砒砂岩区水土流失机制及防治措施研究现状与展望

砒砂岩集中分布于黄河中游晋陕蒙交接地带的多沙粗沙区，是黄河下游地上悬河造床质粗泥沙的重要组成部分，系关黄河安澜。由于砒砂岩孔隙发育、结构松散，遇水崩解等特性，以及地形地貌、气候、水文等因素的影响，导致砒砂岩极易发生风化、侵蚀，且侵蚀机制复杂、侵蚀类型多样。系统探究砒砂岩的风化、侵蚀与搬运机制及其发展演化过程是遏制粗泥沙入黄的关键。基于文献检索，笔者系统整理砒砂岩风化与侵蚀机制，分析坡面、沟道侵蚀与搬运演化过程、产沙产流规律，梳理有关砒砂岩的水土流失防治措施研究成果以及存在的问题，并提出遏制砒砂岩粗泥沙入黄的对策建议。(1)聚焦粗泥沙集中来源区，从源头遏制粗泥沙入黄。(2)按照山水林田湖草沙生命共同体理念，探索面向粗泥沙的水土保持新体系。(3)创新多元化投入、跨地区联动，多部门协作，多专业融合的遏制粗泥沙入黄工作机制。(4)加强砒砂岩风化-侵蚀-搬运机制与防治关键技术研究。     

鲁北平原区河道悬移质泥沙规律浅析

分析了鲁北平原主要排洪河道悬移质泥沙的来源、组成、年内、年际变化及沿程变化规律，水沙关系，输沙量与年径流量、年降水量之间的关系。指出鲁北平原河道泥沙主要有两大来源：一是流域产沙；二是引黄客沙，其中引黄客沙是鲁北平原河道泥沙的主要来源，引黄客沙的大量进入，不但改变了河流泥沙形势，而且加剧了河道淤积，使各河行洪能力较70年代降低了40％～70％。鲁北平原区河流泥沙的输沙量年际变化较大，与年径流量的丰枯变化有较明显的相应性；输沙量年内分配极不均匀，主要集中在汛期（6～9月）。     

金沙江下游区间来沙驱动因子分析及产沙预测模型

随着长江上游梯级开发的快速推进,金沙江下游干支流来沙占比失衡现象日益突出,区间水沙实测资料欠缺的问题严重影响了对干流库群泥沙淤积的预测。为系统性了解并掌握金沙江下游区间内泥沙分布全貌,明晰区间来沙时空异性特征以及归因,基于已有支流水文站泥沙序列与因子集,采用秩相关分析研究了区域内地形、气候、土地覆被、空间尺度各类因子对流域产沙的潜在影响和各因子之间的变化独立性。通过参数降维与双重回归分析相结合的方法识别关键因子组合并构建输沙模数预测模型。研究结果表明：8°以上坡度占比、气温和集水面积的驱动因子组合能够较为完整地解释研究区域产沙机制,并在此基础上建立了能解释约92%输沙模数变化性的预测模型。根据模型计算得到广大无实测资料区域的输沙模数分布范围为87～1 189 t/(km²·a),近50 a来减小幅度约50～300 t/(km²·a)。在此基础上识别白鹤滩、溪洛渡高产沙及上下游低产沙区间,并分析了该空间不均衡特征的削弱趋势。     

漏斗式全沙排沙技术及其应用

主要介绍了一种新型泥沙处理技术,即“漏斗式全沙排沙术”.该项技术既可以排除粗颗粒的推移质泥沙,也可以排除细颗粒的悬移质泥沙.对0.5mm以上的粗颗粒泥沙的截沙率为100%,对0.5mm以下细颗粒泥沙的截沙率为90%,排沙耗水量仅占渠道引水量的2%～5%.     

粤东大埕湾海岸地貌演化分析

通过对海底底质类型与分布，泥沙来源，泥沙运动的分析，认为粤东大埕湾的海岸属稳定或微涨海岸，其地貌演化与由３个岬角，２个湖汐汊道和２条砂质海岸组成的泥沙运动体系密度相关，岸段的悬移质泥沙主要源自西部的韩江，黄冈河，诏安东溪，岸段大部呈或微淤状态，底质由东向西呈粗－细－粗的变化，可能与宫口港输出的泥沙为海滩沙的主要来源有关。     

河流动力学进展

从流域产沙、床面形态及河床阻力、泥沙输移、河流形态及其演变、工程泥沙、河流模拟、泥沙测验和环境泥沙等八个主要方面评述了河流动力学研究的内容、方法和现状,分析了存在的主要问题,讨论了未来可能引起关注的若干课题.     

河流冲刷过程中表层床沙粗化对不平衡输沙的影响

在分析前人的不平衡输沙研究成果的基础上,针对非均匀沙河床,提出了床沙交换速率的新物理概念,计算研究了不同床沙交换速率时表层床沙的粗化过程及非均匀沙含沙量恢复饱和过程.研究表明,由于较细泥沙的冲刷率总大于较粗泥沙,因此在床面薄层内泥沙随冲刷迅速粗化,致使挟沙力降低,不平衡输沙距离较均匀沙情况大大延长.床沙交换速率愈慢,则冲刷距离愈长.     

黄河泥沙百年演变特征与近期波动变化成因解析

黄河泥沙未来变化趋势关系到新时期治黄策略制定，科学认知入黄沙量变化特征，特别是一些典型或极端情况下的沙量变化原因，对于科学研判黄河泥沙未来情势具有重要指导意义。本文在分析百年黄河沙量演变特征基础上，重点解析了2013年和2018年典型"大沙"年份以及2017年典型"极端降雨"年份潼关沙量波动变化原因。结果表明:1919—2018年百年尺度上黄河潼关站输沙量呈"台阶式"减少特征且减少趋势极显著（P < 0.001），尤其2000年以后年均输沙量降至2.44亿t左右；随着黄土高原下垫面土壤侵蚀环境大幅改善，黄河上游相似来水年头道拐—潼关区间流域输沙量减少82%，相似极端降雨情景下流域次洪输沙量平均减少50%~85%，2017极端降雨年并未导致大沙年出现，水土保持生态建设成果在减少入黄泥沙方面发挥了关键作用；2013年和2018年典型"大沙"年潼关站泥沙来源解析表明，河道淤积泥沙冲刷和水库排沙成为新时期黄河潼关站沙量波动变化的主要影响因素。     

黄河泥沙百年演变特征与近期波动变化成因解析

黄河泥沙未来变化趋势关系到新时期治黄策略制定，科学认知入黄沙量变化特征，特别是一些典型或极端情况下的沙量变化原因，对于科学研判黄河泥沙未来情势具有重要指导意义。本文在分析百年黄河沙量演变特征基础上，重点解析了2013年和2018年典型"大沙"年份以及2017年典型"极端降雨"年份潼关沙量波动变化原因。结果表明：1919—2018年百年尺度上黄河潼关站输沙量呈"台阶式"减少特征且减少趋势极显著（P<0.001），尤其2000年以后年均输沙量降至2.44亿t左右；随着黄土高原下垫面土壤侵蚀环境大幅改善，黄河上游相似来水年头道拐—潼关区间流域输沙量减少82%，相似极端降雨情景下流域次洪输沙量平均减少50%~85%，2017极端降雨年并未导致大沙年出现，水土保持生态建设成果在减少入黄泥沙方面发挥了关键作用；2013年和2018年典型"大沙"年潼关站泥沙来源解析表明，河道淤积泥沙冲刷和水库排沙成为新时期黄河潼关站沙量波动变化的主要影响因素。     

杭州湾底质的粒度特征和泥沙来源

杭州湾底质的分布,与潮流、波浪作用以及泥沙来源有着密切的关系。作为强潮海湾的杭州湾,潮流作用是主要的动力因素。底质的粒径大小与水动力强度相适应。底质的类型以泥质粉砂和粉砂为主。底质的分布具有一定的规律性,从湾口向湾内,颗粒粒径由细到粗,分选则由差到好。杭州湾的泥沙来源,以海域来沙为主,其中主要是长江输出的泥沙,随涨潮流进入杭州湾。     

梯级水库蓄水对三峡水库洪峰沙峰异步特性的影响

梯级水库蓄水后，三峡水库入库泥沙大幅度减少，同时三峡水库洪峰沙峰传播特性发生变化，有必要研究新水沙条件下三峡水库洪峰沙峰异步特性变化及其原因，为深入认识水库洪峰沙峰异步特性机理和精细化减淤调度方式提供理论基础。采用实测资料分析法和理论分析法，以2003—2018年三峡水库实测水文资料为基础，对梯级水库蓄水后三峡水库洪峰沙峰异步特性变化进行分析，初步探讨这些变化的主要原因。结果表明：梯级水库蓄水后，三峡水库洪峰沙峰异步现象加剧，表现为入库滞后沙峰比例增加最多、库区洪峰传播时间减少以及沙峰传播时间增加。造成该现象的原因是入库泥沙来源发生变化、入库洪峰流量减少以及入库泥沙颗粒粗化。     

黄土地区小流域产沙概念性模拟研究

把流域产沙概化为坡面产沙和沟道产沙两种机制。根据坡面产沙机制特点和物理概念,提出了坡面产沙等于坡面水流挟沙能力与坡面土壤抗侵蚀能力之差的概念性模拟。把拜格诺的河道水流悬移质泥沙公式简化为简单概念的沟道产沙公式。经在黄土高原第一副区8个小流域的产沙模拟检验,初步证明,提出的模型概念合理,模拟效果好,适合于黄土高原第一副区小流域的产沙计算。     

梯级水库蓄水对三峡水库洪峰沙峰异步特性的影响

梯级水库蓄水后，三峡水库入库泥沙大幅度减少，同时三峡水库洪峰沙峰传播特性发生变化，有必要研究新水沙条件下三峡水库洪峰沙峰异步特性变化及其原因，为深入认识水库洪峰沙峰异步特性机理和精细化减淤调度方式提供理论基础。采用实测资料分析法和理论分析法，以2003—2018年三峡水库实测水文资料为基础，对梯级水库蓄水后三峡水库洪峰沙峰异步特性变化进行分析，初步探讨这些变化的主要原因。结果表明:梯级水库蓄水后，三峡水库洪峰沙峰异步现象加剧，表现为入库滞后沙峰比例增加最多、库区洪峰传播时间减少以及沙峰传播时间增加。造成该现象的原因是入库泥沙来源发生变化、入库洪峰流量减少以及入库泥沙颗粒粗化。     

三峡建库前后下荆江有效流量研究

有效流量是天然河流某一时段内悬移质输沙量最大所对应的流量,可反映中、短期造床作用。根据监利水文站1991—2016年逐月流量、输沙量及悬移质级配,分析三峡建库前后流量频率及不同粒径组悬移质泥沙输移特性;运用理论分析法与分组频率法计算下荆江分组悬移质输沙量对应有效流量的大小、重现期、历时。研究成果表明:受来水来沙、水流挟沙能力以及床沙补给等因素影响,有效流量随泥沙粒径增大而减小。建库后,因河床冲刷各粒径组间有效流量偏差增大,0. 062 mm0. 125 mm粒径组泥沙有效流量重现期减小;细颗粒泥沙含沙量严重不饱和河道输送粗颗粒泥沙的能力相对较大,悬移质级配粗化;累积50%的泥沙输移需43%～82%的累积流量以及62%～90%的累积历时,且累积流量和累积历时随着泥沙粒径的增大而减小和缩短。研究三峡建库前后有效流量变化对分析冲刷条件下下荆江河段河床演变具有重要意义。     

不同坡度草地含沙水流水力学特性及其拦沙机理

参照黄土区侵蚀降雨和坡面片蚀产沙特征,采用恒流泥沙输送装置模拟坡面上方来水来沙,探讨不同坡度草地含沙水流的水力学特性及其对上方来沙的拦蓄机理。结果表明,草地坡面的水流弗劳德数随坡度增大而增加,而阻力系数与坡度呈反势。按明渠水流的一般标准,不同坡度草地水流均为层状缓流。草地坡面拦沙效应随坡度增大而减小,且径流前期的减沙作用较后期更为显著。不同坡度草地坡面的出流泥沙平均直径和大颗粒(>10μm)泥沙含量均显著小于上方来沙,这说明草地的拦沙效应主要体现在对大粒径泥沙的拦蓄上。     

黄河下游洪水冲淤相对平衡的分组含沙量阈值探讨

河床冲淤相对平衡下的洪水分组含沙量阈值是多泥沙河流水沙调控的重要参数.基于河床演变学的原理,根据黄河下游200余场次洪水实测资料,探讨了洪水分组含沙量阈值和分组来沙系数阈值.研究表明,黄河下游洪水过程中,在一定的分组含沙量及来沙系数条件下,可以使得河床冲淤达到相对平衡.对于悬沙以细泥沙为主的洪水,其河槽冲淤临界含沙量与主槽单宽流量、最大日均流量、花园口以下河段最小平滩流量、床沙中值粒径大于0.05 mm的沙重百分数有关;对于悬沙以中粗泥沙为主的临界含沙量则与粒径大于0.05 mm的沙重百分数无关;对于悬沙以粗泥沙为主的临界含沙量除与细泥沙临界含沙量的因素有关外,还与悬沙中值粒径小于0.025 mm、大于0.05 mm的沙重百分数有关.对于含沙量级相近的洪水,若流量级不同,同样可以产生不同的冲淤结果,即存在着分组来沙系数临界值.     

榆林黄河中游粗泥沙区生态问题与生态格局构建

黄河中游粗泥沙是黄河下游地上悬河形成的最重要组成物质，从源头遏制粗泥沙入黄是保障黄河长久安澜的根本之策。笔者采用从大尺度向小尺度梯度分析、生态问题识别诊断与综合评判等方法，确定了陕西省榆林市北部7个黄河一级支流区为粗泥沙主要来源区，并在识别出粗泥沙主要来源区生态问题及其之间关联性、紧迫度、优先度的基础上，提出了榆林黄河中游粗沙区生态保护修复的系统性对策。即围绕2个核心目标、3个关键问题，将研究区划分为10个保护修复单元，提出布局7类工程和29个子项目，构建“1廊2带3区多点”的人与自然和谐共生的生态安全格局，从而达到提升粗泥沙集中来源区生态系统稳定性和韧性，实现从源头遏制粗泥沙入黄，缓解拦沙坝、水库和“地上悬河”泥沙淤积压力的目标。研究成果对于保障中国北方生态安全和能源资源安全等具有极为重要的意义。     

强潮海湾近岸表层沉积物时空分布特征及水动力响应——以杭州湾北岸为例

沉积物粒度参数是表征其分布和输运特征的重要信息。根据2005年7月和2006年12月采集的167个表层沉积物样品以及收集到的实测水文资料,以杭州湾北岸为例,分析研究强潮海湾近岸表层沉积物的时空变异特征,同时在应用GSTA模型对沉积物进行输运趋势分析的基础上探讨该区域的泥沙来源,并通过掀沙计算分析表层沉积物对高能水动力环境的响应过程。结果表明:（1）杭州湾北岸表层沉积物普遍较细,以粉砂质粘土为主,在南汇、金山岸段存在两个砂质密集区,并且随动力条件的不同在由岸向海方向呈现出逐渐变细的粒度趋势;（2）表层沉积物粒度特征在洪、枯季亦存有差异,枯季较洪季存在普遍粗化现象;（3）GSTA模型结果显示该区域泥沙主要来源于上游岸段来沙和湾口海域来沙,此外局部区域之间的泥沙交换过程也是区域内泥沙平衡协调的重要途径;（4）潮流掀沙作用主要以南汇和奉贤水域为主,波浪掀沙作用范围基本覆盖研究区域的整个岸段,且波高为1.5 m（P=94.9%）以下的波浪掀沙作用对浅水区域的影响最为显著。     

坡面流速及侵蚀产沙空间变异性试验

在野外放水试验条件下,利用染色法和侵蚀针法分别观测坡面流速和侵蚀产沙空间变异性。结果表明,坡面各横向断面的流速与距坡顶距离之间呈正相关,且相关性随流量增大逐渐变得显著,纵向断面流速的变异程度明显强于横向断面。总体上,上、下坡位侵蚀程度较重,而中坡位最轻;小流量时沉积作用明显,大流量时距坡顶0~2 m范围为净侵蚀区;各坡段侵蚀量与其距坡顶距离之间呈负相关;发生泥沙沉积部位随流量增大逐渐下移,细沟侵蚀量占坡面总侵蚀量的比例随流量增大不断增加。试验条件下流速为0.30 m/s时,细沟侵蚀产沙大于细沟间侵蚀,且坡面侵蚀量迅速增大。随流量增大,流速和侵蚀产沙量呈增大趋势;但在流量较大时,坡面各坡位侵蚀量与流速呈负相关,这可能与坡面中下部位粗颗粒泥沙沉积以及含沙水流的挟沙能力基本达到饱和有关。     

悬沙（D〉0.06mm）粒径计法级配成果改正方法实验研究

通过大量实验和分析研究，认识了泥沙用粒径分析时的沉和规律、粒析级配的构成机理和成果偏粗的本质原因。研究了影响凿析粒径与标准粒径关系的主要因素和河流悬沙级配曲线形式。在成因分析基础上开展实验，得出了粗、中、细型沙的Ｄ粒－Ｄ标关系和对粒析级配进行改正的方法。最后对改正结果进行了全面检验，说明实验成果可靠，改正方法合理。