Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 黄河上游宁蒙河段风水复合侵蚀研究 | |
| 其他题名 | Complex erosion by wind and water research in the watershed of Ningxia-Inner Mongolia Reach of the Yellow River |
| 杜鹤强 | |
| 出版年 | 2013 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 王涛 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学 |
| 中文摘要 | 黄河上游宁蒙河段穿越腾格里沙漠、河东沙地、乌兰布和沙漠与库布奇沙漠，该区域生态环境脆弱、风蚀与水蚀过程频发，分布着我国乃至世界上风水复合侵蚀强度最大的区域。近年来，由于气候变化与人类活动的影响，该区域风水复合侵蚀强度增大，泥沙在河槽内淤积，形成了长达268 km的“新悬河”。因此，及时对黄河上游宁蒙河段风水侵蚀过程进行研究，不仅能够为该区域水土保持工作提供理论支撑，而且对确定黄河淤积泥沙来源及其入黄过程，防治黄河淤积，维护黄河健康具有重要的意义。 本文利用野外实测数据、沿程水文站径流泥沙资料、遥感数据与地理信息数据库，对黄河上游宁蒙河段的风沙活动与水沙活动规律进行分析，同时应用风蚀模型与水蚀模型对研究区的侵蚀风险进行评价。根据研究区侵蚀风险的评价结果，利用IWEMS模型对风蚀风险最大的乌兰布和沿黄河区域与库布奇沙漠2001-2010年的风蚀过程进行了逐日模拟，并根据风向与河流的夹角，对风沙入黄（黄河）与入孔兑（十大孔兑）量进行了估算。针对黄河上游水沙异源的特点，利用SWAT模型对黄河上游下河沿至三湖河口的水蚀过程与径流泥沙过程进行了模拟。通过以上的分析与模拟，得到如下结果： （1）通过对黄河上游宁蒙河段河东沙地、乌兰布和沙漠与库布奇沙漠沙丘形态、地表粒径、输沙率、风沙流结构等要素进行分析，发现三大沙漠以不同方式对黄河宁蒙河段输送泥沙。河东沙地主要是通过黄河的侧向侵蚀，通过塌岸方式进入黄河。乌兰布和沙漠在单一风向下，主要通过风沙流与沙丘前移的方式进入黄河。库布奇沙漠则是通过十大孔兑洪水将大量泥沙贯入黄河。 利用输沙平衡法对对1952 – 2005年黄河宁蒙河段的冲淤过程进行了计算，发现黄河宁蒙河段的冲淤过程大致可以分为四个阶段，第一阶段为1960年之前，除石嘴山至巴彦高勒区间之外，基本处于淤积阶段。第二阶段是1961年至1967年，主要为冲刷阶段，但三湖河口至头道拐区间又轻微淤积；第三阶段为1968年至1986年，下河沿至青铜峡段与石嘴山至巴彦高勒段为淤积阶段，其余区间处于冲刷阶段；1986年至2005年，整个宁蒙河段以淤积为主，三湖河口至头道拐区间淤积尤为严重。针对1952-2005年黄河宁蒙河段的冲淤过程，通过水库调蓄、气候变化与河势特征三方面对其冲淤变化原因进行了分析。 （2）参考IWEMS模型与RWEQ模型结构，对研究区的风蚀风险进行了评价，发现库布奇沙漠西部地区与乌兰布和沙漠沿黄河区域的风蚀风险最大，其次是河东沙地大部分地区、腾格里沙漠东南缘与清水河下游地区属于强度风蚀风险区，河套平原、清水河上游与乌拉山北部地区，由于植被覆盖度较高，且土壤碎屑物含量与结皮因子均较小，因此风蚀风险较低。 应用CSLE模型对研究区的水蚀风险进行了评价，发现研究区水蚀强度主要为微度侵蚀与剧烈侵蚀，轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀与极强度侵蚀地区所占面积比例较小。微度侵蚀主要分布在平原沙漠地区，如银川平原、河套平原、库布奇沙漠西部等地区。这些地区年侵蚀模数小于10 ton/hm2/a，水蚀风险很小。剧烈侵蚀主要发生在海拔较高的清水河上游地区、银川平原西部的贺兰山地区、河套平原北部、乌拉山地区与十大孔兑地区，其年侵蚀模数均超过150 ton/hm2/a，水蚀风险极为严重。 （3）论文引入BEACH土壤水模型与WEPS中的风速发生器，利用IWEMS模型对乌兰布和沙漠沿黄河区域与库布奇沙漠2001-2010年的风沙活动进行了逐日模拟。发现库布奇沙漠中北部地区输沙量较大，总输沙量最大可达31 ton/m，其次是中南部地区与西南部地区。在临近十大孔兑地区，输沙量最小。该地区的风沙活动主要发生在冬春季节，夏秋季节尤其是7月，大部分地区输沙量为零。乌兰布和沙漠沿黄河区域10年间输沙量远大于库布奇沙漠，其最高值接近140 ton/m，其最低值也在70 ton/m左右。在时间分布上，与库布奇沙漠也略有不同，其风沙活动主要集中在4月到6月初，冬季输沙量较小。通过风沙沉积方程，得到2001 - 2010年乌兰布和沙漠沙在黄河中的年沉积量约为556万ton，库布奇沙漠沙在十大孔兑中的年沉积量约为733万ton。 （4）由于黄河三湖河口至头道拐比降较低，仅有0.1‰，且十大孔兑地区观测数据较少，因此难以对宁蒙河段全流域的水沙过程进行模拟。本文应用SWAT模型对黄河下河沿至三湖河口2001-2005年的地表侵蚀过程进行模拟，利用沿途水文站2001-2003年的径流泥沙数据对模型进行率定，应用2004-2005年数据对模型进行验证，发现无论在率定阶段还是在验证阶段，模型模拟结果较好。径流和含沙量预测的最大误差平方根RMSE分别为43.82与2.19，最大的离差绝对值 分别为20.5%和18.86%。由于模拟过程中未考虑风沙对径流和含沙量的影响，因而巴彦高勒站的误差要略大于其余几个站。 最后针对文中存在的问题提出了下一步的研究设想。 |
| 英文摘要 | The Ningxia-Inner Mongolia Reach of the Yellow River passes through the Tenger Desert, the Hedong Sandyland, the Ulanbuh Desert and the Kubuqi Desert, so itswatershed has a very vulnerable ecological environment. In this region, aeolian process and water sediment process occurred frequently, and the strongest complex erosion by wind and water in the world occurs in this region. In recent years, for the impact of climate change and human activities, the erosion intensity of this region is aggravating. A mass of sediment deposit into the Yellow River and silt in this reach, which result in the bed of the Yellow River rising, and a new perched river has a length of 268 km was formed in the Inner Mongolia Reach of the Yellow River. Based on this situation, carry out the research of complex erosion by wind and water in the watershed of Ningxia-Inner Mongolia Reach of the Yellow River, not only could understand the process of wind and water erosion, but also provide the theoretical support for the soil and water conservation work. We believe, this research has an important meaning for controlling the silting of the Yellow River and maintaining the health of the Yellow River. Integrated the measured data in field, runoff and sediment data collected in hydrometric stations, remote sensing data and geographical information database, we analyzed the process of aeolian and water sediment, and then evaluated the wind and water erosion risk of the watershed of Ningxia-Inner Mongolia Reach of the Yellow River used two erosion models. According to the evaluated results, we modeled the daily wind erosion process in the Ulanbuh Desert and the Kubuqi Desert, where have the highest wind erosion risk. We also calculated the quantity of saltation sand that blown into the rivers according to the included angles of wind direction and the streams. At last, we simulated the daily runoff and sediment processes in the interval between the Xiaheyan Station and Sanhuhekou Station of the Yellow River used the SWAT model. Based on these analysis and modeling, a series results were obtained: Firstly, through analyzed surface and aeolian process characters of the Hedong Sandyland, the Ulanbuh Desert and the Kubuqi Desert, we found these three deserts provide the sediment to the Yellow River in different ways. By the lateral erosion of the river the Hedong Sandyland provide the sediment to the Yellow River in the way of bank slump. In the single prevailing wind direction environments, sand flux and dune migration is the mainly ways that provide the aeolian sediment to the Yellow River from Ulanbuh Desert. The Kubuqi Desert do not bordered by the Yellow River, so the aeolian sediment deposit in the Ten Tributaries in the windy season, and in the rainy season, the seasonal storm washed these sediment into the Yellow River. Sediment balance method was used to calculate the sediment evolution process of the Ningcxia-Inner Monglia Reach of the Yellow River from 1952 to 2005. |
| 中文关键词 | 黄河宁蒙河段 ; 风水复合侵蚀 ; 侵蚀风险 ; IWEMS模型 ; SWAT模型 |
| 英文关键词 | Ninigxia-Inner Mongolia Reach of the Yellow River |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 自然地理学 |
| 来源机构 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287233 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杜鹤强. 黄河上游宁蒙河段风水复合侵蚀研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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