影响淤地坝建设的地理要素——以黄河中游多沙粗沙区为例

采用定性分析和定量计算、微观机理研究和宏观分析相结合的方法,对影响淤地坝建设的地理要素进行筛选,重点分析了沟壑密度、土壤侵蚀模数、农业人口密度对小流域淤地坝建设,主要是对淤地坝空间布局的影响;以黄河中游多沙粗沙区为研究对象,根据研究区域45个县(旗、市)的沟壑密度、土壤侵蚀模数、农业人口密度和淤地坝密度的基础数据,从地理学角度系统分析它们和研究区域淤地坝密度的关系,研究影响该区域淤地坝建设及布局的主要地理要素。结果表明,在黄河中游多沙粗沙区,影响淤地坝建设最主要的地理要素是农业人口密度,即人类活动的剧烈程度和淤地坝密度之间存在着直接的关系,分析结果为黄河中游多沙粗沙区淤地坝建设提供了科学依据。     

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。     

黄河上中游产水产沙系统与下游河道沉积系统的耦合关系

本文在黄河为例，动用数理统计方法，研究了河流流域系统中产水产沙子系统与河道沉积子系统之间的关系，得到了描述这种耦合关系的多元回归模型。运用这一模型，可以定量回答来自上中游不同来源区的泥沙，各有多大比例淤在下游河道中的问题。     

无定河流域产沙量变化的淤地坝效应分析

无定河流域1971~1989年的年均流量、悬移质含沙量及输沙率比1954~1970年的明显变小,而月均水沙过程曲线也发生了明显变化。上述水沙过程的变化受到1970年以来人类活动的强烈影响,而淤地坝建设是主因。为探讨淤地坝的减沙效应,提出淤地坝有效减沙面积这一概念,并拟合了动态变化的淤地坝有效减沙面积与年份之间的关系,发现该关系曲线与无定河流域各年代产沙量的变化情况相符。自1990年以来无定河流域淤地坝有效减沙面积呈明显递减趋势,导致了自上世纪90年代以来该流域的产沙量出现增大现象。为了抑制该流域的产沙量,势必需要加大淤地坝建设的力度。如果想使该流域的产沙量逐渐减少,则至少要使流域内年淤地坝有效减沙面积逐年增加。     

黄河中游多沙粗沙区流域坡面水保措施变化特征

选用Landsat TM、环境星CCD、SPOT4 和资源三号卫星影像等多源地学数据,通过人机交互式解译和修订土地利用与梯田数据,提出用相邻图幅递进回归分析法消除NDVI时相差异后反演植被盖度,构建起退耕还林还草面积比例、植被盖度均值变化量和有效梯田累计保存面积比例3 个坡面特征变化指示参数后,运用综合聚类分析和多要素贡献率模型研究黄河中游多沙粗沙区的流域坡面水保措施变化特征。结果表明：（1） 1998-2010 年间研究区内流域坡面水保措施变化显著,平均退耕还林还草面积比例为5.55%,平均林草植被盖度均值增加20.63%,平均有效梯田累计保存面积比例达6.25%;（2） 多要素水保措施变化共同作用下的流域坡面变化特征主要有7 种类型,即植被盖度变化主导型、植被—土地变化主导型、土地—植被变化主导型、植被—梯田变化主导型、梯田—植被变化主导型、梯田面积变化主导型和多要素变化共同主导型;（3） 不同类型的空间分布存在一定的地貌背景差异,后续研究应结合流域坡面变化特征及其地貌格局来优化配置水保措施,并合理估计水沙模型模拟的敏感性参数。     

黄河中游多沙粗沙区水沙变化趋势及其主控因素的贡献率

随着气候变化和人类活动影响加剧,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化剧烈,因此研究影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量的驱动因素对预测未来水沙变化具有重要意义。本文选取Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变点检验法,位置、尺度、形状的广义可加模型以及累积量斜率变化率比较法对黄河中游多沙粗沙区15个水文站控制流域1956-2010年的年降水量、年径流量以及年输沙量变化特征及其贡献率进行分析,确定影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的主要原因。结果表明：① Mann-Kendall趋势检验在5%的显著性水平下,表明降水量虽呈减少趋势但并不显著,径流量和输沙量则有显著的减少趋势;② Pettitt突变点检验得出所研究区域径流量和输沙量的突变年份在1972年、1985年以及1996年左右;③ GAMLSS模型分析结果同样表明降水的均值不随时间发生变化,但降水的方差有减小的趋势;④ 通过累积量斜率变化率比较法得出,人类活动对窟野河流域径流输沙的影响大于无定河流域。通过分析黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的原因,可为黄河中游多沙粗沙区水资源合理分配提供一定的理论支持。     

黄河中游多沙粗沙区（渭河段）土地利用对植被盖度的影响

针对黄河中游多沙粗沙区植被变化及其影响因素研究薄弱环节,利用MSS、TM和环境星CCD等多源遥感数据,运用相邻图幅递进回归分析消除时相差异后反演植被盖度,人机交互式解译土地利用,研究黄河中游多沙粗沙区（渭河段） 1978-2010 年间3 个时期土地利用对植被盖度的影响。结果表明：（1） 研究区内植被盖度已显著恢复,植被变化有较强的波动性和异质性;（2） 土地利用已发生明显变化,土地利用变化有较强的时空分异特征;（3） 土地利用转型和渐变均有利于促进植被盖度恢复,但土地利用转型对植被恢复的贡献更突出;（4） 土地利用对植被盖度的影响有一定的复杂性和差异性,区域植被持续恢复迫切需要有针对性的土地利用转型与生态系统优化策略。     

地貌格局与流域侵蚀产沙过程关系定量分析——以黄河中游河龙区间为例

以河龙区间42个流域为对象,在流域地貌格局信息提取和侵蚀产沙过程特征指标计算及其相互关系分析的基础上,探讨地貌格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:①在河道系统水平,河流数量、长度等几何特征指标和河流分叉率(Rb₁₂)、分级率(Rd₃₂)、相邻级别间的河流长度比等形状特征指标与流域侵蚀模数显著相关;②在流域系统水平,坡度粗糙度、相对高差、圆度比、高长比是影响流域侵蚀产沙过程的主要指标,其中坡度粗糙度是最根本的解释变量;③各地貌格局因子间相互作用复杂,且对侵蚀过程的影响要强于泥沙输移过程,其通径分析模型对流域侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比变化的解释度分别为65%、33%和20%。这对正确认识影响流域侵蚀产沙过程的格局因素和建立准确的过程模型,具有重要参考价值。     

黄河中游的侵蚀环境与植被恢复前景

黄土高原的土壤侵蚀和生态环境问题世界瞩目。在保证蓄水拦沙效益基础上,提高林、草保存率,使植被恢复得到最佳的生态效益,是黄土高原环境整治中亟待解决的关键问题。本文根据黄土高原不同空间地理位置的流域、重点县水文监测资料,研究了气候、地表覆被、土地利用方式的变化对流域侵蚀产沙的影响以及流域产沙与地理环境要素间的耦合关系,定量分析了黄土高原,特别是多沙粗沙区自然与人文要素对流域侵蚀产沙的综合影响和因子的权重分析,并利用天然降雨植被生态需水适宜性系数和林、草恢复度的概念,重点探讨了黄河中游主要产沙区、尤其是多沙粗沙区退耕还林等土地利用方式宏观格局变化与植被恢复前景。研究表明,在植被生长主要依赖天然降雨的黄土高原,生物措施(植被类型)要与自然带相适应,应根据植被恢复度和植被生态需水适应性系数来进行宏观植被的恢复与实施。这是目前在不断增长的人口压力下,进行水土保持,解决好经济发展与环境保护、减少垦殖率与保证老百姓的基本农田、造林种草与植被类型的自然适应性、以及控制泥沙作用中生物措施与工程措施合理布局等诸多矛盾的关键所在。     

风力侵蚀对无定河流域产沙作用定量分析

本文利用无定河的水文泥沙观测日值资料和该流域内及周围气象站气象观测月值资料,通过流域的水沙关系与各年风蚀气候因子,估计了风力作用对无定河流域产沙的贡献量。结果揭示出:在风沙区,由于水力的搬运作用仍然决定了流域输沙量的大小,所以风力作用产生的输沙模数很小,在总输沙量中只占约1/4;风力作用增加输沙量比例最大的地区是穿过风沙区和丘陵沟壑区交界区,既有活跃的风沙活动又有强烈的黄土水蚀,风力和水力形成强耦合侵蚀搬运作用的干流上游,占输沙量的1/3以上;位于靠近风沙区并有片沙分布的黄土丘陵沟壑区的流域,风蚀产沙占流域输沙量的比例约为1/10;在黄土丘陵沟壑区,相对强烈的水力侵蚀,风力作用对产沙影响较小。整个无定河流域风力作用产生的输沙量包括入河风沙、降尘以及风力与水力的耦合侵蚀搬运作用可能增加的泥沙,接近流域总输沙量的1/6。     

Spatiotemporal change of carbon storage in the Loess Plateau of northern Shaanxi,based on the In VEST Model

In recent years, land use and land cover have under gone tremendous change on the Loess Plateau, leading to temporal and spatial variation over many ecological factors, such as carbon storage. Based on four series of land-use data from remote-sensing imaging, spatiotemporal changes of land-use types and volume changes were analyzed. Combined with carbon-stock-assessment modules of the In VEST(integrated valuation ecosystem services and tradeoffs) model, the carbon-storage change was estimated and analyzed at the subcounty and subbasin scales. The results show that(1) cultivated land and grassland area decreased, while woodland and urban land area increased in northern Shaanxi;(2) the average carbon storage in Huangling County and the Beiluo River Basin is the largest, while that of Yuyang County and the Xinshui River Basin is the minimum, and that of Wuqi County showed the greatest growth;(3) carbon storage in the study area showed a definite decrease in 2000, but in general has increased from 1995 to 2010;(4) carbon-storage figures of subbasins and counties are all restricted by the natural status and land-use landscape of the whole study area. From the results,it can be seen that the effect of ecological policies is remarkable. This study has important implications for the rational planning of land use, adjustment of the ecosystem carbon cycle, and related policies.     

Aridity trend and response to vegetation restoration in the loess hilly region of northern Shaanxi Province

Detecting variation trend in dry-wet conditions can provide information for developing strategic measures to mitigate the impacts of global warming, particularly in dry regions. Taking the hilly region of northern Shaanxi on the Loess Plateau as a case area, this study analyzed the trend of aridity variation during 1981-2012, and explored the effect of vegetation restoration promoted by the Grain-for-Green (GFG) program implemented in 1999. The results indicated that the aridity in the region was non-significantly increased by 0.88% per year during 1981-2012, showing a drying trend. This drying trend and amplitude were changed by the influence of vegetation restoration promoted by the GFG program, based on two findings. The first one was that the aridity variation tended to increase during 1981-1999 while it turned to decrease during 2000-2012, with the regional mean relative change rate changed from 2.45% to -1.06%. This distinction was more remarkable in the loess gully region, where the vegetation was improved more obviously. The second one was that the mean vegetation coverage as indicated by EVI increased by 0.90% to 4.32% per year at county level, while the aridity decreased by 0.14% to 2.32% per year during 2000-2012. The regression analysis using the mean county data indicated that the change rate of aridity was negatively related to that of EVI with the coefficient of determination (R²) of 0.56, illustrating that around half of the aridity decline was explained by the EVI change. The mechanism of this effect was complicated, but it was found that the wind speed decline induced by the vegetation improvement could be an important contributor. It is concluded that the region became drier during 1981-2012, but the eco-restoration reduced the drying speed. However, this conclusion is involved in uncertainties, and further study based on experiments is needed to confirm the effect of the GFG-promoted vegetation restoration.     

黄河中游悬移质泥沙粒径与流域环境的关系

以黄河中游多沙粗沙区为研究区，在流域泥沙粒径、降雨、地面物质组成、地面形态、植被和高含沙水流等资料采集的基础上，采用“环境要素法”和多元回归分析来阐明泥沙粒径空间分异的机理。研究表明，随降雨不均匀系数的减小，断面最大含沙量的减小，流域内黄土覆盖面积的增大，以及植被盖度的增大和沟谷密度的减小，悬移质泥沙粒径趋于变细，反之，趋于变粗。其中，流域地面物质对泥沙粒径组成起最重要的控制作用，其次是植被，高含沙水流、沟谷密度和降雨影响作用相对较小。     

黄河流域土壤侵蚀产沙模型研究进展

土壤侵蚀产沙模型是国土资源动态变化模拟、土地资源环境质量评价、制定水土保持规划措施的重要技术手段,对指导生产实践具有十分重要的意义。黄河流域尤其是黄土高原的土壤侵蚀始终是土壤侵蚀和黄河泥沙研究的热门问题,近年来,结合“数字黄河”、“模型黄土高原”建设,广大地理学、水土保持、水利工程、水文学及水资源科技工作者,围绕黄河流域的土壤侵蚀产沙问题开展了大量卓有成效的工作,配合黄河流域水土保持以及水土资源合理配置和管理,从经验模型到理论模型,不仅提出和开发了许多具有十分重要实用价值的土壤侵蚀产沙模型,而且在引进国外先进技术、先进模型方面也做了大量工作。本文从土壤侵蚀产沙模型的自主开发和现有模型的应用两个方面、经验统计模型与物理模型两个领域简要回顾了90年代中期以后国内学者在黄河流域土壤侵蚀产沙模型方面主要的研究成果,并针对在该地区进行土壤侵蚀模型方面的研究方向提出了作者一些不成熟的看法和建议。     

黄河中游河口龙门区间水沙变化特征分析

黄河中游河口-龙门区间是我国乃至世界上水土流失最严重的地区,多年来大规模的水利水保工程建设使得该区产流产沙条件发生明显变化,因此,分析该区水沙变化特征及水沙变化原因具有重要意义。选取黄河中游河口-龙门区间下游龙门站1957—2005年水沙量水文观测资料代替区间资料,进行一致性检验后,运用小波分析、Mann-Kendall趋势检验、均差累积等统计方法对河口-龙门区间水沙变化特征进行分析,结果表明:该区水沙年内分配不均匀,年际变化大;该区水沙都呈显著的减少趋势,径流量和输沙量分别具有两个和4个明显的阶段性变化特征;水沙双累积曲线显示该区沙特性发生明显变化。在此基础上,通过分析该区水土保持面积与减水减沙量的相关关系表明,其具有良好的线性关系,进一步验证了水利水保措施是该区水沙减少的主要原因这一结论。     

基于R/S分析黄河及黄土高原主要河流水资源的变化

河流水资源观测资料反映河流随时间变化,它表现为一时间系列。作为非线性分析的工具,R/S可以有效地分析这些资料的时间系列。将R/S 这一时间序列分析方法引入到水资源观测资料的处理和分析中,并应用该方法对黄河及黄土高原地区主要河流在1956—2004年间水资源观测数据进行处理,预测了今后黄土高原地区水资源的变化情况。分析结果表明,黄河及黄土高原地区主要河流径流量赫斯特指数在0.2771～0.3305之间,均小于0.5,背离了正常的长程相关趋势性增强的变化规律,预测了径流量逐步增大的趋势。     

基于InVEST模型的陕北黄土高原水源涵养功能时空变化

以陕北黄土高原为研究区,基于InVEST水源涵养功能评价模块,定量评价退耕还林还草工程背景下土地利用/覆被变化对研究区水源涵养的影响,在此基础上开展水源涵养空间分区。结果表明：① 2000-2010年,陕北黄土高原草地、灌丛和林地的面积分别增加了3204 km²、285.3 km²和122.7 km²,城镇面积增加了450.4 km²;农田、荒漠、湿地的面积分别面积减少了3984.5 km²、72.7 km²和5.2 km²。② 2000-2010年,陕北黄土高原水源涵养量整体以减少为主,中部减少最为显著,减少量在25 m³/hm²~40 m³/hm²,局部区域在40 m³/hm²以上;其他大部分区域均有0~25 m³/hm²不等的减少。③ 陕北黄土高原水源涵养功能高度重要区和极重要区的总面积为32255.1 km²,所占比例为40.5%。④ 通过陕北黄土高原水源涵养功能评价和重要性分区为生态系统的科学管理提供参考。     

西安北郊渭河河漫滩沉积与洪水事件

根据西安北郊相家巷河漫滩沉积剖面中180个样品的颗粒分析和历史文献资料记载,研究了西安北郊相家巷漫滩沉积代表的洪水事件。研究表明:西安北郊相家巷剖面洪水沉积分层明显,对洪水的发生和短期降水量变化反映清楚。相家巷剖面洪水沉积厚度约为5.40m,可划分为28个层,指示发生了28次大小不同的洪水事件。剖面中的洪水沉积以中、粗砂和细砂为主,指示当时的洪水规模比近120年来关中渭河洪水明显大。这28次洪水事件发生时高漫滩上的洪水深度均大于2.2m,剖面中的第12、14、19~28层代表特大洪水事件。西安北郊相家巷洪水沉积代表的大规模洪水主要是由当年降水量的明显增加引起的。     

陕西黄土高原土壤干层对植树造林的影响

根据野外考察和陕北、关中土壤含水量测定,讨论了陕西黄土高原土壤干层的分布范围及其对恢复植被的影响。资料表明,黄土高原土壤干层分布普遍,向南分布已达关中平原地区。不同植被带土壤干层发生原因有一定差别,干层发育程度有明显不同。在生态环境建设中,应根据不同地区土壤干层发育强度差别恢复不同类型的植被。在以往划分的延安以南的落叶阔叶林带,土壤干层发育较轻,可采取草、灌、乔木相结合的措施逐步恢复森林植被。在延安到长城之间的森林草原带,土壤干层发育严重,应当先发展草灌植被,后恢复森林草原植被。在长城以北的草原带应自然恢复草原植被。在土壤干层发育严重的地区,造林一般不能带来环境效益与经济效益,反而会导致深部土壤水分的过量消耗等不良后果,是不适于造林的地区。在黄土高原退耕还林还草的生态建设中,不论是发展人工林还是发展草灌为主的植被,都不宜选择耗水多、生长快的植物种,而应当发展生长适中偏慢的乔、灌、草种。