气候变化和人类活动对黄河上游十大孔兑水沙过程的影响

随着气候的变化以及人类活动的加剧,世界上一些河流的径流和输沙量发生了明显的改变。查明流域的水沙特征、变化趋势及驱动因素是流域治理和管理中面临的重要问题。以黄河上游的十大孔兑为研究对象,利用1958-2015年的实测资料,采用线性趋势法、非参数Mann-Kendall趋势检验法对典型孔兑毛不拉、西柳沟、罕台川的年降雨、径流、泥沙、洪水过程进行了系统分析。结果表明：毛不拉和西柳沟年水沙序列下降趋势显著,罕台川下降趋势不显著,但近10 a比之前水沙明显减少;三个孔兑21世纪和20世纪观测到的2次洪水过程相比,产生洪水的降雨差别不大,但后一次洪峰流量和含沙量都显著降低;与1990年之前相比,1991-2015年各孔兑高强度降雨变化程度相对水沙变化不大。通过遥感影像解译,发现自20世纪90年代以来,随着退耕还林还草、封禁、休牧等水土保持工程陆续实施,十大孔兑土地利用变化显著,植被盖度明显增加,由此改变了该区域降雨-产流-产沙过程,引起1990年以后产水产沙的剧烈减少。     

上海大都市交通网络分形的时空特征演变研究

分形理论的城市形态发生学研究应用,首先是从交通网络的应用开始的。国内外学者进行的大量案例研究表明,分形分维有可能是表征城市交通网络特征、解释城市交通网络发展,演化的一种较为理想的测度指标。以上海这一国际性大都市的交通网络为研究主体,通过测算上海市不同行政区域交通网络的分维值,研究分形特征的空间变化;利用不同时代上海市全域及典型行政区交通网络的分维,研究分形特征的时间演化。研究结果表明,在上海与一些发展相当成熟的大、中城市与城市化地区,交通网络形态1.7左右的分形分维值具有普适性,有可能是判断网络形态与功能、结构完善度的一个较为合宜的测度指标;分维的变化,表现在空间域上,上海城市交通网络的分形特征内域明显复杂于外域,在城市发展主轴方向表现为由内向外分维测度值的有序降低;而在时间域,近期的交通网络分形复杂度明显高于早期,网络的构型不断得到优化;这一总体趋势,与城市形态开发、经济发展的历程相一致。可以相信,分形测度与分维的演化将成为描述城市形态发生学过程的一个最有用的指标。     

黄土高原典型地貌类型的土地利用分形特征

以山西省闻喜县1∶1万土地利用现状数据库为数据源,运用GIS技术,基于DEM数据及地貌特征将闻喜县分为河谷、塬地、丘陵、山地4种地貌,计算各地貌下不同土地类型的分维数和稳定数,并对计算结果进行分析比较。结果表明:不同的地貌特征不仅对土地利用结构有影响,对其分维指数和稳定性指数也有影响;相同地貌特征下不同的土地类型分维数和稳定性指数存在着差异,分维数越高土地利用类型的结构越复杂,稳定性指数越高土地利用类型的结构越简单。通过对分维数和稳定性指数的研究可为优化土地利用结构和可持续利用土地资源提供依据。     

辽河干流上游流域土地利用对土壤颗粒分形维数影响

分析了辽河干流典型风沙区林地、草地和农田土壤颗粒的分形维数空间分布特征。结果表明：土壤颗粒分形维数总体表现为农田高于林地和草地,且在农田土壤30~50 cm深度时达到最大值（2.58）,在草地土壤0~10 cm出现最小值（2.26）;在林地土壤中随深度增加而减小,在草地和农田土壤中随深度增加而增加。土壤分形维数均与粉粒含量极显著正相关（P<0.01）。农田更有利于土壤细小颗粒的形成,改良土壤质地,土壤结构相对较好,其次是林地,草地相对较差。     

大渡河上游丹巴地区地貌分维特征的地质解析

基于高精度DEM,采用滑动窗口技术,计算丹巴地区的地貌分形特征.结果表明:地质构造决定地貌的宏观格架,构造规模和期次与地貌的平均分维值和标准差呈正相关关系;地层岩性决定地貌的中观和微观布局,变质作用与平均分维值和最大分维值呈正相关关系;地貌维度的极大值区多为地质环境异常区.该项研究对山地本体认知、地质环境调查及评价具有重要的参考价值.     

不同比例尺下中国水系分维数关系研究

应用分形理论,再次验证整个中国水系及各流域水系分形特征的客观存在;通过比较1:450万及1:1200万比例尺计算的分形维值大小及变化规律,表明单一尺度的分形规律在其它尺度下依然存在;大比例尺条件下计算得到的分形维值也大,且各层次不同流域的分维值在不同比例尺条件下的变化也呈现相同的趋势,表明图源比例尺对分维计算值的影响。     

黄河上游径流变化特征及其影响因素初步分析

利用1956—2005年黄河上游水文和气象台站观测的流量、气温、降水资料,用气候诊断方法分析了该地区径流量的年代际演变特征以及影响因子。结果表明：20世纪50—80年代年平均流量呈波动性的上升趋势,90年代至21世纪的前5年年平均流量呈下降趋势。降水量、蒸发量、气温是影响流域流量的主要气象因子,它们的机理完全不同。枯季、雨季降水量与流量分别呈负、正反馈机制,秋季和冬季降水量对次年春夏季的流量有比较明显的调节作用;4—5月（10月）气温与后期5—6月（11月）流量呈负（正）反馈机制;枯季、雨季地表蒸发与流域的河川流量呈负反馈机制,并且消耗的水资源量呈逐年增加的趋势。20世纪90年代以来黄河上游地区河川流量的减少与降水量减少、地表蒸发量增大有关。     

石羊河中下游流域植被的演替历史

以参考历史文献、实地调查和访问当地居民的方法,研究了石羊河中下游流域的植被演替。结果表明,该流域2000多年前为湖泊、沼泽和平原景观,后来由于气候和水文演化、人类活动加强和干旱加剧,导致湖泊与河流逐渐消失、绿洲因水系的变迁而向东南移动、早期的绿洲农田逐渐沙漠化,也使植被从水生、沼泽、草甸植物向沙旱生、强旱生、超旱生方向演替,物种大量消失,已演化成现在的沙漠、戈壁与绿洲景观。目前, 该流域红崖山水库以南的一些河道中尚有常年流水,河漫滩和湿地中还有水生、沼泽、草甸和中生植物种类,物种相对丰富;而水库以北的古河床及广大荒漠区植被稀疏,且多为沙旱生和强旱生植物种类,生物多样性低,稳定性差,沙漠化过程加强。要恢复流域植被、遏制土地沙漠化,应当采用调水、引水和节约用水的方法,加强绿洲保护,使地下水位恢复至植物可吸收利用状态。     

黄河中游流瑾特性对产沙量与降雨关系影响

在黄河中游河龙区间选择了１６个不同自然地理类型流域,通过流域产沙量与降雨指标之间关系分析表明,不同类型流域产沙量－降雨之间相关曲线的斜率不同;在相同的降雨指标条件下,越往北部产沙量变幅越大。流域产沙量与降雨指标之间关系的上述分异,主要受流域下垫面环境特性和暴雨分布特征控制。     

金沙江干热河谷元谋盆地冲沟沟头形态学特征研究

金沙江干热河谷因独特的气候类型——干、热、降水集中,冲沟侵蚀破坏十分严重。从冲沟沟头形态学特征的角度,运用分形几何学理论,以金沙江干热河谷元谋盆地的冲沟为研究对象,对沟头的分形弯曲度和土壤分形特征进行分析,揭示不同土地利用方式下,沟头空间形态、土壤形态与冲沟发育的相关关系及不同沟头形态所反映的自然环境特征差异性,这对研究冲沟的空间格局和动态监测提供了新的思路,对冲沟侵蚀治理,防止土地劣化具重要的理论指导意义。     

锡林郭勒草地表层土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系

在锡林郭勒草地以400 m为间距均匀布设160个样点,采集各点表层0~1 cm土样,测定土壤机械组成,计算土壤粒度分形维数,分析锡林郭勒草地景观尺度土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系。结果表明：（1）分形维数越小,土壤质地越粗,分形维数与小于0.05 mm细颗粒含量显著正相关,与大于0.05 mm粗颗粒含量显著负相关;（2）分形维数随土地利用状况的变化趋势为禁牧>轻牧>中牧>重牧>耕地。在草地条件下,土壤容重值越大,分形维数越小;在耕地条件下,二者无显著相关关系;（3）分形维数越大,风蚀危险性越低,分形维数越小,风蚀危险性越高。     

黄河内蒙古段支流“十大孔兑”侵蚀产沙的时空变化及其成因

“十大孔兑”来沙造成黄河干流强烈淤积.为了通过流域治理来减轻泥沙灾害,研究“十大孔兑”侵蚀产沙过程具有重要意义.基于1960—2005年的河流输沙量、径流量和降雨量资料,运用统计方法进行了研究.结果表明:“十大孔兑”输沙量高度集中于几个大水大沙年份,其余年份对46年总输沙量的贡献很小.最大1年、最大3年、最大5年和最大10年的累积输沙量分别占到46年总输沙量的21.26%、37.18%、47.92%和69.29%.1960—1991年和1992—2005年两个时段相比,后一时段输沙量年均值减少了37%.这一差异可以用暴雨特征的差异和下垫面(如植被)的变化来解释.1991年以后,年降水量无明显变化,但最大1日降雨量在p<0.10的水平上呈现减小的趋势.虽然20世纪90年代西柳沟并未大规模实施水土保持治理,但由于农村富余劳动力转移,对土地的压力减轻,对植被的破坏大大减弱,使得植被逐渐恢复,NDVI呈增大趋势,因而侵蚀产沙减弱.“十大孔兑”产沙模数具有明显的空间分异特征,从西向东增大,在西柳沟达到最大值,然后再减小.流域自然地理因素具有明显的变化,从西向东,沙尘暴频率减小,降雨量增大.沙丘类型也发生了变化,由以流动沙丘为主变为以半固定沙丘为主,进入河道风沙的输沙强度减小.另一方面,水力驱动的侵蚀和泥沙输移从西向东增强.上述两种作用叠加的结果,在区域中部西柳沟附近出现了侵蚀产沙的峰值区.     

黄河上游沙漠宽谷河段水沙阈值与输沙特征

围绕黄河上游沙漠宽谷河段“多大流量能冲动多大含沙量的泥沙”、“不同流量能冲走多少泥沙”两个关键问题,对沙漠宽谷河段的水沙阈值展开深入研究。通过分析各断面历年水量、沙量变化过程,揭示了沙漠宽谷河段各区间河段的冲淤规律,得到不同区间河段、不同含沙量情况下的水沙阈值系列。基于水量平衡原理与输沙量平衡原理,分析各断面冲沙输沙流量、含沙量与输沙量之间的关系,建立场次洪水的河道输沙量计算模型,量化水量与沙量的转化效果。通过实例计算,不考虑沙漠宽谷河段水沙调控时,头道拐站的输沙量为0.124×10⁸ t,沙漠宽谷河段的冲刷量为0.0527×10⁸ t,考虑水沙调控时,输沙量增加近4倍。水沙调控显著改善了沙漠宽谷河道的水沙关系,冲刷了河槽,验证了水沙阈值及输沙量计算的准确性和可靠性。     

历史时期西北干旱区生态环境演变过程和演变阶段

在历史时期,西北干旱区的生态环境演变过程是绿洲化与沙漠化并存,人进沙退和沙进人退皆有。灌溉绿洲是通过人工水系(渠、库、井)、栽培植物和耕作土壤,逐步替代自然水系、自然植被和土壤形成的。沙漠化则是由于人类活动改变了水资源的地域分配,使河流中下游地表水减少,地下水位下降,植被衰败向发展扩大。在受人类干扰很少的自然水系情况下,本区生态处自然平衡;在较强干扰下的半自然水系时,生态平衡失调;在强烈干扰的人工水系时期,河流上游生态改善,下游急剧恶化。     

气候变化对黄河上游天然径流量影响分析

根据黄河上游兰州以上地区1959-2002年历年逐月气温、降水量资料,统计分析了近44年区域气候变化的基本特点,同时通过对各站气温、降水量与兰州站年天然径流量相关系数的计算,选取代表站及典型时段,建立天然径流量计算公式,并计算分析了天然径流量对气候变化的敏感性及气候变化对径流的影响程度。结果表明：(1)年径流量随降水的递增而加大,随气温的升高而减小;(2)径流量对降水变化的响应较其对气温变化的响应更显著;(3)20世纪90年代以来,气候变化对天然年径流量的影响较显著,其影响幅度达13．2％。     

从晋北地区地貌演化看桑干河的古流向

第三纪 ,恒山 -小五台山、管涔山和坝缘山地逐渐隆起。源于该山地的桑干河、洋河等河流全部汇入洋河谷地中。第四纪 ,大同 -阳原等盆地形成 ,逐渐吸引桑干河等河流向东流入该盆地。洋河仍循原河道。始成现在的水系格局。     

黄河沙漠宽谷段水沙变化特征及驱动因素

根据定位观测、第一次全国水利普查、遥感影像解译的数据,利用MWP、双累计曲线、水土保持分析法、数学模拟等方法,分析了黄河上游水沙变化特征,评估了多元驱动因素对2000-2012年黄河下河沿-头道拐沙漠宽谷段水沙变化的贡献率。结果表明:与20世纪70年代以前的基准期相比,2000年以来径流量、输沙量同步减少,水沙关系也发生变化,单位径流量的输沙量明显减少;沙漠宽谷段径流量减幅沿程不断增加而输沙量减幅沿程变化不大,水沙年内分配较基准期发生倒置,来沙系数不断减小;灌区引水引沙、水土保持措施、水库拦沙、支流来水来沙、水库调蓄及河道冲淤是沙漠宽谷段水沙变化的主要影响因子;经济社会发展用水对沙漠宽谷段径流量减少的作用最大,贡献率为81%,其次是水库蓄泄量,占15%以上;水库拦沙对头道拐输沙量减少的贡献率最大,占41%,其次是支流水土保持措施,贡献率约占13%,入黄风沙减少的贡献率并不大,约为6%,而河道淤积量、灌区引沙量较基准期都是减少的,贡献率分别约为-41%和-8%;近10多年来降雨等自然因素对水沙变化的作用相对不大,起主要作用的是水库运用、水土保持、经济社会发展等人类活动因素。     

黄河中游降雨特性对泥沙粒径的影响

以黄河中游36个有泥沙粒径资料的水文测站流域为样本，在不同自然地理类型流域划分的基础上，建立了流域泥沙粒径特片与降雨特性的关系。结果表明，在不同类型流域，流域泥沙的粗细与降雨季节性变率和年际变率之间存在着相当好的线性正相关关系；而与年降雨量和降雨不均匀系数之间呈明显的非线性关系。流域地面物质、植被和地貌发育程序等下垫面环境因素对泥沙粒径特性与降雨特性之间关系起着十分重要的控制作用。不同类型流域曲线的斜率各不相同，在图中所处的位置也不相同。     

1961—2010年讨赖河山区径流变化特征及其驱动因素

以1961—2010年讨赖河山区气温、降水和径流资料为基础,综合运用线性趋势、距平百分比、重标极差、Mann-Kendall突变检测、小波变换和多元线性回归等多种数理分析方法,研究了讨赖河山区径流的年内和年际变化规律,并探讨了气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：径流年内分配极不均匀且呈单峰型分布,汛期径流占年径流的比重为62.11%。径流经历了“丰-枯-丰-枯”4次波动,在1984年发生由多到少的显著性突变,但整体呈不显著减少趋势且具有持久性。径流在22年准周期上振荡最为明显,经历了“少-多-少-多-少-多-少”7次循环交替,2010—2015年径流可能再次偏多。近50年来山区气温呈“稳定波动-快速上升”变化,降水量呈显著增加趋势,但山区降水转化为径流的比例减少。气温升高和降水量增加引起的蒸散发增加,同时气候变化和人类活动共同作用下的地表覆盖类型的变化均对径流变化产生影响。     

气候和土地利用变化对径流变化影响研究——以伊洛河流域伊河上游地区为例

在实际调查基础上,利用遥感和地理信息系统技术,分析伊洛河流域伊河上游地区气候和土地利用变化对径流变化的影响。结果显示,在研究区域中,林地面积最大,1987-2008年,林地、库塘和建设用地面积持续增加,草地、河流和未利用地面积持续减少,耕地面积则先增加后减少。20世纪80年代以来,土地利用变化在不同阶段都使得年平均径流量减小;80-90年代,气候变化使得年平均径流量减小,而90年代到2000年以后,气候变化使得年平均径流量增加,这与90年代年平均降水量减少,而2000年以后年平均降水量增加密切相关。