黄河下游河道泥沙存贮-释放及其临界条件

确定了黄河下游河道处于泥沙存贮-释放临界状态的水沙临界条件。当场次洪水平均含沙量小于31.68 kg/m³,或者来自中游多沙粗沙区场次洪水来沙量小于4 543×10⁴ t,下游河道将由泥沙存贮状态变为泥沙释放状态。当河口镇以上清水区径流占场次洪水总径流量比率大于0.70时,也会由泥沙存贮状态变为泥沙释放状态。场次洪水泥沙输移比随洪水平均流量的增到而增大,流量为4 000 m³/s(相当于平滩流量)时达到峰值,此后有所减少。这表明,平滩流量时泥沙存贮最少,低于平滩流量和高于平滩流量时泥沙存贮均增大。     

宽变幅水沙两相流的冲淤双临界现象及其地貌学意义

通过黄土高原一些河流资料的分析，发现了宽变幅水沙两相流冲淤过程中的2个临界值，位于非高含水流区域中的临界点，可称之为冲淤下临界；位于高含沙水流区域中的临界点，可称之为冲淤上临界，水沙两相流冲淤的双临界现象，对珩多沙河流河道泥沙的输移有重要意义，随着含沙量的增大，排沙比先减小而后增大，2次与代表排沙比等于1的直线相交，这2个交点即分别对应于挟沙水流冲淤的下临界和上临界，运用所揭示的水沙两相流冲淤过程的双临界现象，可以对冲积河流河型的形成进行新的解释，以我国近百条冲积河流的资料为基础，点绘了年均悬移质输沙率与年均流量的关系，并以不同的符号来区分弯曲河型、游荡河型和高含沙曲流河型。结果表明，上述3种河型可以很好于被代表特征含沙量分别为C=60kg/m^3和C=3.3kg/m^3的2条直线所区分，这2个特征含沙量反映了河道水沙两相流冲淤的上、下临界值。     

北洛河下游河槽形成与输沙特性

北洛河发湖泊于黄河粗沙来源区，年均含沙量达１２８ｋｇ／ｍ＾３年均流量仅２５ｍ＾３．ｓ，是典型的多沙河流，但由于泥沙主要由高含沙洪水输送，平水流量小，含沙量低，经常保持窄深稳定河槽，使高含沙洪水挟带的泥沙能顺利输送而不淤，并形成弯曲性河流。     

渭河与泾河流域水沙变化规律及其差异性分析

依据渭河和泾河流域1956—2016年实测水文资料、水利水保统计数据、TerraClimate年平均温度和Landsat地表反射率数据集,分析了流域水文要素、气温及植被覆盖度的历年变化规律,采用双累积值曲线法、累积距平法、有序聚类法、Lee-Heghinan法、秩和检验法等数理统计方法,确定了流域年径流量和年输沙量变化的突变年份,分析了降水和人类活动的减水减沙效应。结果表明:(1)渭河和泾河流域历年降水量、径流量、输沙量、含沙量均呈显著减少趋势,渭河流域的降水和径流比泾河流域减少较多,泾河流域的泥沙比渭河流域减少较多。(2)人类活动对2个流域径流泥沙量的影响均大于降水量对其的影响,且泾河流域受人类活动影响较渭河流域明显。(3)2个流域的水沙特征差异性较大,渭河的年径流量、年径流深、径流系数是泾河流域的2.0~2.4倍,渭河的年输沙量、年输沙模数、年均含沙量仅是泾河流域的1/2~1/5。2个相邻流域水沙特征差异性较大的主要原因是,流域气温、降水等气候条件不同,植被覆盖度等下垫面条件存在差异,水利水保措施、水资源开发利用程度等人类活动的影响所致。     

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。     

秦岭南北河流不同尺度特大洪水对比研究

以秦岭南北的汉江上游、渭河为例,对比分析了万年以来洪水发生的时间、流量的差异,并探讨了气候变化与洪水发生的联系。结果表明:在长时间尺度上,秦岭南北的汉江上游、渭河均有古洪水事件的沉积记录,汉江上游的洪水流量远大于渭河流域的洪水流量,洪水发生时间主要集中在4 200~4 000 a BP和3 200~3 000 a BP这两个时间段内;对季风气候变化分析表明,4 200~4 000 a BP和3 200~3 000 a BP是季风突变气候恶化的两个转折期,气候突变使得秦岭南北河流在这个时间段均有古洪水事件记录,但因测年分辨率的限制,似乎秦岭南北洪水发生时间具有一致性。在短时间尺度上,对秦岭南北实测洪水分析发现,虽然大多数年份秦岭南北没有洪水同时发生,但在个别年份内秦岭南北还是有洪水同时发生情况;从华西秋雨角度分析表明,秦岭南北的汉江上游、渭河处于华西秋雨核心区,但因多种因素的影响,在多数情况下秦岭南北洪水发生的时间并不都是完全相同。研究成果有助于从水文学角度在长时间尺度上揭示秦岭南北地区主要河流洪水发生规律,深化特大洪水事件与季风气候的关系;同时也加深了对秦岭地理分界作用的认识,对秦岭南北因地制宜的进行防洪减灾和水资源的合理调度开发有重要的实践意义。     

三峡水库运行下洞庭湖盆冲淤过程响应与水沙调控阈值

以1951-2011 年洞庭湖区及荆江段干流主要控制站实测径流输沙量资料为依据,分析三峡水库不同蓄水阶段及不同调度方式下洞庭湖盆冲/淤响应,并提出上游来水来沙调控阈值。结果表明：① 荆南三（四）口流量与枝城站流量、荆南三（四）口输沙率存在极显著正相关（p < 0.0001）,决定系数r2分别为0.859 及0.895。② 与三峡水库蓄水运用前（1999-2002）相比,一、二期蓄水阶段及全面试验性蓄水阶段（2008.10-2011.12）洞庭湖盆年均冲淤量由+4796.4×10⁴ t 依次递减为+684.1×10⁴ t、+449.8×10⁴ t 及-559.6×10⁴ t,湖盆冲淤率由+70.25%分别降至+31.13%、+23.56%及-42.64%。③ 预泄调度及蓄水调度期,湖盆泥沙均由以淤积为主转变为以冲刷为主,防洪补偿调度期湖盆泥沙表现为淤积,而在补水调度运用期则表现为冲刷。④ 洞庭湖盆处于冲/淤临界平衡状态时的荆南三口平均流量、输沙率及含沙量分别为970.81 m³/s、466.82 kg/s 及0.481 kg/m³。并认为,为增强湖泊调蓄功能,必须进一步优化三峡水库调度方式,合理调控下泄水沙量。     

水沙条件对黄河下游河道输沙功能的影响

提出河道输沙功能指标F_s为进入某一河道的泥沙总量(干流与支流输入沙量之和)与输出这一河道的泥沙量之比。河道输沙功能与来水量和来沙量有密切关系,若来水减少,来沙增多,则河道输沙功能减弱。来沙中大于0.05 mm粗泥沙含量百分比与河道输沙功能指标成负相关。来沙系数、特别是粗泥沙的来沙系数,是决定黄河下游输沙功能的重要因子;来沙系数越大,则河道输沙功能指标越低。场次洪水的输沙功能指标随场次洪水最大含沙量的增大而降低,历年河道输沙功能指标随各年中高含沙水流频率的增高而降低。小浪底水库修建后,为我们通过调水调沙提高河道输沙功能提供可能。研究表明,场次洪水平均含沙量35 kg/m³,或场次洪水平均来沙系数为(0.015 kg·s)/m⁶,是在调水调沙中实现河道输沙功能优化的最优含沙量和最优来沙系数,平滩流量则是实现河道输沙功能最大化的最优流量级。     

我国东部土壤有机碳的密度及转化的控制因素

根据第二次土壤普查资料，计算了我国东部土壤的有机密度和储量，并通过田间和室内试验的结果，分析了影响农田土壤中有机碳转化的因素。结果表明，我国东北地区土壤有机碳密度变幅为2．5－73．3kg C/m^2，平均值为10．5kg C/m^2，而在东南热带亚热带地区，剖面土壤有机碳密度变幅为3．9－16．7kg C/m^2，平均值为9．52％kg C/m^2。随着木质素含量和土壤粘粒含量的增加，植物物质的分速率下降，而土壤温度，pH和游离碳酸钙含量的增加促进了 植物物质的分解；淹水的水田中植物物质的分解速率通常低于旱地；土壤性质和有机物组成对植物物质分解的影响可以掩盖气候条件的影响，而土壤游离碳酸钙可以掩盖土壤质地的影响。     

黄土高原丘陵沟壑区单元流域次暴雨输沙模型

黄土高原尤其是黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀异常严重,在该区开展单元流域产沙模拟对于流域侵蚀产沙及沟道系统泥沙输移比研究有着重要的意义。本文选取陕北岔巴沟单元流域团山沟为研究对象,利用1961-1969年间水文泥沙资料,构建了流域产沙模型:以流域输沙关系表达式Ms=CsH为理论框架,经分析发现洪峰流量、最大含沙量、平均流量与次洪含沙量相关性显著,近而以洪峰流量、平均流量、最大含沙量及径流深为模型变量,通过模拟误差分析,构建并选取了以径流深和洪峰流量、径流深和最大含沙量为变量的经验模型:Ms=H(109.2ln(Qz)+546.1);Ms=H(Cz-141.2)。与目前已有模型相比,以上模型具有很好的模拟效果,尤其是在模拟小产沙事件时模拟效果较好,模型在临近流域水旺沟上的应用效果也较好。另据研究发现,高含沙水流的存在,使得在不同产沙模数水平下产沙模拟响应机制不同,对产沙模数小于300 t/km2次暴雨事件,流量的对数函数拟合效果明显优于幂函数拟合;对产沙模数大于1000 t/km2次暴雨事件,流量的幂函数拟合效果好于对数函数拟合,但差异不大。     

秦岭南北地区环境变化响应比较研究

利用气象水文部门截止1999年的气象水文实测数据,计算分析在气候变暖过程中中国秦岭具有的区域响应分界意义。由于气候变暖,在百年时间尺度上,通过旱涝指数分析证明秦岭以北进入干旱期,秦岭以南为湿润期;在10年时间尺度上,陕南气温变化较小,而关中气温增高较快,陕南与关中年均气温差值变小;关中和陕南降水量差值变小,二者同时干旱或陕南更干旱,反映出秦岭在气候变化中显著的分界作用。气候变暖,渭河与汉江年径流系数同步减小,其中渭河径流系数由50年代的02下降为90年代的01以下,渭河流域已变为少水带,即相当于气候上的干旱区。秦岭以北地区较其以南地区环境干暖化的趋势更明显,这对于认识全球变化的区域响应差异有参考意义。     

A study on environmental aridity over northern and southern to Qinling Mountains under climate warming

Based on the data up to 1999 from hydroclimatological departments, this paper analyzes the climatic divide implications of the Qinling Mountains in regional response to the process of climate warming, due to which the grades of dryness/wetness (GDW) in 100 years show that the northern region has entered a drought period, while the southern is a humid period. In a course of ten years, the D-value of annual average air temperature over southern Shaanxi (the Hanjiang Valley) and the Central Shaanxi Plain (the Guanzhong Plain) has narrowed, i.e., the former with a slight change and the latter with rapid increase in temperature. Both regions were arid with the decrease in precipitation D-value, namely the plain became warmer while the south was drier. The Qinling Mountains play a pronounced role in the climatic divide. The runoff coefficient (RC) of the Weihe River decreases synchronously with that of the Hanjiang due to climate warming. The RC of Weihe dropped from 0.2 in the 1950s to less than 0.1 in the 1990s. The Weihe Valley (the Guanzhong Plain) is practically an arid area due to shortage of water. The successive 0.5, 1.0 oC temperature anomaly over China marks, perhaps, the important transition period in which the environment becomes more vulnerable than before.The study shows the obvious trend of environmental aridity, which is of help to the understanding of regional response to global climate change.     

A study on environmental aridity over northern and southern to Qinling Mountains under climate warming

1 Introduction With progressive researches on global climate change, an integrated study of various disciplines tends to be inevitable. Mr. Moore III, chairman of IGBP, holds that the key to integration is to synthesize scientific findings so as to get new ideas and to chance cognition up to a new high[1]. Micro-study, rather than macro-study focuses on regional change[2-5]. To strengthen the global perspective in the study, "to research on typical regions and to deepen the regional divide…     

基于小波多尺度变换的渭河水沙演变规律研究

关中平原地区是推动陕西省经济社会发展的引擎,其生产总值占陕西省的70%以上,但是水资源短缺、时空分布不均、河流含沙量高等问题严重制约其经济社会的发展。运用小波变换、滑动t检验、累积距平以及Yamamoto、Mann-Kendall等方法系统分析了1935-2011年渭河水沙序列演变规律。研究结果显示：77 a间除20世纪70年代、80年代外,其它年代渭河华县站水沙变化波动下降的匹配趋势均一致,其中径流量减流速度大于输沙量减沙速度;渭河水沙序列周期变化不一,径流量变化的主周期依次为38 a、14 a、4 a,输沙量变化的主周期依次为15 a、49 a、43 a、4 a;除输沙量49 a变化周期外,其他水沙变化周期大致相近;由于渭河输沙量变化所受气候及人类活动的影响远较径流量复杂,加之水沙异源,所以渭河华县站输沙量周期变化及突变点分布情况比径流量变化复杂,且其第一主周期变化呈现独特的变化态势。     

中国南北过渡带土壤碳氮空间特征及暖温带与亚热带界限

秦巴山区是中国南北过渡带的主体,过渡带分界划分在学界一直存在争议,确定和改进划分指标对构建中国生态地理格局有重要作用。土壤作为过渡带的核心部分,其关键指标的空间分布及变异机制对识别过渡效应和区域特征有指示作用。本文基于土壤二普资料,采用空间模拟和地统计方法分析土壤有机碳/全氮空间特征及与主要自然地理要素的关系。结果显示,秦巴山区有机碳/全氮含量空间分布趋势一致,存在3个高值区、1个次高值区和1个低值区。高值区分布在秦岭、大巴山高海拔区域和嘉陵江以西山地,含量分别为15.03~71.04 g/kg、1782.61~7710.00 mg/kg;低值区沿秦岭北坡的渭河谷地、南五台山和伏牛山分布,含量分别为0.64~6.50 g/kg、110.00~885.96 mg/kg;次高值区主要在汉江两侧、秦巴山地之间海拔< 1000 m及嘉陵江两侧略高于1000 m的山体,含量介于以上二者之间,自西向东呈南北向宽幅逐渐增大的“喇叭状”趋势。综合考虑地形—植被—气候作用,发现秦岭南坡—大巴山北坡有机碳/全氮次高值区分布范围与1000 m等高线、暖温带落叶阔叶林带（含常绿成分）和亚热带常绿落叶阔叶混交林带上限、1月0 ℃等温线、7月24 ℃等温线较一致,区内1月、7月、季节和全年气温变化较小,各季降雨变幅大,该区是亚热带向暖温带过渡的主体,北界大致沿都江堰—茂县—平武—文县和秦岭南坡1000 m等高线分布,南以都江堰—北川—青川和大巴山北坡1000 m等高线为界。有机碳/全氮空间变化为亚热带—暖温带的划界提供一定依据,进一步识别典型区土壤过程及生态效应,将全面揭示土壤多维过渡特征及其变异机理。     

秦岭南北年极端气温的时空变化趋势研究

依据1960~2009年秦岭南北地区60个气象站数据,主要应用M-K突变检验、kriging插值法对秦岭南北地区近50a来年平均气温,年极端最高、最低气温的时空变化特征进行了分析。结果显示:①年均气温和极端最高、最低气温的气候倾向率关系为陕南<关中<全国、关中<全国<陕南、陕南≈关中<全国。②秦岭南北地区年均气温突变年份均为1997年,晚于全国;年极端最高温度突变都不显著,年极端最低气温的突变年份都为1978年。③年均气温和极端最低气温的空间分布为南高北低,沿纬向分布;极端最高气温为东高西低,呈经向分布。     

52 a来秦岭南北径流变化对比及影响因素

运用集中期、M-K突变检验法、径流系数等数理统计方法,基于1960-2011年马渡王与南宽坪径流数据及气象数据,对比分析灞河与金钱河流域径流变化特征,揭示秦岭南北气候变化差异得出：（1）52 a来灞河与金钱河年均径流深变化趋势相似,金钱河年径流深的变异程度大于灞河;（2）灞河与金钱河流域径流与降水在年内分配上存在滞后效应,秦岭南北从流域降水开始经过停蓄、漫流、河槽集流,然后汇流至金钱河河道大概需要20 d 左右的时间;（3）秦岭南北气候因子突变的时间点具有一致性,均发生在1990年左右,该突变可能是由于大尺度的气候变化导致局部地区自然环境变化引起的;（4）径流变化的下降趋势是降水、气温、植被变化和人类活动综合作用的结果。20世纪90年代末的径流突变主要原因是气候变化引起的,人类活动对其影响十分微小,因此,某些明显的突变现象是由于大的气候变化引起的,人类活动的影响是一个长期的过程,所以对自然资源应采取开发与治理同时进行。     

面向事件过程的秦岭南北极端降水时空变化特征

基于72个气象站点1970—2017年逐日降水和气温数据,面向极端降水过程,对秦岭南北4种极端降水类型（偏前型、偏后型、均衡型和单日型）时空变化特征进行分析,进而探讨不同分区、不同类型极端降水与区域增温的响应关系。结果表明：① 从长期气候角度分析,秦岭南北降水格局稳定,3个分区降水变化空间响应具有一致性,共同表现出“降水以波动为主,降水量近期增加,降水日数下降,整体呈现极端化”的特征;② 在极端降水主导类型上,以累计降水量为判断标准,秦岭以北为均衡型主导,兼有偏后型;秦岭南坡类型组合关系较弱,为单一均衡型,汉江谷地西侧为“均衡型+偏后型”,东侧为“均衡型+偏前型”组合;以累积降水频次为判断标准,秦岭南北主导类型为偏前型,其次是偏后型,汉江谷地“偏前型+偏后型”组合形态更突出;③ 秦岭南北极端降水与区域变暖关系密切。当气温升高时,持续性极端降水呈下降趋势,单日型极端降水呈增加趋势。其中,秦岭以北偏前型和均衡型极端降水在下降,秦岭南坡响应密切的为偏后型,汉江谷地为均衡型和偏后型;④ 面向极端降水事件过程,将极端降水事件细化,可有效验证极端降水对气候变暖响应的结论,对未来研究方法完善和研究思路设计具有启示性。     

2000—2019年秦岭南北实际蒸散发时空变化特征

基于遥感数据全面认识复杂地形单元实际蒸散发时空规律,对区域可持续水资源管理具有重要的意义。论文基于MODIS实际蒸散发(ET)数据,对2000—2019年秦岭南北ET时空变化特征进行分析,探究不同分区ET对植被变化的响应关系,进而识别ET趋势和年代变化的高相关海气环流因素。结果表明：① 在变化趋势上,以1000 m等高线为界,即秦岭地区北亚热带和山地暖温带的分界线,低海拔河谷地带为ET显著增加区,山地高海拔地区为ET下降区;② 除城市、乡镇周边地区,研究期间秦岭南北下垫面相对稳定,转为生态用地的活跃区主要分布在山地1000 m过渡带,其是ET与NDVI变化显著相关区,而1000 m以上高海拔地区两者相关性较低;③ ENSO、青藏高原北部气压异常,与秦岭山地、汉江谷地ET的趋势变化和年代波动显著相关,而西太平洋副热带高压与ET的趋势显著相关,与年代波动特征相关较弱。即发生中部型厄尔尼诺事件时,西太平洋副热带高压偏强,对流层低层形成异常反气旋,导致中国东部雨带北移,秦岭山地和汉江谷地降水偏少,气温偏高,ET往往偏大。研究结果启示：秦岭南北科学适应气候变化时,应关注秦岭山地、汉江谷地ET变化显著相关的环流信号;应深刻理解秦岭高海拔地区蒸散发下降趋势对区域水资源管理的影响。