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黄河下游游荡性河段心滩形态特征与水沙过程响应关系

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长江科学院院报 2024年第5期41卷 8-17,25页

作者：张春晋郭淑君张敏姚文艺张晓华黄河水利科学研究院水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室郑州450003 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 郑州黄河河务局惠金黄河河务局郑州450045

黄河下游游荡性河段素以调整速度快与幅度大著称,河道心滩复杂多变,探究心滩形态特征与水沙过程之间的响应关系对于解析下游游荡性河段的河床演变机制具有重要的意义。围绕黄河下游铁谢至高村游荡性河段的心滩面积与数量等形态特征指标... 详细信息

黄河下游游荡性河段素以调整速度快与幅度大著称,河道心滩复杂多变,探究心滩形态特征与水沙过程之间的响应关系对于解析下游游荡性河段的河床演变机制具有重要的意义。围绕黄河下游铁谢至高村游荡性河段的心滩面积与数量等形态特征指标,结合下游水沙及冲淤特性,采用遥感影像和数值模拟相结合的研究方法厘清游荡性河段水沙过程与心滩面积及数量之间的响应关系,揭示水沙变化对心滩形态特征的影响机制。结果表明:自小浪底水库运用以来,下游河道发生剧烈冲刷,游荡性河段累计冲刷量15.37亿m^(3),占下游累计冲刷量的68%;在小浪底水库运用以前,游荡性河段的心滩面积与数量年际变化剧烈,存在着明显的增长与降低变化过程,而小浪底水库运用以后,该河段的心滩面积与数量呈现先减小后增大再减小的变化趋势;随着4 a滑动汛期平均流量和4 a滑动汛期平均来沙系数的增加,游荡性河段的心滩面积及数量分别呈现出减小和增大的变化趋势。数值模拟方法不仅可以较好地再现心滩发育及演变过程,还可以定性地表征特定水动力学因素对心滩形态特征塑造的影响,为阐明游荡性河段的心滩演变理论提供了一种新的研究方法。研究成果不仅有助于阐明河流平面形态的调整过程,还可为今后河道整治工程的布局提供理论支撑。

关键词：心滩演变水动力学模型水沙过程游荡性河段形态特征

砒砂岩区生态治理-生态衍生产业协同发展关键技术与模式

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人民黄河 2024年第5期46卷 1-10页

作者：姚文艺王文彪申震洲姚京威杨才千黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄土高原水土保持重点实验室河南郑州450003 亿利资源集团有限公司北京100020 东南大学江苏南京210096

探索生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与途径,是促进水土保持生态治理高质量发展的重要课题。为此,以生态治理难度极大的黄河流域砒砂岩区为研究对象,基于生态经济学、生态产业技术的理论与方法,提出了生态治理-生态衍生产业... 详细信息

探索生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与途径,是促进水土保持生态治理高质量发展的重要课题。为此,以生态治理难度极大的黄河流域砒砂岩区为研究对象,基于生态经济学、生态产业技术的理论与方法,提出了生态治理-生态衍生产业协同发展的基本原理和应遵循的原则,探索了生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与模式,并开展了示范应用。1)生态治理-生态衍生产业协同发展的原理是行为互驱动、效应互补偿,应遵循的原则是“双律适应、适地适生、三方意愿”;2)鉴于砒砂岩覆土区、覆沙区、裸露区生态环境有明显差异,分别构建了小流域生态治理-生态衍生产业协同发展的综合治理措施体系和模式,以坡顶、坡面和沟道为水土保持措施配置的3个地貌单元,选择兼具水土保持功能和饲用、药用、食用等经济开发价值的作物进行生物措施配置,配合注浆固结、抗蚀促生、砒砂岩改性等新的工程技术措施进行生态治理;3)研发了物理-化学-生物综合改良砒砂岩土壤、砒砂岩复配风沙土+生物改良提质、灌草优化平茬及饲料加工、煤矸石改性资源化利用、高陡边坡抗蚀+控渗+植生固稳、生态果园建植等关键技术;4)基于砒砂岩覆沙区“土壤改良固沙+”(如土壤改良固沙+经济林种植、土壤改良固沙+梭梭草套种甘草等)生态治理模式的实践与示范,探索实施了“政府支持,科技支撑,企业产业化+公益性投资,农牧民市场化参与”的多元投资、多方参与、共同受益运行机制与模式。通过灌草平茬饲料加工、土壤改良、经济作物种植等产业化中试,以及矿区回填区生态恢复、小流域生态治理-生态衍生产业协同发展示范性实践,表明脆弱生态区治理中发展生态衍生产业具有广阔的前景。

关键词：水土保持生态治理衍生产业生态经济协同发展砒砂岩区黄河流域

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黄河流域水土保持综合治理空间均衡性分析

水土保持学报 2023年第1期37卷 1-7,22页

作者：姚文艺焦鹏水利部黄土高原水土保持重点实验室郑州400003 黄河水利委员会黄河水利科学研究院郑州450003

黄河流域具有多类别的泥沙来源区,水沙异源特性突出,研究水土保持综合治理空间均衡性,对于优化水土保持空间布局和有效持续减少入黄泥沙极为必要。基于黄河泥沙来源区特征和水土保持综合治理现状分析,利用统计学理论与方法,研究水土保... 详细信息

黄河流域具有多类别的泥沙来源区,水沙异源特性突出,研究水土保持综合治理空间均衡性,对于优化水土保持空间布局和有效持续减少入黄泥沙极为必要。基于黄河泥沙来源区特征和水土保持综合治理现状分析,利用统计学理论与方法,研究水土保持综合治理空间均衡性的概念、评价原理和评价方法,并对治理现状的均衡性进行评价。结果表明:(1)与流域水土流失强度空间分异性相对应、且在一定程度上能够有效控制侵蚀产沙强度的治理是空间治理均衡性的基本体现,其治理程度可以利用治理效应定量反映;(2)不同治理程度的减沙作用不同的,通过分析全流域系统内不同分区治理措施减沙作用度的差异,可以判识治理的空间均衡性;(3)治理空间均衡性的评价内容主要包括划分评价流域分区、计算水土保持措施减沙作用度和空间治理均衡系数判识弱治理区;(4)目前黄河流域空间治理是不均衡的,兰州—头道拐片区、头道拐—龙门区间陕西北片的水土保持措施减沙作用度、空间治理均衡系数都很低,属于典型的弱治理区。提出的水土保持综合治理空间均衡性评价方法可定量识别弱治理区,为优化水土保持发展格局提供新的技术方法。

关键词：空间均衡性治理均衡系数措施作用度水土保持综合治理黄河流域

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黄河流域高标准淤地坝内涵与科技问题

人民黄河 2023年第2期45卷 1-8页

作者：姚文艺张攀黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄土高原水土保持重点实验室河南郑州450003

建设高标准淤地坝是实现黄河流域生态保护和高质量发展国家战略目标的重要举措之一,对水土保持高质量发展和区域经济社会发展将起到积极促进作用。基于高标准淤地坝建设的目标与要求,分析了黄河流域淤地坝建设与技术标准发展历史进程,... 详细信息

建设高标准淤地坝是实现黄河流域生态保护和高质量发展国家战略目标的重要举措之一,对水土保持高质量发展和区域经济社会发展将起到积极促进作用。基于高标准淤地坝建设的目标与要求,分析了黄河流域淤地坝建设与技术标准发展历史进程,探讨了高标准淤地坝定义与内涵,提出了需要研究的科学问题和关键技术,展望了高标准淤地坝发展前景。黄河流域淤地坝建设经历了起源、作用提升、坝系形成、规范建设、建设波动、高标准建设等6个阶段450余a的发展过程,高标准淤地坝概念的提出标志着淤地坝建设从“量”的发展进入“质”的提升新时期;淤地坝技术标准伴随着不同时期科学技术的发展和实践经验总结,经历了由20世纪80年代中期形成和之后不断完善、不断修订的过程;高标准淤地坝较之一般的淤地坝具有特殊的本质特征、价值及丰富的内涵和外延;在包括淤地坝在内的生态农业综合效益链中高标准淤地坝的地位与驱动机制、高标准淤地坝建设技术标准等是今后需要研究的重要课题。高标准淤地坝建设必将促进水土保持高质量发展,并对区域生态治理、衍生经济、社会文化、景观格局等的深度融合及协同发展起到更大的促进作用。

关键词：高标准淤地坝内涵水土保持生态保护高质量发展黄土高原黄河流域

黄河下游三官庙至韦滩河段主流摆动规律及其驱动机制

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应用基础与工程科学学报 2023年第5期31卷 1110-1124页

作者：张春晋张敏姚文艺李勇马东方中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室北京100048 黄河水利科学研究院水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450003 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

随着三门峡、小浪底、陆浑、故县以及河口村等骨干水库群的联合调度运用,黄河下游的水沙过程发生了显著的改变.近年来,特殊的水沙条件引起黄河下游三官庙至韦滩河段的河势发生改变,造成了滩地大量坍塌,并且危及到两岸村庄与堤防安全.为... 详细信息

随着三门峡、小浪底、陆浑、故县以及河口村等骨干水库群的联合调度运用,黄河下游的水沙过程发生了显著的改变.近年来,特殊的水沙条件引起黄河下游三官庙至韦滩河段的河势发生改变,造成了滩地大量坍塌,并且危及到两岸村庄与堤防安全.为了明确三官庙至韦滩河段的主流摆动规律及其驱动机制,采用资料分析与理论研究,阐述了三官庙至韦滩河段的河道与工程概况,分析了该河段水沙过程与河道冲淤变化特征.同时,根据不同时期该河段的河势调整特点及其与水沙过程之间的响应关系,预估了不同流量过程条件下的河势演变趋势.研究表明,从短期来看,长历时大水冲刷形成的河槽较为稳定,加之河道整治工程的不断完善,河势将按照治导线行走的概率增大.但是从长期来看,随着骨干水库群的投入使用与工农业用水量的增长,黄河下游持续小水的可能性将偏大,主流则会在河道内摆动.

关键词：畸形河势水沙变化冲淤特性河势调整主流摆动治导线

黄河流域砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应研究

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水利学报 2022年第1期53卷 109-116页

作者：张攀姚文艺肖培青刘国彬杨春霞黄河水利委员会黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土保持重点实验室河南郑州450003 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心陕西杨凌712100

识别砒砂岩区多动力侵蚀的叠加效应,对于深化认识砒砂岩区土壤侵蚀与产沙机理,为黄河粗泥沙来源区水土流失治理及砒砂岩区生态恢复等实践提供科学依据具有重要意义。通过室内人工降雨-风洞-冻融循环实体模型试验研究了砒砂岩区多动力侵... 详细信息

识别砒砂岩区多动力侵蚀的叠加效应,对于深化认识砒砂岩区土壤侵蚀与产沙机理,为黄河粗泥沙来源区水土流失治理及砒砂岩区生态恢复等实践提供科学依据具有重要意义。通过室内人工降雨-风洞-冻融循环实体模型试验研究了砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应。试验结果表明:单一的冻融、风蚀作用不会导致坡面产沙量的明显增加,而是增加了水力侵蚀的物质来源,只有在水力、重力等驱动因子的复合作用下才能对侵蚀产沙过程发生显著影响;砒砂岩表面风化层的存在是影响风蚀产沙的一个重要因素;复合侵蚀过程存在着显著的叠加放大效应,"冻-水"叠加效应约放大到127%,"冻-风-水"叠加效应放大至164%;砒砂岩区多动力交互作用产生的侵蚀叠加放大效应,是使其成为黄河粗泥沙核心来源区的重要原因之一。因此,复合侵蚀不是多类单相侵蚀的线性叠加,而是具有显著的非线性叠加放大效应。

关键词：冻融-风力-水力复合侵蚀多动力交互土壤侵蚀机理试验模拟砒砂岩区

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黄河下游游荡河段河床演变对河道整治的响应

水科学进展 2004年第3期15卷 324-329页

作者：姚文艺杨邦柱河海大学水利水电工程学院黄河水利职业技术学院河南开封475001

为预测黄河下游游荡性河道大规模整治后对河床演变的作用,基于河流动力学理论,通过物理模型试验的方法,以黄河下游游荡性河道典型河段为对象,研究了河床过程对河道整治的复杂响应关系。研究结果表明,河槽横断面形态的调整与人工边界约... 详细信息

为预测黄河下游游荡性河道大规模整治后对河床演变的作用,基于河流动力学理论,通过物理模型试验的方法,以黄河下游游荡性河道典型河段为对象,研究了河床过程对河道整治的复杂响应关系。研究结果表明,河槽横断面形态的调整与人工边界约束程度、流量变差及含沙量变差有关;只要整治工程体系平面布设合理,整治工程量达到一定规模后,通过河道整治,可使河槽横断面形态趋于窄深方向发展,促使游荡型河道向限制性弯曲型河道转化,同时,河道泄洪输沙能力有所提高;河道整治后,不同河段的比降调整不会平行进行。

关键词：河道整治河床过程游荡性河道黄河下游泄洪输沙

龙羊峡、刘家峡水库运用对黄河上游水沙关系的调控机制

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水科学进展 2017年第1期28卷 1-13页

作者：姚文艺侯素珍丁赟黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室河南郑州450003 河海大学水利水电学院江苏南京210098

依据龙羊峡、刘家峡水库进出库水沙定位观测资料,根据河流动力学原理,分析了水库运用对径流泥沙过程的调节作用及其影响,揭示了水库对其下游河道水沙关系的调控机制。结果表明:1大型水库运用对进、出库径流泥沙的调节作用与水库的运用... 详细信息

依据龙羊峡、刘家峡水库进出库水沙定位观测资料,根据河流动力学原理,分析了水库运用对径流泥沙过程的调节作用及其影响,揭示了水库对其下游河道水沙关系的调控机制。结果表明:1大型水库运用对进、出库径流泥沙的调节作用与水库的运用方式有关,多年调节的龙羊峡水库对径流为线性调控,对泥沙为非线性调控,而不完全年调节的刘家峡水库对径流、泥沙均为线性调控;2水库运用对其下游河道水沙关系具有很强的干扰作用,主要是打破了天然条件下河道通过长期自动调整所形成的输沙规律,改变了挟沙水流的本构关系;3大型水库运用对水沙关系动力学机制的影响主要归因于重新调整了挟沙水流的平衡条件,使洪水传播过程中切应力降低,临界弗劳德数增大,改变了相对平衡输沙状态,挟沙水流则需通过淤积增大比降,满足临界弗劳德数状态下的水流切应力要求,重新实现挟沙水流的平稳状态,从而致使水沙关系发生相应变化。

关键词：大型水库调控机制水沙关系宁蒙河段黄河上游

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黄河流域近期水沙变化及其趋势预测

水科学进展 2013年第5期24卷 607-616页

作者：姚文艺冉大川陈江南黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室河南郑州450003

针对黄河水沙近期发生显著变化的现象,利用黄河上中游干支流水文泥沙定位观测资料,综合"水文法"、"水保法"和数学模拟等多种方法,对黄河流域1997—2006年水沙变化情势进行了评估,分析了水沙变化机制,并预测了未来的变化趋势。分析表明,... 详细信息

针对黄河水沙近期发生显著变化的现象,利用黄河上中游干支流水文泥沙定位观测资料,综合"水文法"、"水保法"和数学模拟等多种方法,对黄河流域1997—2006年水沙变化情势进行了评估,分析了水沙变化机制,并预测了未来的变化趋势。分析表明,与多年平均相比,黄河河源区径流量年均减少43.90亿m3,其中降雨等自然因素的影响量占92.26%,人类活动影响量占7.74%;与1970年前相比,黄河实测径流量年均减少112.1亿m3,其中水利水土保持综合治理等人类活动作用占76.50%,因降雨影响占23.50%;实测输沙量较1970年以前年均减少11.80亿t,其中水利水土保持综合治理等人类活动的作用为49.75%,降雨的影响为50.25%;人类活动与降雨变化对水沙变化的影响差异较大,就黄河中游地区总体而言,人类活动的减水作用远大于降雨的影响,人类活动的减沙作用与降雨影响基本相当,不宜笼统说黄河中游水沙变化主要是人类活动所致或主要是降雨变化所致;2050年以前黄河来水来沙量总体呈平偏枯趋势,但不排除个别年份或短时段仍会发生丰水丰沙的可能性。

关键词：减水减沙水沙变化机制来水来沙预测黄河流域