、洪水等分析追踪河道淤积泥沙源地表明,黄河内蒙古河段河道泥沙淤积主要来源于乌兰布和沙漠及十大孔兑(沟谷)的库布齐沙漠和丘陵沟壑梁地。通过输沙平衡法计算该河段河道泥沙淤积量得知,1954-2000年该河段淤积泥沙总量约20.11亿t,其中大于0.1mm的粗沙为15.57亿t,占总量的77.424%;小于0.1mm的泥沙约4.54亿t,占总量的22.57%。风成沙入黄淤积量是:乌兰布和沙漠6.0552亿t;库布齐沙漠5.8499亿t;二者约占大于0.1mm粗泥沙总量的76.46%。     

利用人造洪水冲刷黄河内蒙古淤积河道的可能性分析

为了探讨利用人造洪水冲刷黄河内蒙古河段泥沙的可能性,建立了计算黄河三湖河口与头道拐站次洪水输沙量非线性模型。通过洪水计算获得了该河段各级洪水冲刷河道泥沙的最大冲沙量、最优冲沙历时以及相应冲沙效率。计算结果表明：黄河宁蒙段的淤积是河流在特殊的自然地理环境中受水流堆积作用形成的,用龙、刘两库联合调度水量形成的人造洪水冲刷河道淤积泥沙是目前可以采取的清淤手段之一,但耗水量较大,冲刷效果还有待于进一步的检验。     

黄河宁蒙段沉积物地球化学元素组成及分布特征北大核心CSCD

黄河宁蒙段穿越腾格里沙漠、河东沙地、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠,风沙水沙交互强烈,形成典型的沙漠宽谷冲积河道。对黄河河道及周边沙源区沉积物进行了系统的采集、测定、分析工作。结果表明:宁蒙河段沉积物相对富集SiO_(2)、CaO、Al_(2)O_(3)、Ce、Zr、Hf和Nd,亏损K_(2)O、Na_(2)O、Rb、Zn、Ni和Sr。与周边沙源区对比,黄河宁夏段下河沿上游河道、清水河、腾格里沙漠和河东沙地沉积物均富集Co和Ti,亏损Sr、Ni、Hf和Y,且Hf、Ni、Y、Zn、MgO和CaO含量的变异系数较大。在内蒙古段,来自乌海上游河道、乌兰布和沙漠、库布齐沙漠和十大孔兑的沉积物相对富集Co和Ti,亏损Hf,Ni和Y,其中Cr、Hf、Ni、Y、Zn和MgO的元素含量变异系数较大。黄河宁蒙河段沉积物化学元素空间分布特征具有明显的波动和差异性,主要受到岩性、气候和局地物源输入的影响。     

大型水库运行下内蒙古河道泥沙侵蚀淤积过程

 通过1954—2000年黄河泥沙资料分析,黄河内蒙古河段侵蚀淤积过程对上游水库运行的响应主要表现为:①盐锅峡和三盛公首先将黄河输沙能力由7.33 kg·m-3降为6.27 kg·m-3, 使内蒙古河道由自然淤积状态转变为侵蚀下切状态,小于0.1 mm泥沙侵蚀速率高于大于0.1 mm泥沙淤积速率,河道发生粗化现象;②）刘家峡和青铜峡水库将黄河输沙能力降为3.91 kg·m-3,促使黄河河道中大于0.01 mm泥沙淤积速率大于小于0.01 mm泥沙侵蚀速率,使内蒙古河道发生粗化淤积现象;③龙羊峡水库将黄河输沙能力进一步降为 3.48 kg·m-3,加剧黄河内蒙古河道淤积现象, 大于0.01 mm泥沙和小于0.01 mm泥沙均呈现出淤积状态,淤积速度与黄河上游无水库运作时的自然状态相似。     

黄河、长江泥沙特性对比分析*

通过对黄河、长江泥沙的粒度分析、矿物分析及石英包裹体分析,揭示了两大河流泥沙的差异性。黄河悬沙粗于长江而底沙比长江为细。重矿物组合中,黄河泥沙黑云母含量远高于长江,粘土矿物中蒙脱石含量约比长江多一倍。反映了两大河流水动力条件及泥沙源区的环境差异。石英包裹体分析,更反映了两大河流泥沙源区的成因环境,为区分河流泥沙来源提供了一种新的方法。     

黄河宁蒙段河道过流能力

宁蒙段河道过流能力过低是威胁黄河上游洪凌安全的关键因素,也是宁蒙河段水沙调控的重要影响因素。通过水位-流量关系曲线法确定了过流能力,对现状过流能力与历史过流能力进行对比分析,探讨了造成宁蒙河段河道过流能力过低的原因。结果显示：宁蒙河段自建站以来有剧烈的河床抬高和过流能力下降现象;宁蒙河段各断面的现状过流能力由5 200~6 200m³·s^-1降至1 500~2 200m³·s^-1,部分断面超过1 500m³·s^-1就会导致漫滩,过流能力大大降低。提出建设标准化堤防,提高宁蒙河段河道的过流能力;以标准化堤防为前提获得了宁蒙河段各断面的最大过流能力。     

长江干流河道对流域输沙的调节作用

利用长江干流和主要支流上测站1956~2004年的输沙量资料,对干流未测区域的来沙进行了估计。根据泥沙平衡 (Sediment budget) 概念,对长江干流河道的冲淤对来水来沙的响应以及对入海泥沙的影响进行研究发现,长江干流屏山至大通河道平均淤积速率为88.58×10⁶ t/a,河道淤积占总的来沙量及大通站输沙量比例分别为14%与21%。由于河道淤积,大通站输沙量减少了17.5%。总体来说上游淤积较轻,宜昌至汉口区间淤积严重,汉口至大通区间为微冲。长江干流的河道冲淤与流域总的来沙具有显著的相关关系,但各段河道的冲淤对流域来沙的响应各不一样。上游的冲淤与流域的径流量和来沙量均没有很好的相关性,宜昌-汉口段河道冲淤的变化与宜昌站的来沙具有显著的相关性;影响汉口-大通间河道的冲淤变化的主要因素是流域的来水量,河道的冲淤与大通站径流量的存在显著的负相关关系。三峡水库蓄水后整个长江干流的冲淤形势发生了根本的变化。三峡水库的蓄水运用有效地减轻了洞庭湖的泥沙淤积,同时也降低了洞庭湖的对长江干流泥沙的调节作用;长江上游干流河道淤积增强,中下游河道出现冲刷,但不同的河段表现不一;中下游河道冲刷量小于预测值,三峡水库的蓄水运用直接导致了长江入海泥沙的减少。     

废黄河沉积记录中来自不同河流物质的信息——基于重矿物与地球化学元素分析

在全新世时间尺度内,沉积记录主要受控于沉积物供给、输运和堆积过程等因素。对废黄河沉积记录的深入分析可以反演黄河南流夺淮过程中沉积物的“源”-“汇”关系。基于废黄河故道沉积记录中重矿物和地球化学元素特征,并结合与现代黄河沉积物的对比,揭示废黄河沉积记录中物质来源的信息。结果表明,废黄河故道沉积物中重矿物平均含量为0.19%,种类多达15余种,以稳定矿物为主,不同矿物的时空变化差异较大。废黄河故道泥质和砂质沉积物中,地球化学元素表现出明显的时空变化规律,随深度递增元素含量可分为降低、稳定和增加趋势。对比现代黄河沉积物,发现废黄河故道沉积物中稳定和极稳定矿物相对含量较高,泥质沉积物中更多地富集Zn,Ni,Al,Ba,Cu,Li,K等元素。这一差异性反映出其它不同河流物质补给而产生的影响,淮河沉积物中重矿物和地球化学元素的研究为该论断提供了佐证。     

黄河内蒙古段异源水沙输移特性

河流悬移质泥沙的输移方式按照水沙来源可以分为水沙同源与水沙异源两大类。黄河内蒙古段水沙来自不同的区域,冲泻质泥沙主要来源于陇西黄土高原区,而径流则主要来自唐乃亥以上的山区,呈现异源特性。通过分析内蒙古河段石嘴山与巴彦高勒水文站1951-2003年的水文数据,发现期间共发生了13次大流量和29次高含沙事件且大流量、高含沙量同时出现现象很少,多呈现大流量、低含沙量,或者小流量、高含沙量的态式。同时,通过改变传统流量-含沙量幂函数公式C_i=aQ^b(C_i为悬移质浓度,Q为流量)的参数项,建立了2种水沙异源情况下流量-含沙量的公式。     

黄河头道拐—潼关区间植被恢复及其对水沙过程影响

黄河头道拐—潼关区间是黄河泥沙的主要来源区,也是中国植被恢复最快的地区。植被的快速恢复对径流和输沙过程产生了深远影响。本文基于250 m分辨率的归一化植被指数数据（MOD13Q1 NDVI）,使用统计分析和趋势分析技术,分析了头道拐—潼关区间不同景观单元植被恢复特点、影响因素以及其对水沙过程的影响,并对头道拐—潼关区间植被未来发展趋势进行了预测。研究结果显示：头道拐—潼关区间82.87%区域的植被呈显著增加趋势（p < 0.05）,且植被恢复速度最快的区域为半湿润的黄土丘陵沟壑区,坡度和降水量在不同景观单元下对植被恢复的影响不同。随着降水量的增加,头道拐—潼关区间NDVI和年降水量的相关性降低。在植被恢复背景下,黄河中游主要河流径流的主要影响因素仍然是降水量,输沙量同时受到降水量和植被恢复的影响,含沙量与NDVI呈现出较强的负相关关系,而与降水量的相关性较弱。随着植被覆盖度的增加,流域土壤侵蚀量降低,河流输沙量也呈降低趋势,土壤侵蚀量对河流输沙量的贡献率变化于39%~88%之间。基于植被恢复潜力和恢复速度,本文预测头道拐—潼关区间2020年、2030年、2040年以及2050年的NDVI平均值将分别达到0.68、0.75、0.79以及0.80。     

Relation between the erosion and sedimentation zones in the Yellow River, China

Sedimentation in the lower reaches of the Yellow River is a major problem requiring implementation of large-scale control measures in the upper and middle drainage basin. For maximum benefit, major sediment generation areas must be delimited. For this purpose, the upper and middle drainage basin of the Yellow River has been divided into four major sediment and water source areas. A series of databases of runoff and sediment yields from these source areas and for the corresponding quantities of sedimentation in the lower Yellow River channel have been established. On this basis, a set of multiple-regression equations has been established that define the relationships between sedimentation in the lower Yellow River and the yearly or event-based runoff and sediment yields from the four source areas or subsystems. Based on the regression equations obtained, the contribution of the four major source areas to the sedimentation in the lower Yellow River channel can be estimated. The results obtained indicate that, given other factors, for each ton of sediment reduced from the coarse-sediment producing area (CSA), the sediment deposited in the lower Yellow River would be reduced by 0.455 ton; for each ton of sediment reduced from the fine-sediment producing area (FSA), the sediment deposited in the lower Yellow River would be reduced by 0.154 ton only. Therefore, if limited erosion control measures are applied to the coarse-sediment producing area, the benefits for sedimentation reduction in the lower Yellow River will be much larger than if similar resources are applied to the fine-sediment producing area.     

黄海粘土沉积物的来源与分布

本文根据区域自然地理原理,划分黄海粘土沉积物的补给区,在粘土矿物鉴定的基础上,用法方程定量探明黄海粘土沉积物的来源与分布,绘出黄海粘土沉积物分布图。图示:黄海来源于长江的粘土沉积物的分布面积,占其总面积的56.5%,来源于黄河的占43.5%。粘土沉积物的分布同洋流、海流的分布相吻合。     

黄河泥沙冲/沉积区土壤有机碳不同组分空间特征及变异机制

黄河泥沙是黄河下游陆地地貌类型形成的物质来源,泥沙沉积改变了地表土壤结构和有机碳含量水平。基于室内外实验和空间地统计分析方法,文中对开封—周口土壤有机碳组分的空间特征和影响因素进行了分析。在0~100 cm土壤中TOC、AOC、NOC的含量分别为0.05~30.03 g/kg、0.01~8.86 g/kg和0.02~23.36 g/kg,表层0~20 cm的TOC、AOC、NOC高于下层,同一土层中TOC的变化幅度和含量差异性最大,AOC最小,NOC介于二者之间。NOC的含量对TOC的贡献大于AOC。空间地统计学研究显示,TOC、AOC、NOC的块金系数在0.50~0.67之间,具有中等程度的空间相关性,TOC、AOC、NOC的含量受结构因素和随机因素的共同作用,且二者的作用强度接近。空间上,自表层向下层,土壤TOC、AOC和NOC的整体变化趋势较为一致,高值区与低值区之间过渡明显,NOC和AOC的含量及空间变化能较好地反映TOC的空间变化和碳积累区域。分析发现,黄河泥沙冲/沉积区分布、农业耕作过程和耕作历史是影响区内土壤有机碳及其组成含量和空间分布的主要因素,而有机物的输入量、土壤颗粒物组成及二者的动态关系是影响土壤结构体形成和有机碳含量的关键因素,提高有机物的含量和改善土壤结构是提升土壤质量、实现区内农业持续发展的有效途径。