调水调沙以来黄河尾闾河道冲淤演变及其影响因素

2002年开始的黄河调水调沙改变了进入黄河口的水沙条件,必然引起尾闾河道地貌的显著调整。根据黄河尾闾河道利津以下的断面实测高程数据,建立基于正交曲线网格的河道DEM,结合河床形态与水沙条件变化,综合研究黄河尾闾河道冲淤的时空演变及其影响因素。结果表明,调水调沙以来尾闾河道冲刷明显,2002—2017年累计冲刷6240万m ³,根据冲淤速率可以分为3个阶段：快速冲刷阶段（2002—2005年）冲刷速率为1443万m ³/a;冲刷减慢阶段（2006—2014年）冲刷速率为139万m ³/a;以及淤积阶段（2015—2017年）,淤积速率为263万m ³/a。其中,调水调沙初始4年尾闾河道的冲刷量占总冲刷量的80%,2006年以后冲刷强度逐渐减弱,甚至转为淤积。从季节上看,主要表现为汛期冲刷,非汛期淤积;从空间上看,越往口门方向,冲刷强度越小。调水调沙改变了入海水沙的年内分配,造成了尾闾河道的持续冲刷,入海流路也发生多次调整。但经过多年冲刷,河床整体下切,加上河口淤积延伸影响,调水调沙对尾闾河道的冲刷效率在持续降低。受河口海域淤积影响,近口门段在经历冲刷后转为淤积,河道纵比降减缓,增加了尾闾的不稳定性。     

近60年来黄河入海水沙通量变化的阶段性与多尺度特征

以1950-2011年黄河利津站实测水沙资料为基础,利用突变分析和有序聚类分析方法对60年来黄河入海水沙通量变化过程进行了阶段性划分,并利用功率谱、交叉谱和小波分析方法对同期黄河入海水沙通量的多尺度周期性变化特征进行了分析。研究结果表明,1985年为利津站水沙通量显著变化的时间分界点,此后利津站的径流量和输沙量的各种尺度变化都呈现出明显的减弱趋势。入海径流量和输沙量在时间尺度上分别在2.86a、4.44a和13.33a存在显著相关关系。黄河入海水沙通量变化的阶段性特征受流域的降水以及人类活动尤其是水库建设、干流引水、水土保持等工程措施的影响,进入80年代后受人类活动影响越来越大。西太平洋副热带高压的准两年周期振荡和年代际振荡、降水的周期性、太阳活动的年代际周期是影响黄河入海水沙通量周期性变化的重要因素,使得黄河入海水沙通量的周期性变化集中在年代际变化和年际变化上。黄河入海水沙通量的阶段性递变除受年代际尺度周期性变化控制外,还与人类活动的干扰有着密切的关系。     

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。     

三峡水库一、二期蓄水对下游悬沙通量影响的计算

水库对坝下游泥沙通量影响的定量估算是一个国际前沿的科学问题.本文利用长江干流上寸滩、宜昌、汉口、大通四站及其间的支流控制站的水沙监测数据,结合对于流两侧不在支流控制站监测范围的"未测区"水沙贡献的估算,建立了悬沙收支平衡和悬沙输运经验关系,从而定量分析了三峡水库一、二期蓄水对大坝下游(至河口)悬沙通量的影响.结果表明:(1)三峡水库一期(2003-2005年)和二期(2006-2007年)蓄水期间水库的悬沙淤积比分别为64%和83%.(2)受坝下游河床冲刷和支流来沙补给的影响,三峡水库一、二期蓄水分别导致宜昌站悬沙通量下降62%和82%,汉口站悬沙通量下降37%和54%,大通站悬沙通量下降28%和40%.(3)与蓄水前的5年(1998-2002年)相比,蓄水后的2003-2007年上述三站悬沙通量分别下降354×109、172×109和163×109kg/a,其中三峡水库蓄水的贡献分别占41%、55%和45%.以上认识对科学和客观的评价河流建坝的环境效应提供了启示.     

夏季南极普里兹湾碳的生物地球化学循环Ⅳ:有机碳的垂直迁移与转化

根据CHINARE 1 5航次调查数据对普里兹湾DOC与POC相互转化以及垂直迁移过程进行了初步分析。研究表明 ,在上层水体中用于DOC、POC降解的氧分别占表现耗氧量的 6 .0 %和 6 .2 % ,1 0 0m以下水体中虽然DOC的降解与表层相比有所加强 ,但仍不是非常大的规模 ,这也证明普里兹湾难降解的DOC含量较高。在 2 5m以内DOC与POC的正相关性说明在表层生成的POC部分转化为DOC ,且对DOC的贡献不容忽视     

内蒙古乌梁素海湿地土壤有机碳组成与碳储量

2013年5月,在乌梁素海湿地的明水区、湖中芦苇(Phragmites australis)区、人工芦苇区(弃耕26 a)和弃耕芦苇区(弃耕3 a),采集0~40 cm深度的土壤(或沉积物)样品,研究土壤的有机碳组成[颗粒有机碳(POC)和矿质结合有机碳(MOC)]和碳储量。乌梁素海明水区的平均水深1~3 m,生长着沉水植物;湖中芦苇区水深约1 m,自然生长着野生芦苇,常年淹水;弃耕芦苇区为2011年农田退耕后形成的芦苇沼泽,季节性淹水;人工芦苇区的芦苇于1988年种植,季节性淹水。结果表明,明水区和湖中芦苇区表层土壤(0~10 cm深度)的总有机碳含量(15 g/kg)明显高于弃耕芦苇区[(2.60±0.33)g/kg]和人工芦苇区[(6.29±0.75)g/kg]。随着土壤深度的增加,人工芦苇区、明水区和湖中芦苇区土壤的总有机碳(TOC)含量都在减少。弃耕芦苇区各深度土壤的总有机碳和颗粒有机碳含量都相对最低。湖中芦苇区表层土壤的颗粒有机碳含量[(6.96±3.02)g/kg]最高,并且随着土壤深度的增加,其颗粒有机碳含量减少最快。除弃耕芦苇区外,其他采样区土壤(沉积物)的矿质结合有机碳含量都随着土壤深度的增加而减少,且在10~20 cm深度变化最明显,与颗粒有机碳含量垂直变化相似。明水区沉积物的颗粒有机碳含量占总有机碳含量的比例相对较低,表明其碳库最稳定。各采样区土壤(沉积物)不同组分有机碳含量与有机氮含量显著线性相关,TOC/TON、POC/PON和MOC/MON平均值分别为11.0、12.8和10.2。明水区沉积物总有机碳的储量最高(3.93 kg/m2),其次为湖中芦苇区(3.48 kg/m2)和人工芦苇区(3.18 kg/m2),弃耕芦苇区土壤总有机碳的储量仅为1.87 kg/m2。各采样区土壤(沉积物)的矿质结合有机碳储量都占较大比例,分别为80.2%(明水区)、67.9%(湖中芦苇区)、78.3%(人工芦苇区)和68.8%(弃耕芦苇区)。如果沼泽化导致明水区退化为芦苇沼泽,乌梁素海湿地的碳库损失将达到0.45 kg/m2。     

西江水体有机碳含量变化及悬浮物碳同位素的意义

以西江马口断面水体为研究对象,讨论其有机碳含量、悬浮物同位素组成(δ¹³C、Δ¹⁴C)与环境之间的关系。西江马口断面有机碳含量呈现季节性变化,其中颗粒有机碳(POC)含量范围介于0.13~4.98mg/L之间,溶解有机碳(DOC)含量范围介于0.98~4.17mg/L之间,DOC/POC比值为1.34,远低于世界多数河流之比值。近年来马口断面悬浮物POCδ¹³C的变化范围介于-21.3‰~-26.1‰之间,随时间出现整体性漂移现象,表明流域生态环境整体改善。POCΔ¹⁴C变化范围介于-132‰~-425‰之间,与取样期间的流域降水过程及土壤的侵蚀相关。     

西伯利亚北极河流有机碳输出特征及影响要素

河流有机碳输出是北极碳循环的重要组分,对气候变化十分敏感。本文利用ArcticGRO的径流及有机碳数据,通过数理统计分析等方法,对2004—2017年间俄罗斯西伯利亚地区的鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河有机碳输出进行研究。结果显示：西伯利亚3大河流的年均有机碳输出总量约23 Tg,其中溶解有机碳（DOC）输出约18.55 Tg,占北极地区50%以上,接近颗粒有机碳（POC）输出的4倍。2009—2017年间的年均DOC输出量较1999—2008年存在较大差异,鄂毕河增加18%,叶尼塞河下降13%,而勒拿河增加了近70%。春、夏两季有机碳输出总量占全年85%以上,春季为有机碳输出高峰期,而在鄂毕河流域春、夏季贡献率相当。各流域河流有机碳输出特征不同且具有季节性变化,主要受径流、冻土及人类活动等的影响。其中,DOC输出总量在年际与季节性变化特征上均与径流变化呈显著正相关,随径流增加DOC浓度也相应增大;而多年冻土也因类型及分布差异对河流DOC与POC具有不同程度的影响。研究气候变化下的北极河流有机碳输出特征及影响要素,有助于深入理解北极河流有机碳输出对气候及环境变化的综合响应,为揭示气候变化下的北极碳循环过程奠定基础。     

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%。     

人类活动对长江上游近期输沙变化的影响

利用1956-2007年径流—输沙序列,分期定量研究了长江上游近期主要干支流输沙变化及其原因,结果显示:①长江上游1994-2002年输沙量减少1.43亿t/a,人为减沙占91.2%,主要来自嘉陵江措施减沙;2003-2007年减沙4.50亿t/a,径流减沙占14.1%,前期持续的人类活动减沙占39.8%,三峡水库蓄水拦沙、金沙江措施减沙等新增人为减沙占46.2%。②金沙江1983-2000年输沙量增加0.48亿t/a,人为增沙占74.7%,主要是工程增沙;2001-2007年输沙量减小1.183亿t/a,全部为人为减沙,包括二滩等各型水库拦沙、水保减沙和工程增沙减少。③嘉陵江1985-1993年输沙减少0.827亿t/a,人为减沙占81.4%,主要人为减沙包括农村社会经济因素变化导致的土壤减蚀和水库拦沙;1994-2007年输沙量减少1.285亿t/a,其中自然径流减沙占29.6%,前期持续人类活动减沙占42.1%,宝珠寺等新增水库拦沙和水保减沙占23.4%,另有4.9%的人为减水减沙。     

黄河小北干流汛期和非汛期冲淤过程模拟

滞后性是河流系统自动调整的重要特征之一。根据河道演变的滞后响应机制,在考虑上游来水来沙和下游侵蚀基准面（潼关高程）共同影响的基础上,建立了能够模拟河道汛期和非汛期冲淤过程的滞后响应模型,并采用黄河小北干流1960-2015年的冲淤资料进行参数率定（1960-2001年）和模型验证（2002-2015年）。结果表明该模型能较好地模拟小北干流汛期和非汛期的冲淤过程。汛期和非汛期累计冲淤量的模拟效果优于单个冲淤量;累计冲淤量和单个冲淤量的模拟效果汛期要优于非汛期。三门峡水库修建后,1960-2015年间小北干流汛期和非汛期的冲淤过程表现出时段差异。根据建立的滞后响应模型,本文分析了来水来沙和潼关高程对小北干流汛期和非汛期各个特征时段冲淤的贡献率,汛期和非汛期的第一时段（1960-1970年,1960-1968年）主要受到潼关高程的影响,但是后续时段主要受到来水来沙的影响。     

Flood-borne sediment analysis of the Hoanib River, northwestern Namibia

The suspended sediment contained in six flood events in the Hoanib River catchment during the wet season of 1999/2000 were analysed for volatile (or low molecular weight) fine particulate organic material (FPOM), higher molecular weight FPOM and the total organic carbon (TOC). Samples were evaporated to dryness at 80 °C, then heated in a high temperature oven to 250, 550 and 850 °C. The results show that the amount of sediment carried during the flood events varied between 1.54 and 31.27 g/L, with an average of 14.62 g/L. The amount of suspended sediment in the flood-waters (2.789–616.359×10⁶ kg) was found to be dependent on the timing and duration of the flood event. The largest percentage of organic material was found in the volatile FPOM fraction (5.77±6.26%), with lesser amounts being found in the higher molecular weight FPOM (3.36±0.62%) and TOC (4.93±1.86%) fractions.     

The Organic Component of Particulate Matter in Small Streams of the Northern Yenisei Region During the Summer-Autumn Period

A quantitative assessment is made of suspended sediment load, including particulate organic matter and organic carbon, in 2014 for the small streams of the Northern Yenisei region, in the taiga–tundra transition zone (near the city of Igarka, Krasnoyarsk krai). It was found that the suspended sediment concentration (SSC) of the streams under investigation fluctuated between 2 and 18 mg/L during the summer–autumn low-water period of 2014. The proportion of dissolved organic matter (DOM) in the total sediment yield varied from 16.4% to 74.1%, depending on landscape-geomorphological conditions for suspended sediment formation: it is higher for streams with tundra catchments and lower on forest watersheds underlain by sandy and clayey loams. The DOM content varies from catchment to catchment from 1.63 to 2.42 mg/L, and the mean concentration of dissolved organic carbon (DOC) is estimated at 0.73 to 1.09 mg C/L. It is shown that the local channel transformations serve as the main source of POM and DOC input to the water of two out of three streams under study. Surface runoff or fast subsurface flow in the organic soil horizon is the external source of DOM input to the water of the third stream during flooding. Regional empirical dependencies were obtained, which correlate the water discharge, total SSC and the proportion of DOM are obtained. The long-term proportion of DOM in the annual suspended sediment flow of the Graviika river makes up 25% and DOC, 11%, or, in absolute values, 406 and 183 t/year, and in units of layer 1.26 and 0.57 t/km², respectively.     

1766～1911年黄河中游汛期水情变化特征研究

根据1766～1911年万锦滩汛期涨水情况的历史文献记录,重建研究时段内黄河三门峡断面逐年汛期流量R(109m3/a)和汛期开始时间T(侯尺度),其平均水平分别为径流量R=51.06×109m3/a,汛期开始时间T平均情况为7月上旬(7月第2个侯),对应于梅雨结束平均日期。研究时段内,1840 s前流量平,汛期开始时间总体较稳定;1840～1850 s流量普遍偏丰,汛期到来偏晚;1860 s开始流量减少,汛期提前,此阶段持续约40 a左右,是近300 a中黄河中游产流微弱持续最长的1个时期。     

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。     

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。     

The hydrological effect between Jingjiang River and Dongting Lake during the initial period of Three Gorges Project operation

Based on the measured hydrological data from 1951 to 2008, the chain hydrological effect between Jingjiang River and Dongting Lake is analyzed by comparative method after the Three Gorges Project operation. The result indicates that 1) the scouring amount in Jingjiang River made up 78.9% of the total from Yichang to Chenglingji, and its average scouring intensity was higher than the latter; 2) the water and sand diversion rates at the three outlets of the Jingjiang River were reduced by 2.33% and 2.78% separately; 3) the proportion of multi-year average runoff and sediment through the three outlets in the total into the Dongting Lake decreased by 7.7% and 24.4% respectively; 4) in Dongting Lake, the speed of sediment accumulation was lowered by 26.7%, in flood season, the runoff amount was 20.2% less than the multi-year average value, leading to seasonal scarcity of water year by year. The former prolonged the lake life, while the latter induced droughts in summer and fall in successive years, shortage of drinking and industrial water, shipping insecurity, as well as ecological problems such as decrease of birds and quick increase of Microtus fortis; 5) The multi-year average values of sediment and flood transporting capacity at the lake outlet were respectively increased by 26.6% and 3.7%, the embankments were protected effectively. Then, to adapt to the new change of the river-lake relation, some suggestions were put forward, such as optimizing further operation program of the Three Gorges Reservoir, reexamining the idea of river and lake regulation, and maintaining connection of the river and the lake.