【基金標(biāo)書】2011CB403300-黃河上游沙漠寬谷段風(fēng)沙水沙過程與調(diào)控機理

項目名稱： 黃河上游沙漠寬谷段風(fēng)沙水沙過程與調(diào)控機理 首席科學(xué)家： 拓萬全 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所 起止年限： 托部門： 中國科學(xué)院 二、預(yù)期目標(biāo) （一） 總體目標(biāo) 探明黃河上游沙漠寬谷河道粗泥沙來源，揭示粗泥沙風(fēng) 沙過程變異、塌岸淤床過程及洪 岸相互作用四項風(fēng)沙水沙關(guān)鍵過程， 發(fā)展風(fēng)水復(fù)合侵蝕與沙漠河流泥沙動力學(xué)理論， 構(gòu)建 黃河上游沙漠寬谷流域 多源數(shù)據(jù)平臺及 風(fēng)沙 河道流域分布式動力學(xué)模型，建立沙漠寬谷流域 調(diào) 挖”風(fēng)沙水沙綜合調(diào)控體系，為防治黃河上游“新懸河”，構(gòu)建水沙調(diào)控體系提供科學(xué)支撐。 凝聚一批年輕學(xué)科帶頭人和骨干、充實完善實驗基地和科技大平臺，推進我國沙漠學(xué)與河流學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。 （二） 五年預(yù)期目標(biāo) 1. 通過河道鉆孔取樣、測年分析與地球化學(xué)及礦物學(xué)指標(biāo)測量，重建近千年尺度河道沉積的時空演變特征，定量分析不同沙源對淤積河道粗泥沙的貢獻率，準(zhǔn)確界定淤積沙漠寬谷河道粗泥沙界線及重點源區(qū)。 2. 通過對沙漠區(qū)風(fēng)水復(fù)合侵蝕及風(fēng)沙水沙過程的觀測、實驗與模擬研究，建立風(fēng)水復(fù)合地表侵蝕模型及沙漠河流泥沙動力學(xué)模型，準(zhǔn) 確計算沙漠粗沙入黃量，科學(xué)認識沙漠對黃河的作用與影響。 3. 揭示沙漠寬谷河道與河流水沙過程互饋機制，結(jié)合黃河上游水沙變化與水庫調(diào)節(jié)關(guān)系的定量分析，科學(xué)認識大型水庫調(diào)節(jié)作用對沙漠寬谷河段水沙關(guān)系變異的影響。 4. 通過對沙漠河流 “懸移質(zhì) 斷面 ”的實地觀測，結(jié)合實體模型實驗，建立沙漠河流推移質(zhì)泥沙輸移理論模型，正確認識沙漠粗沙在沙漠河流中推移輸移規(guī)律。 5. 通過對沙漠寬谷河岸坍塌過程的觀測與模擬，建立河岸坍塌動力學(xué)模型，揭示高含沙洪水入黃后沙壩形成與演變過程。通過構(gòu)建基于洪 岸相互作用的2 流 型，揭示沙漠寬谷河道不穩(wěn)定性機理，確定沙漠寬谷河道相對平衡的水沙閾值，準(zhǔn)確評估可控洪峰過程對沙漠寬谷河道的沖淤效應(yīng)，為正確制定沙漠寬谷河道 “沖沙減淤 ”方案提供科學(xué)依據(jù)。 6. 建立沙漠寬谷 “風(fēng)沙 河道 ”流域分布式模型，確定河道沖淤平衡的風(fēng)沙水沙變量（粒徑、沙量與流量）閾值。 7. 提出沙漠寬谷流域 固 調(diào) 挖 ”風(fēng)沙水沙綜合調(diào)控方案 ，為沙漠寬谷河道懸河及其洪凌災(zāi)害防治提供科學(xué)決策依據(jù)。 8. 在核心刊物上發(fā)表研究論文 400 篇以上，其中在 錄的刊物上達到120 篇，出版 專著 5 部以上，發(fā)明專利 3 項。培養(yǎng)碩士 60 名，博士 50 名。 三、研究方案 （一）總體思路 本項目以風(fēng)沙水沙產(chǎn) 淤的源匯過程為主線，研究風(fēng)沙 河道三者動態(tài)耦合關(guān)系。針對風(fēng)蝕與水蝕、風(fēng)沙與水沙、河流與沙漠過程的復(fù)合特征，以水庫調(diào)節(jié)前后 60 年為特征時段，在點 面 點開展粗沙風(fēng) 道水沙關(guān)系變異、塌岸淤床及洪 岸相互作用四大關(guān)鍵過程研究，結(jié)合近千年來河道沉積變化與來源分析，預(yù)測未來 20 年河道沖淤變化趨勢，為建立沙漠寬谷流域與河道一體化的 “固 調(diào) 風(fēng)沙水沙綜 合調(diào)控體系提供理論支撐（圖 1）。 圖 1. 項目的總體研究思路 （二）技術(shù)路線及可行性 根據(jù)以上總體思路，采用 點（樣地） 道） 流域） 漠寬谷流域） 相結(jié)合的方法，在 過去 1庫調(diào)節(jié)前后近 60 年和未來 20 年的時間尺度上開展河道鉆孔取樣分析 、 野外樣地實地 觀測實驗、多源資料融合、模型發(fā)展和綜合集成相結(jié)合的研究方案。具體技術(shù)途徑如下： 1. 河道千年尺度沉積序列的重建與粗泥沙來源的定量辨識 以現(xiàn)代河道橫向、縱向淺層鉆孔為依托，獲取近千年來高分辨率的河道沉積紀錄， 通過對 研究區(qū)現(xiàn)代黃河淤積物沉積相和物質(zhì)組成特征、主要物源區(qū)物質(zhì)組成與粗組分的標(biāo)型特征分析，建立黃河粗泥沙來源的物理、巖礦、化學(xué)等系列辨流域與河道一體化“固 調(diào) 挖”風(fēng)沙水沙綜合調(diào)控體系 多過程觀測模擬 粗沙 風(fēng)洪產(chǎn)輸 水 沙 關(guān) 系 變異 塌岸淤床 過 程 寬 谷洪峰 過 程 1來 水庫調(diào)節(jié)前后 60 年 未 來 20年 點 線 面 區(qū)域 河道沖淤 變化與趨勢預(yù)測 產(chǎn) 輸 淤 河道沖淤變化 風(fēng)沙 過程 水沙 過程 主 線 內(nèi)容方法 目 標(biāo) 河道沉積 變化與來 源 分 析 識標(biāo)志；建立端元量化模型，判別黃河粗泥沙的主要來源，定量估算不同源區(qū)的貢獻。 2. 流域 在沙漠寬谷流域開展風(fēng)水復(fù)合侵蝕與風(fēng)沙水沙輸移多過程的協(xié)同和強化觀測實驗，開展覆沙坡面風(fēng)水復(fù)合侵蝕過程、沙丘 丘 道侵蝕過程、沙漠河岸坍塌過程、推移質(zhì)輸移過程及洪峰過程等點（圖 2，樣點觀測模擬）、線（ 圖 3，河道觀測模擬）、面（典型小流域網(wǎng)格觀測與模擬）空間尺度上的研究。 圖 2. 樣點層次：多過程觀測與模擬 圖 3. 樣線層次：河道水沙變化、塌岸淤床與洪峰過程觀測與模擬 數(shù)值仿真 /實體模擬 /理論分析 推移質(zhì)輸移模型 河岸坍塌動力模型 風(fēng)水復(fù)合侵蝕模型 沙丘 黃模型 懸移質(zhì)輸移模型 洪峰 徑流過程 模型 覆沙坡面風(fēng)水復(fù)合侵蝕 沙丘 溝谷高 含沙洪 水 過 程 庫布齊 (十大孔兌 ) 沙漠河段風(fēng)沙入黃 典型河岸坍塌淤床過程 典型河道洪水過程 黃河干流 沙漠 復(fù)合系統(tǒng) 侵蝕釘 . 觀測系統(tǒng) 實體模擬 數(shù)值仿真 洪 岸相互作用河 流 動 力 學(xué) 模式 水庫調(diào)節(jié)前后 水沙關(guān)系變化 水庫調(diào)節(jié)前后 塌岸淤床變化 依托干流 200 個斷面監(jiān)測 徑流 模塊 輸沙模塊 蝕岸模塊 流計算流體動力學(xué)模型 水文站點數(shù)據(jù) 水庫運行數(shù)據(jù) 水土保持數(shù)據(jù) 灌區(qū)引水?dāng)?shù)據(jù) 依托干流 6 個水文觀測站 統(tǒng)計分析 梯度分析 對觀測數(shù)據(jù)進行綜合集成，建立黃河上游沙漠寬谷多過程的綜合數(shù)據(jù)庫，為開展風(fēng)水復(fù)合侵蝕與風(fēng)沙水沙輸移過程模型的建立提供基礎(chǔ)?；诙噙^程觀測數(shù)據(jù)，進行多源數(shù)據(jù)歸一同化、開展風(fēng)水復(fù)合侵蝕與風(fēng)沙水沙輸移過程的耦合研究，建立風(fēng)水復(fù)合侵蝕模型、粗沙風(fēng)洪傳輸動力模型、沙丘與風(fēng)沙入黃動力模型、河岸坍塌動力模型、推移質(zhì) 輸移模型、洪峰過程 力學(xué)模型。 （ 三 ）與國內(nèi)外同類研究相比的創(chuàng)新點與特色 1. 河道不同來源粗沙混合沉積的多指標(biāo)端元辨識定量方法 建立判識描述沙漠、黃土及基巖顆粒的物理 礦物學(xué) 建粗沙混合沉積 端元分析模型，定量分離和識別 粗沙混合沉積中不同源的貢獻，是探明河道粗泥沙來源的新方法。 2. 風(fēng)蝕與水蝕、風(fēng)沙與水沙動力過程的耦合機制研究 首次在覆沙坡面、沙丘 丘 沙與水沙動力過程的耦合研究，在土壤侵蝕與泥沙動力學(xué)研究方面獨具特色。 3. 沙漠溝谷高含沙洪水過程的特例研究 開展沙漠溝谷超強度、短歷時、高粗沙含量的洪流演進過程及其入黃后沙壩的形成、發(fā)展與消亡的演變過程，同類研究在國內(nèi)外尚未見報道。 4. 沙漠寬谷河道沖淤平衡的風(fēng)沙水沙調(diào)控雙閾值的確定 開展流域風(fēng)沙、水沙過程與河流泥沙過程的協(xié)同、一體化研究，構(gòu)建特色的沙漠寬谷風(fēng)沙 河道分布式模型，提出維持沙漠寬谷河道沖淤相對平衡的風(fēng)沙水沙調(diào)控雙閾值。 （四）課題設(shè)置 課題 1：黃河上游沙漠寬谷段粗沙來源與沉積時空特征 研究目標(biāo)： (1) 總體目標(biāo)： 通過現(xiàn)代沉 積、鉆孔巖芯、歷史文獻等記錄的研究，揭示沙漠寬谷段黃河近1000 年來淤積演化的基本規(guī)律和河道變遷過程；通過建立黃河粗泥沙來源辨識的系列標(biāo)志和端元混合模型等，定量半定量估算不同粗泥沙源區(qū)對黃河粗泥沙淤積的貢獻，特別是沙漠的貢獻；通過氣候模型 1000年長積分模擬和與人類活動的對比等，分析黃河淤積變化和河道變遷的原因。 (2) 5年目標(biāo)： 前 2年目標(biāo)： 對研究區(qū)現(xiàn)代黃河淤積物特征、主要物源區(qū)物質(zhì)組成與粗組分的標(biāo)型特征進行分析，建立黃河粗泥沙來源示蹤的物理、巖礦、化學(xué)等系列標(biāo)志；鉆探黃河沙漠寬谷段沉積地層巖芯，獲取黃 河河道變遷的高分辨率沉積記錄。查閱、整理歷史文獻和判讀遙感資料，獲取黃河河道變遷的歷史文獻記錄。 后 3年目標(biāo)： 對高分辨率鉆孔巖芯進行年代學(xué)和沉積相研究，結(jié)合歷史文獻和遙感影像資料的研究，揭示黃河近 1000 年來淤積演化的基本規(guī)律和河道變遷過程。建立端元混合模型，測定黃河近 1000年沉積粗泥沙的物理、巖礦、地球化學(xué)等物源判別指標(biāo)參數(shù)，定量估算不同粗泥沙源區(qū)對黃河粗泥沙淤積的貢獻。利用氣候模型模擬近 1000年來黃河淤積變化與河道變遷的氣候背景條件，結(jié)合歷史氣候與人類活動資料，揭示黃河粗沙淤積變化與河道演變的成 因機理。 研究內(nèi)容： 通過對研究區(qū)現(xiàn)代黃河淤積物的沉積相和物質(zhì)組成特征、主要物源區(qū)物質(zhì)組成與粗組分的標(biāo)型特征研究分析，建立黃河粗泥沙來源的物理、巖礦、化學(xué)等系列辨識標(biāo)志。利用高分辨率沉積地層、歷史文獻和遙感影像資料，揭示黃河近 1000 年來淤積變化的時空規(guī)律，重建河道變遷歷史。建立端元混合模型，判別黃河粗泥沙的主要來源，定量半定量估算不同源區(qū)的貢獻。利用氣候模型分析氣候環(huán)境變化和人類活動對黃河淤積變化與河道變遷的影響機制，闡明近 1000 年來黃河粗泥沙來源變化的規(guī)律及其原因。 (1) 現(xiàn)代黃河淤積特征 與主要物源區(qū)物質(zhì)組成研究 沿黃河鉆探獲取現(xiàn)代沉積物，辨析黃河淤積不同沉積相 (河床相、河漫灘相、泛洪相、牛軛湖相等 )的物質(zhì)組成特征，包括粒度、磁學(xué)參數(shù)、顆粒表面形態(tài)結(jié)構(gòu)、巖礦和地球化學(xué)等特征，為研究古河道演化和建立物源判別標(biāo)志提供基礎(chǔ)；研究主要源區(qū)（隴西黃土高原、騰格里沙漠、河?xùn)|沙地、烏蘭布和沙漠、庫布齊沙漠和十大孔兌流域）的物質(zhì)組成與粗組分的標(biāo)型特征（包括粒度、磁學(xué)參數(shù)、顆粒表面形態(tài)結(jié)構(gòu)、巖礦物和地球化學(xué)等特征），通過與黃河沉積物特別是粗泥沙的對比建立不同泥沙來源的判別標(biāo)志；研究河堤束縛河道前后的沉積差異， 依據(jù)不同河段現(xiàn)代河流沉積物粗沙組分的物理、巖礦、地球化學(xué)參數(shù)，分析其物源變化。 (2) 近 1000年來黃河河道變遷研究 通過多個垂直于黃河并橫穿盆地斷面的高密度巖芯鉆探，獲取黃河河道變遷的高分辨率沉積記錄；依據(jù)鉆孔巖芯沉積相特征和絕對年代測定，分辨河床相、河漫灘相、牛軛湖相等沉積的空間分布和年代，提取近 1000年不同河段河道變遷的沉積記錄。查閱、整理歷史文獻并結(jié)合遙感影像資料，提取不同河段河道變遷的歷史文獻記錄。綜合沉積和歷史文獻記錄，研究近 1000年研究區(qū)黃河河道變遷過程和基本規(guī)律，結(jié)合歷史氣候與人類活 動資料，分析其原因。 (3) 近 1000 年來黃河沉積速率的變化研究 開展鉆孔巖芯的 4C、光釋光（ 括單顆粒 210算各斷面各鉆孔巖芯不同時段的沉積速率和斷面沉積通量。對比各鉆孔巖芯的沉積速率變化和不同斷面沉積通量變化，研究近 1000年來黃河沙漠寬谷段沉積速率變化的時空規(guī)律及其原因。 (4) 黃河粗泥沙來源辨識與貢獻率估算 利用粗泥沙來源的系列判別標(biāo)志，辨識不同時期黃河河道沉積中粗泥沙的來源；建立端元混合模型，定量半定量估算黃河不同河段、不同 時期粗泥沙主要來源的貢獻率，揭示近 1000年來黃河粗泥沙來源變化的規(guī)律。通過全球和區(qū)域氣候模式的嵌套模擬結(jié)果和與人類活動資料的對比，研究黃河沙漠寬谷段沉積粗沙來源變化的原因。 經(jīng)費比例： 承擔(dān)單位： 蘭州大學(xué)、中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所 課題負責(zé)人： 潘保田 學(xué)術(shù)骨干： 吳敬祿、強明瑞、聶軍勝、朱育新 課題 2： 粗沙風(fēng) 研究目標(biāo)： (1) 總體目標(biāo)： 構(gòu)建流域覆沙坡面風(fēng)水復(fù)合侵蝕模型、沙丘 河流系統(tǒng)沙丘與風(fēng) 沙流入黃的動力學(xué)模型，闡明風(fēng)水復(fù)合侵蝕與沙漠河流泥沙動力學(xué)機制，定量分析沙漠粗沙入黃量。 (2) 5年目標(biāo)： 前 2年目標(biāo) ：建立覆沙坡面、沙丘 丘 段、溝道斷面、及 2個水文泥沙觀測點的布設(shè)，開展全面的觀測與實驗研究，結(jié)合人工降雨與野外風(fēng)洞風(fēng)水兩相復(fù)合侵蝕觀測與模擬，構(gòu)建不同坡度覆沙坡面風(fēng)水復(fù)合侵蝕模型與沙丘 時開展沙漠高含沙洪水過程理論推導(dǎo)與數(shù)值模擬方面的工作。 后 3年目標(biāo) ：繼續(xù)開展樣地、樣段及觀測站、網(wǎng)的觀測研究，構(gòu)建和完善流域覆沙坡面風(fēng)水 復(fù)合侵蝕模型、沙丘 河流系統(tǒng)沙丘前移與風(fēng)沙流入河的動力學(xué)模型。在上述模型的基礎(chǔ)上，通過對數(shù)據(jù)集成、參數(shù)率定、尺度轉(zhuǎn)換，應(yīng)用 洪傳輸模型，定量分析沙漠粗沙入黃量。 研究內(nèi)容： 依據(jù)粗沙風(fēng) 選擇代表性小流域毛不拉孔兌、東柳溝與代表性風(fēng)沙入黃段烏蘭布和沙漠。在多過程的定位觀測、實驗?zāi)M與理論分析的基礎(chǔ)上，重點研究穿越庫布齊沙漠毛不拉孔兌和東柳溝覆沙坡面系統(tǒng)的風(fēng)水復(fù)合侵蝕過程、沙丘 風(fēng)洪傳輸過程，以及烏蘭布和沙漠沙丘 明風(fēng)水復(fù)合侵蝕與泥沙輸移的動力機制，構(gòu)建覆沙坡面風(fēng)水復(fù)合侵蝕模型、沙丘 丘 此基礎(chǔ)上，通過對數(shù)據(jù)整編與模型集成，應(yīng)用 量分析沙漠粗沙入黃量及其變化趨勢。 (1) 覆沙坡面系統(tǒng)風(fēng)水復(fù)合侵蝕過程 在毛不拉孔兌和東柳溝梁地選擇典型覆沙坡面樣地（ 500500 應(yīng)用插釬法、風(fēng)沙流觀測儀、風(fēng)水兩相侵蝕 觀測系統(tǒng)進行覆沙坡面風(fēng)水復(fù)合侵蝕過程的同步觀測，通過對比分析，研究覆沙坡面侵蝕與泥沙物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)換的動態(tài)過程，并以泥沙產(chǎn)輸平衡量為基礎(chǔ)，構(gòu)建不同坡度覆沙坡面風(fēng)水復(fù)合侵蝕模型。 (2) 沙丘 建立毛不拉孔兌溝谷 1測溝道侵蝕；布設(shè)中游與上游泥沙水文觀測點，研究上、中、下游產(chǎn)匯流特征，揭示洪水過程中泥沙輸移的沿程變化；應(yīng)用插釬法、 電風(fēng)沙流監(jiān)測儀對典型斷面風(fēng)沙流與沙丘前移入溝進行同步觀測。在此基礎(chǔ)上，揭示風(fēng)沙、洪水過程時空交錯條件下泥沙輸移轉(zhuǎn)換規(guī)律；結(jié)合高含 沙水流運動方程與泥石流方程，構(gòu)建沙丘 洪傳輸?shù)膭恿δＰ汀?(3) 沙丘 建立烏蘭布和沙漠河段沙丘前移與風(fēng)沙流入黃的監(jiān)測樣段（ 100 m）與監(jiān)測網(wǎng)點，應(yīng)用插釬法、 電風(fēng)沙流監(jiān)測儀、自動氣象站進行風(fēng)沙流與沙丘前移入黃的同步觀測。結(jié)合風(fēng)沙兩相流體力學(xué)理論，構(gòu)建沙丘 (4) 沙漠粗沙入黃定量評估 在上述模型的基礎(chǔ)上，通過對數(shù)據(jù)集成、參數(shù)率定、尺度轉(zhuǎn)換，應(yīng)用 洪傳輸?shù)膭恿δＰ?，定量分析沙漠粗沙入黃量。 經(jīng)費比例： 18% 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、西安理工大學(xué) 課題負責(zé)人： 拓萬全 學(xué)術(shù)骨干： 李占斌、張偉民、姚正毅、李 鵬 課題 3：沙漠寬谷河道水沙關(guān)系變化及驅(qū)動機理 研究目標(biāo)： (1) 總體目標(biāo)： 通過野外實測資料分析、實體模型試驗、數(shù)學(xué)模型模擬和理論分析，研究黃河上游沙漠寬谷河流水沙關(guān)系變化時空分布特征；水沙關(guān)系變化對各影響因子的復(fù)雜響應(yīng)機制；定量提出各驅(qū)動因子在水沙關(guān)系變化過程中的貢獻率；揭示沙 漠寬谷河流水沙關(guān)系變異對多因子的綜合響應(yīng)機理。 (2) 5年目標(biāo)： 前 2年目標(biāo) ：構(gòu)建黃河上游水沙變化及其影響因子的綜合信息庫；構(gòu)建沙漠寬谷河道實體模型和土壤侵蝕實體模型，建立基于 展驗證工作；研究黃河上游河流的水沙條件變化過程、水沙關(guān)系變化時空特征；評價降水等氣候因子變化對河流水沙變化的貢獻率；定量評價水土保持措施對流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的作用；定量分析多態(tài)河床過程對水沙關(guān)系的反調(diào)控作用；定量分析引水工程在河流水沙變化過程的作用規(guī)律。 后 3年目標(biāo) ：揭示各水沙關(guān)系的成因，以及關(guān)鍵影響因子的 特征變化；研究水沙關(guān)系變化對降水等氣候因子驅(qū)動的響應(yīng)機理；研究下墊面對產(chǎn)流機制的影響及其臨界值；研究黃河上游水土保持措施對流域產(chǎn)水產(chǎn)沙的影響機理，揭示河流水沙關(guān)系對氣候和下墊面的響應(yīng)機制；評價當(dāng)前黃河上游水庫調(diào)度方式對河道水沙過程的影響作用；揭示水沙過程變化對河床過程的響應(yīng)機制；構(gòu)建水沙關(guān)系與多因子作用指標(biāo)體系之間關(guān)系，揭示多因子耦合作用下水沙變異的響應(yīng)機理。 研究內(nèi)容： 利用非線性分析方法，確定水沙關(guān)系變化的時程變點，重點研究黃河上游沙漠寬谷河流水沙關(guān)系的時空變化特征；建立基于氣候 人類活動 演變復(fù)雜關(guān)系的水沙變化模擬模型，評估各要素等對水沙變化的貢獻率，提出各因子對水沙變化過程作用的量化結(jié)果；建立水沙關(guān)系與多因子作用指標(biāo)體系之間的關(guān)系，揭示多因子耦合作用下的水沙變異的響應(yīng)機理。 (1) 沙漠寬谷河流水沙關(guān)系變化的時空特征 依據(jù)黃河上游水沙定位測驗資料，利用非線性分析方法，認識水沙關(guān)系變化的時序分異性；研究黃河上游河流水沙關(guān)系在不同時段的特征，揭示水沙耦合關(guān)系調(diào)整的時序特點與分異規(guī)律；揭示不同河段間水沙關(guān)系變化的關(guān)聯(lián)性，闡明不同河段水沙關(guān)系變異的空間分布特征，為研究水沙關(guān)系變異與河道沖淤演變的關(guān)系提 供基礎(chǔ)。 (2) 上游水利工程對水沙過程變異的影響 針對黃河上游水沙關(guān)系劇烈變異，分析大型水庫對工程下游河流水沙過程的調(diào)控作用；研究灌區(qū)大規(guī)模引水引沙對干流水沙關(guān)系沿程變化的影響，建立灌區(qū)河段干流水沙輸移與灌區(qū)引水循環(huán)的雙過程耦合數(shù)學(xué)模型；定量分析大型水利工程對沙漠寬谷河段干流水沙關(guān)系變化的貢獻率。 (3) 沙漠寬谷河流水沙關(guān)系對河床演變的響應(yīng)機制 根據(jù)沙漠寬谷河流野外水文測驗數(shù)據(jù)分析，結(jié)合沙漠寬谷河流動床實體模型試驗和元胞自動機原理等途徑和手段，研究不同河床演變過程對水流能量分配的作用，揭示河段水沙輸入 輸出 過程動力機制；研究多過程條件下河床演變對床沙級配的影響，揭示床沙、懸沙交換動力機制；建立水沙激發(fā)傳遞過程的能量級聯(lián)模式，定量揭示水沙關(guān)系與河床過程參數(shù)之間的耦合關(guān)系。 (4) 河道水沙關(guān)系變異對多因子的綜合響應(yīng)機理 應(yīng)用水文泥沙定位測驗數(shù)據(jù)、遙感影像資料，運用水文統(tǒng)計分析法，定量分析降水、下墊面、水利工程和河床演變等因素對水沙關(guān)系變異的影響；建立多因子對水沙變化影響的指標(biāo)體系，分析水沙關(guān)系對多因子的復(fù)雜響應(yīng)關(guān)系，揭示多因子耦合作用下水沙變異的響應(yīng)機理。 經(jīng)費比例： 16% 承擔(dān)單位： 黃河水利委員會黃河水利科學(xué) 研究院、河海大學(xué) 課題負責(zé)人： 姚文藝 學(xué)術(shù)骨干： 張曉華、唐洪武、侯素珍、冉大川 課題 4：塌岸淤床過程與河道沖淤演變規(guī)律 研究目標(biāo)： (1) 總體目標(biāo)： 分析黃河上游典型塌岸特征，揭示水沙動力作用下塌岸形成機理，分析塌岸入黃泥沙貢獻率，研究塌岸與河床沖淤的交互作用過程、機理及模式，闡明黃河上游河床調(diào)整與支流典型水沙過程的響應(yīng)關(guān)系，研究沙壩演變過程及機理，識別關(guān)鍵驅(qū)動因子，揭示河床調(diào)整對水沙過程的復(fù)雜響應(yīng)關(guān)系，提出水庫調(diào)節(jié)運用對河道沖淤演變的驅(qū)動機制，為黃河上游防洪防凌提 供技術(shù)支撐。 (2) 5年目標(biāo) : 前 2年目標(biāo) ：黃河上游典型塌岸特征及其形成機理；塌岸對河床沖淤演變的影響規(guī)律；黃河上游干支流洪水量級與頻次的變化對比關(guān)系，不同交匯條件下沙壩演變特點；河道水沙協(xié)調(diào)性與配置關(guān)系，干流河道泥沙輸移時空的變化特征；干流及重要支流過程對河床沖淤變化的影響，典型河段河道沉積、排洪過凌、漫灘指標(biāo)等演化過程與規(guī)律。 后 3年目標(biāo) ：塌岸風(fēng)險評估方法、塌岸危險度分區(qū)及入黃泥沙貢獻率；塌岸土體液化流動過程、河道水沙運動及河床沖淤之間交互作用過程與機理，建立動力學(xué)模型；長序列徑流泥沙對河床形態(tài)作用模式 ，河床沖淤及主槽調(diào)整的關(guān)鍵驅(qū)動因子及與水沙過程的復(fù)雜響應(yīng)機制；水庫調(diào)節(jié)前后水流泥沙因子變化對河床演化的敏感度分析，水庫調(diào)節(jié)對河床調(diào)整、河槽行洪排凌能力的影響。 研究內(nèi)容： 通過野外調(diào)查、實測資料分析、理論研究、概化實驗及數(shù)值模擬等研究方法，分析黃河上游典型河段塌岸 入河淤床過程，揭示其動力學(xué)機制；研究十大孔兌高含沙洪水入黃過程、沙壩形成 消亡過程，構(gòu)建動力學(xué)模型；闡明河床調(diào)整對水沙過程的復(fù)雜響應(yīng)關(guān)系，識別河床沖淤及主槽調(diào)整的關(guān)鍵驅(qū)動因子，進行水沙因子變化對河床演化的敏感度分析，提出水庫調(diào) 節(jié)前后河道沖淤演變過程及驅(qū)動機制，為黃河上游水庫調(diào)控與河道治理提供技術(shù)支撐。 (1) 塌岸形成機理及入黃泥沙量預(yù)測模型 通過野外調(diào)查、測試及實測資料分析，研究黃河上游干、支流典型塌岸的形態(tài)特征、理化力學(xué)特性、塌岸影響因子及侵蝕抗蝕特點，揭示水動力作用下塌岸形成機理；通過遙感影像解譯及 黃河上游塌岸類型和規(guī)模進行識別，分析塌岸時空變化與分布特征，提出塌岸風(fēng)險評估方法，確定塌岸危險度分區(qū)；通過理論研究和統(tǒng)計分析，建立塌岸入黃泥沙量預(yù)測模型，探索黃河上游塌岸對黃河泥沙來量的貢獻率。 (2) 塌岸與河床沖淤的交 互作用過程及機理 采用現(xiàn)場調(diào)查、觀測和實測資料分析方法，研究沙漠寬谷河道塌岸與河床沖淤演變的動態(tài)關(guān)系；通過概化實驗和理論分析，研究順直型、彎曲型河道塌岸影響因子和水沙關(guān)鍵因子的不同組合條件下塌岸土體液化流動過程、河道水沙運動及河床沖淤之間相互作用機理；通過塌岸入黃泥沙模型與河道沖淤模型的耦合，構(gòu)建塌岸與河床沖淤交互作用的模式，闡明塌岸與河床沖淤的交互作用機理及演變規(guī)律。 (3) 支流高含沙洪水入黃過程與沙壩演變機理 以內(nèi)蒙 “十大孔兌 ”河段支流高含沙洪水過程及其與干流交匯處的沙壩為對象，通過概化模型試驗和理論分 析，在分析干支流洪水，特別是支流高含沙洪水的量級、頻次的變化，以及干支流洪水比對關(guān)系變化的基礎(chǔ)上，結(jié)合干支流來沙時空分布、來沙級配和粘性的分析數(shù)據(jù)，研究干支流交匯處水沙變化對河床沖淤的影響；研究干支流不同水沙遭遇及交匯條件（流量、含沙量、交匯角等）下，沙壩形成、發(fā)展、消亡的演變過程，揭示其動力學(xué)機理。 (4) 河床調(diào)整對水沙過程的復(fù)雜響應(yīng)關(guān)系 選擇黃河上游具有代表性的沖積河段，通過系統(tǒng)的實測資料分析和模擬計算，建立長序列徑流泥沙與河床形態(tài)因子相互作用模式，并通過計算分析，識別河床沖淤及主槽調(diào)整的關(guān)鍵驅(qū)動因子；研 究河床沖淤及主槽斷面調(diào)整的時空分布特點和變化規(guī)律，揭示長時間序列河床沖淤及主槽調(diào)整與水沙過程的復(fù)雜響應(yīng)機制。 (5) 水庫調(diào)節(jié)前后河道沖淤演變過程及驅(qū)動機制 圍繞黃河上游龍、劉水庫調(diào)節(jié)運行，系統(tǒng)分析黃河上游天然及水庫調(diào)節(jié)條件下，徑流泥沙過程對河床演變過程及沖淤變化的影響規(guī)律，重要支流水沙過程對干流河道沖淤的影響規(guī)律；選擇典型沖積性河段，從河道沉積、排洪過凌、漫灘指標(biāo)等方面分析河道的演化過程、演變特點，通過模擬計算分析水庫運行前后徑流、泥沙、河床及調(diào)節(jié)過程等因子變化對河床演化的敏感度；分析水庫不同調(diào)節(jié)能力對輸沙及河 槽塑造的作用，研究河道邊界對水沙的適應(yīng)性及反饋效應(yīng)、河槽行洪排凌指標(biāo)與水動力條件關(guān)系，提出水庫運用對河床調(diào)整的驅(qū)動機制。 經(jīng)費比例 ： 承擔(dān)單位 ： 清華大學(xué)、北京師范大學(xué) 課題負責(zé)人 ： 吳保生 學(xué)術(shù)骨干 ： 舒安平、張科利、張原鋒、申冠卿 課題 5：河道洪峰過程洪 岸相互作用機理 研究目標(biāo)： (1) 總體目標(biāo) : 查明洪峰作用下沙漠寬谷不同河型河段的沖淤和河床斷面形態(tài)的調(diào)整特征，闡明河道沖淤與斷面形態(tài)調(diào)整對洪峰的響應(yīng)機制，探明典型河段輸沙、沖淤和河勢演變特點，揭示河道沖淤與河床調(diào)整對洪 峰過程響應(yīng)機理。建立典型河段洪 岸相互作用的徑流 式、泥沙輸移 式及河岸侵蝕 式，構(gòu)建洪 岸相互作用的 2峰 力學(xué)模型。提出滿足防洪、防凌需要的過流能力條件下的河道相對穩(wěn)定水沙閾值。分析河勢變化對洪峰過程的響應(yīng)關(guān)系，揭示沙漠寬谷河道穩(wěn)定性流量閾值。評估利用人造洪峰沖刷寧蒙河段泥沙的效應(yīng)，為研究區(qū)河道治理提供決策依據(jù)。 (2) 5年目標(biāo) : 前 2 年目標(biāo) ：初步建立不同河型與不同河段河道沖淤與洪峰過程特征值之間的關(guān)系。完成洪 岸相互作用主要過程的徑流 式、泥沙輸移 式及河 岸侵蝕 式構(gòu)建。完成寧蒙河段河灣特征值統(tǒng)計和河勢演變的時空變化分析。完成洪峰過程不同粒級泥沙輸移與主要影響因子關(guān)系分析。 后 3 年目標(biāo) ：完成洪峰過程特征值與河道床 道形態(tài)演變、河床泥沙組成之間復(fù)雜作用與反饋機理分析；建成典型河段洪 岸相互作用的 2力學(xué)模型；得出維持寧蒙河道一定排洪輸沙能力與河勢相對穩(wěn)定的洪峰水沙閾值；確定利用人造洪峰沖刷寧蒙河段泥沙的效應(yīng)。 研究內(nèi)容： 基于多源數(shù)據(jù)、實地觀測和室內(nèi)關(guān)鍵過程試驗，展開黃河上游沙漠寬谷河段洪峰過程中的河床與河岸沖淤響應(yīng)、河床形態(tài) 演變以及洪 岸相互作用的機制的研究，揭示洪峰水沙與河道形態(tài)之間復(fù)雜的作用與響應(yīng)關(guān)系，建立沙漠寬谷河段洪 岸相互作用的徑流 式、泥沙輸移 式及河岸侵蝕 式 ,構(gòu)建沙漠寬谷洪峰過程 2 型，確定控制寧蒙河段河道穩(wěn)定性的水沙臨界閾值，估算不同水沙組合洪峰條件下沙漠寬谷河道沿程分組粒徑泥沙沖淤量，定量評估可控洪峰沙漠寬谷河道沖淤效應(yīng)。為通過水沙調(diào)控提高寧蒙河段行洪排沙能力，維持河道穩(wěn)定提供決策依據(jù)。 (1) 不同類型河道洪峰過程的沖淤特征與機理 分析不同洪峰過程中不同河段河道的沖淤 變化特征及其形成原因；分析灘 究河道沖淤變化作用下的河道形態(tài)演變與河床泥沙級配組成的調(diào)整過程；探討洪峰水沙特征值與河道床 道形態(tài)演變、床沙組成調(diào)整的關(guān)系，揭示洪峰水沙 河道形態(tài)變化之間的復(fù)雜作用與反饋機理。 (2) 沙漠寬谷河道洪峰過程洪 岸相互作用的 力學(xué)模型 進行物理模型試驗，分析不同水流方向與河岸線夾角條件下洪峰能量的橫斷面分布特征，研究洪水過程橫向環(huán)流對河底和河岸的作用分量及其相互影響，探討河槽沖淤對洪水的響應(yīng)關(guān)系及反饋作 用，建立典型斷面形態(tài)河槽洪 岸相互作用的徑流 式、泥沙輸移 式及河岸侵蝕 式；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建洪 岸相互作用的 2峰 力學(xué)模型；基于實測資料，分析典型河段不同量級不同挾沙洪水在床、岸與灘的能量分配以及泥沙沖淤過程。 (3) 沙漠寬谷河道穩(wěn)定性水沙閾值 研究分河段水沙變化對河道沖淤和河道過流能力的影響，解析不同河段不同特征時期河勢演變參數(shù)及其時空特征和時程變點、河勢參數(shù)與洪流參數(shù)之間的復(fù)雜響應(yīng)關(guān)系；確定洪水期各河段河道沖淤平衡和維持河道適宜過流能力所需的流量閾值；揭示洪峰誘 發(fā)的河灣變形、河岸坍塌的內(nèi)在機理。建立制約河勢演化行為的臨界閾值集，提出沙漠寬谷河道相對穩(wěn)定的水沙閾值。 (4) 可控洪峰沙漠寬谷河道沖淤效應(yīng)的定量評估 基于斷面監(jiān)測資料與站點水文泥沙資料，應(yīng)用 型分析洪水過程不同粒級泥沙輸移量與河床形態(tài)特征、邊界物質(zhì)組成、洪峰特征值之間的關(guān)系，估算不同水沙組合洪峰條件下沙漠寬谷河道分粒級泥沙沖淤量和空間分布。結(jié)合現(xiàn)狀和預(yù)期水利工程可控洪峰過程的水沙特征，計算沙漠寬谷分段河道可控洪峰系列不同粒級泥沙的沖淤量，評估利用人造洪峰沖刷寧蒙河段泥沙的效應(yīng)。 經(jīng)費比例 ： 承擔(dān)單位 ： 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、西安理工大學(xué) 課題負責(zé)人 ：師長興 學(xué)術(shù)骨干 ：王隨繼、秦毅、房金福、王衛(wèi)紅 課題 6：黃河上游沙漠寬谷河段沖淤演變趨勢預(yù)測與調(diào)控對策 研究目標(biāo) : (1) 總體目標(biāo) : 通過黃河上游沙漠寬谷河道流域多源數(shù)據(jù)平臺和風(fēng)沙 河道分布式動力學(xué)模型的構(gòu)建，預(yù)測未來 20 年河道沖淤演變的發(fā)展趨勢，提出維持黃河沙漠寬谷河道沖淤平衡的風(fēng)沙水沙調(diào)控雙閾值， 構(gòu)建沙漠寬谷流域與河道一體化 “攔 放 挖 ”風(fēng)沙水沙綜合調(diào)控體系。 (2) 5年目標(biāo) : 前 2 年目標(biāo)： 建立多 源數(shù)據(jù)平臺的軟件支持系統(tǒng)； 完成 黃河上游沙漠寬谷河道風(fēng)沙 河道流域分布式動力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)以及各子模型間輸入、輸出端口設(shè)計；收集并初步分析近 60 年來研究區(qū)氣候變化和以重大水利工程為主的人類活動背景資料。 后 3 年目標(biāo)： 完成 黃河上游沙漠寬谷河道多源數(shù)據(jù)平臺和風(fēng)沙 河道流域分布式動力學(xué)模型的構(gòu)建， 預(yù)測未來 20 年 河道 沖 淤演變趨勢 ；確定維持河道沖淤平衡的風(fēng)沙水沙調(diào)控雙閾值；在 系統(tǒng)分析和評估全國先進的 防風(fēng)固沙模式、水土保持模式、大型水庫調(diào)控模式、河道整治模式、 疏浚 挖 沙 減淤模式等基礎(chǔ)上，構(gòu)建沙漠寬谷流域與河道一體化 “攔 放 挖 ”風(fēng)沙水沙 綜合 調(diào)控體系。 研究內(nèi)容 : 在集成課題 1果基礎(chǔ)上，深入分析和評價全國防風(fēng)固沙、水土保持、水庫調(diào)節(jié)、河道整治與堤防管理的成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建流域多元數(shù)據(jù)平臺與風(fēng)沙 河道分布式模型，預(yù)測未來 20 年河道沖淤變化，提出維持河道沖淤平衡的風(fēng)沙水沙調(diào)控雙閾值，系統(tǒng)分析風(fēng)沙水沙調(diào)控模式的結(jié)構(gòu)與功能，構(gòu)建 集流域 土流失治理、生態(tài)建設(shè)、水庫調(diào)節(jié)、河道整治、堤防管理與挖河減淤相結(jié)合的 “攔 放 挖 ”風(fēng)沙水沙綜合 調(diào)控體系。 (1) 黃河上游 沙漠寬谷河 段流域風(fēng)沙 河道分布式動力學(xué)模型 在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和格式下，對本項目的多源數(shù)據(jù)進行分析、整合和歸一，利用多模塊集成方法，構(gòu)建多源數(shù)據(jù)平臺，通過對多過程模型進行時間 泥沙平衡的耦合與數(shù)據(jù)的尺度轉(zhuǎn)換分析，建立黃河上游沙漠寬谷河道流域尺度的風(fēng)沙 河道流域分布式模型 。 (2) 黃河上游沙漠寬谷河段沖淤演變的趨勢預(yù)測 根據(jù) 候模型的情景預(yù)測結(jié)果（ 并結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境背景、大型水庫和灌渠建設(shè)、上游來流、河道邊界和床沙組成特性等要素的分析，基于風(fēng)沙 河道流域分 布式模型預(yù)測未來 20 年內(nèi)黃河上游沙漠寬谷河道沖淤演變趨勢。 (3) 沙漠寬谷河道沖淤平衡風(fēng)沙水沙臨界與調(diào)控機理 基于多源數(shù)據(jù)平臺與分布式動力學(xué)模型，確定沙漠寬谷河道糙率、恢復(fù)飽和系數(shù)、挾沙能力系數(shù)與指數(shù)、斷面信息提取，研究沙漠寬谷河道對不同風(fēng)沙水沙入?yún)R情景過程與灌區(qū)引水過程的沖淤響應(yīng)，確定沙漠寬谷河道沖淤平衡風(fēng)沙水沙臨界閾值，建立河道萎縮臨界指標(biāo)特征，提出河床比降、縱剖面形態(tài)及斷面形態(tài)，與河道平面形態(tài)的臨界響應(yīng)與相應(yīng)調(diào)控指標(biāo)體系。 (4) 沙漠寬谷河道風(fēng)沙水沙調(diào)控措施研究 在系統(tǒng)深入分析和評價防風(fēng)固沙模式、水土保持模式、大 型水庫調(diào)控模式、河道整治模式、疏浚挖沙減淤模式等的基礎(chǔ)上，結(jié)合沙漠寬谷風(fēng)沙水沙時空差異特征及其調(diào)控的雙閾值，分析風(fēng)沙水沙調(diào)控模式的合理結(jié)構(gòu)與功能，構(gòu)建沙漠寬谷流域與河道一體化 “固 調(diào) 挖 ”風(fēng)沙水沙綜合調(diào)控體系。 經(jīng)費比例 ： 承擔(dān)單位 ： 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、黃河水利委員會 課題負責(zé)人 ： 薛 嫻 學(xué)術(shù)骨干 ：郝芳華 黃 強 李 勇 韓致文 （五）課題間的相互關(guān)系 各課題之間的關(guān)系為：課題 1 是項目的基礎(chǔ)部分，研究 1來歷史時期河道沉積與粗沙來源，為其他課題提供背景和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并解決項目總體目標(biāo) “黃河上游沙漠寬谷河道粗泥沙來源 ”與五年目標(biāo) “定量分析不同沙源對淤積河道粗泥沙的貢獻率，準(zhǔn)確界定淤積沙漠寬谷河道粗泥沙界線及重點源區(qū) ”；課題 2、 3、4、 5 是項目研究主體，也是項目創(chuàng)新主要部分，研究粗沙風(fēng)洪產(chǎn)輸機制、水沙過程變異、塌岸淤床過程及洪 岸相互作用四項密切關(guān)聯(lián)，且又相互獨立的關(guān)鍵過程。其中課題 2 解決項目總體目標(biāo) “揭示 粗泥沙風(fēng) 展 風(fēng)水復(fù)合侵蝕與沙漠河流泥沙動力學(xué)理論 ” 與五年目標(biāo) “建立風(fēng)水復(fù)合地表侵蝕模型 及沙漠河流泥沙動力學(xué)模型，準(zhǔn)確計算沙漠粗沙入黃量；建立沙漠河流推移質(zhì)泥沙輸移理論模型，正確認識沙漠粗沙在沙漠河流中推移輸移規(guī)律，確定沙漠寬谷河道沖淤平衡的風(fēng)沙閾值 ”； 課題 3 解決項目總體目標(biāo) “揭示 水沙過程變異機制 ”與五年目標(biāo) “揭示沙漠寬谷河道與河流水沙過程互饋機制，科學(xué)認識大型水庫調(diào)節(jié)作用對沙漠寬谷河段水沙關(guān)系變異的影響 ”；課題 4 解決項目總體目標(biāo) “揭示沙漠寬谷河道 塌岸淤床過程機理 ”與五年目標(biāo) “建立河岸坍塌動力學(xué)模型，揭示高含沙洪水入黃后沙壩形成與演變過程 ”； 課題 5 解決項目總體目標(biāo) “揭示 洪 岸相互作用機理 ”與五年目標(biāo) “構(gòu)建基于洪 岸相互作用的 2流 型，揭示沙漠寬谷河道不穩(wěn)定性機理，確定沙漠寬谷河道相對穩(wěn)定的水沙閾值，準(zhǔn)確評估可控洪峰過程對沙漠寬谷河道的沖淤效應(yīng) ”。 課題 6 是在上述課題研究的基礎(chǔ)上，進一步開展流域宏觀尺度上的集成研究，提出粗沙調(diào)控對策。課題 6 解決項目總體目標(biāo) “構(gòu)建 黃河上游沙漠寬谷流域 多源數(shù)據(jù)平臺及 風(fēng)沙 河道流域分布式動力學(xué)模型，建立沙漠寬谷流域 固 調(diào) 挖 ”風(fēng)沙水沙綜合調(diào)控體系 ”。各課題的設(shè)置及關(guān)系如圖 4 所示。 圖 4. 課題設(shè)置關(guān)系圖 四、年 度計劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 收集背景數(shù)據(jù)和資料，開展騰格里 烏蘭布和沙漠 漠寬谷河道塌岸和高含沙區(qū)段的現(xiàn)場踏查 沿現(xiàn)代黃河河道及垂直于河道的地質(zhì)斷面上鉆取 50 支沉積巖芯，采集河道表層沉積樣品。分析測試所采集樣品 購置設(shè)備，布設(shè)毛不拉孔兌和東柳溝野外觀測點與觀測樣地，以及騰格里沙漠、河?xùn)|沙地、及烏蘭布和沙漠風(fēng)沙入黃觀測樣地，開展野外觀測與取樣研究、風(fēng)沙 開展沙漠寬谷河道動床實體模型和土壤侵蝕實體模型制作技術(shù)論證，開展基于分布式產(chǎn)水產(chǎn)沙動力學(xué)數(shù)學(xué)模型框架研發(fā)，開發(fā)模型支持系統(tǒng) 研究黃河上游河流的水沙關(guān)系變化和時空特征，包括水沙量及過程、洪水過程、來沙系數(shù)等在不同時段、不同河段的變化特征 進行遙感影像解譯分析，對塌岸類型及規(guī)模進行識別，選定重點、典型塌岸河段 研究寧蒙河段支流高含沙洪水特點，高含沙洪水期干流水沙過程及特點；初步開展洪水及長序列徑流泥沙因子與河道斷面調(diào)整之間的相互關(guān)系研究；研究龍羊峽、劉家峽建不同運用期徑流泥沙過程、河道沖淤特點。開展模型試驗及動力學(xué)數(shù)學(xué)模型建模的準(zhǔn)備工作 對寧蒙河段進行汛前汛后二期河道大斷面 觀測，完成河床、灘地沉積物采樣和室內(nèi)沉積物粒度組成及土力學(xué)分析。劃分洪峰，計算洪峰特征值。提取寧蒙沙漠寬谷河道分段河道形態(tài)特征值及邊界組成特征參數(shù) 分析計算不同類型洪水引起的河道斷面面積的變化特點，計算洪水前后河床的 完成背景數(shù)據(jù)和資料的收集、研究區(qū)考察、巖芯鉆取和巖芯樣品的分析測試、野外觀測網(wǎng)點的建設(shè)與布設(shè) 初步確定風(fēng)沙 初步建立黃河上游水沙變化及其影響因子的綜合信息庫，建設(shè)沙漠寬谷河道動床實體模型和土 壤侵蝕實體模型，初步闡明黃河上游河流的水沙變化時空特征 初步提出水流泥沙因子與河道沖淤之間的相互關(guān)系 明確進出沙漠寬谷河段歷年洪峰過程的洪峰歷時、峰量、峰型、輸沙量泥沙組成等特征。揭示洪峰作用下沙漠寬谷不同河型河段沖淤調(diào)整特征，并建立不同河段河道沖淤與洪峰過程特征值之間的關(guān)系 理清典型河段洪 岸相互作用的模式。探明典型河段水流要素特征，床、岸、灘沉積物粒度及土力學(xué)指標(biāo) 揭示沙漠寬谷河段不同河型河段的河灣特征值，包括彎曲系數(shù)、主流擺動幅度、河灣半徑等統(tǒng)計，和河勢演變的時空變化和時程變點規(guī)律 初步建立多源數(shù) 據(jù)平臺的軟件支持系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)收集和輸入工作 闡明黃河沙漠寬谷流域陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能特征 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 垂向沖淤速率和河岸的側(cè)向遷移速率，分析河床沖淤對洪水過程的響應(yīng)特征 進行典型河段水流要素觀測，并進行不同水流夾角洪峰流量的橫斷面能量分布特征的概化模型設(shè)計。分析河段泥沙沖淤過程，以及典型斷面泥沙沖淤對洪峰過程的響應(yīng)機制 解析多型河段不同特征時期河勢演變參數(shù)，統(tǒng)計分析河勢演變的時空特征，研究確定不 同特征時期河勢演變參數(shù)的時程變點 研究不同屬性和時空尺度數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建以及不同數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化、提取和共享 分析近 60年以降水蒸發(fā)和風(fēng)況為主的氣候變化、以重大水利工程（上游大型水庫調(diào)節(jié)和灌區(qū)大量引水）為主的人類活動等對河道沖淤演變和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的影響，篩選出影響沙漠寬谷河段河道沖淤演變的主導(dǎo)驅(qū)動因子 確定影響沙漠寬谷河段河道沖淤演變的主導(dǎo)驅(qū)動因子 發(fā)表論文 20 22 篇，其中文 3 篇。培養(yǎng)博士生4 名，碩士生 4 名 第 二 年 繼續(xù)粗沙源區(qū)樣品采集與分析測試。對研究區(qū)現(xiàn)代黃河淤積物特征、主要物源區(qū)物質(zhì)組成與粗組分的標(biāo)型特征進行分析，初步建立黃河粗泥沙來源示蹤的物理、巖礦、化學(xué)等系列標(biāo)志 查閱、整理歷史文獻和判讀遙感資料，獲取黃河河道變遷歷史文獻記錄 全面開展已建觀測網(wǎng)點的野外觀測計劃、繼續(xù)開展風(fēng)沙 作用模擬實驗 分析整理數(shù)據(jù)，開展沙漠河流泥沙推移質(zhì)輸運模型的構(gòu)建、開展風(fēng)水復(fù)合侵蝕理論概念模型的構(gòu)建，開展風(fēng)水復(fù)合侵蝕動力過程實驗?zāi)M。 建立基于 分布式流域產(chǎn)水產(chǎn)沙動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，通過沙漠寬谷河道典型支流流域的實測資料對模型進行驗證 建立降雨徑流泥沙復(fù)合非線性關(guān)系，結(jié)合產(chǎn)水產(chǎn)沙動力學(xué)模型反演模擬，研究降水等因子變化對河流水沙變化的貢獻率 利用 “水保法 ”原理，定量評價水土保持 完成所有源區(qū)表層沉積樣品、黃河河道現(xiàn)代表層沉積樣品的采集，完成表層樣品和剩余 50%的鉆孔樣品分析測試工作。完成年代測試工作 集成兩年 的騰格里沙漠、河?xùn)|沙地、烏蘭布和沙漠及毛不拉孔兌與東流溝風(fēng)蝕與水蝕，風(fēng)沙與水沙的數(shù)據(jù) 初步建立風(fēng)沙 建不同坡度覆沙坡面風(fēng)水復(fù)合侵蝕經(jīng)驗?zāi)Ｐ团c沙丘 建立基于 分布式流域產(chǎn)水產(chǎn)沙動力學(xué)數(shù)學(xué)模型 定量評價降水、水土保持措施、河床過程、引水過程等因子變化對河流水沙變化的貢獻率 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 措施對流域產(chǎn)流產(chǎn)沙變化的影響，包括生物、工程和耕作等不同類型水土保持措施的減水減沙效果 定量分析多態(tài)河床過程對水沙關(guān)系的反調(diào)控作用。選取寧蒙灌區(qū)作為研究對象，定量分析引水工程在河流水沙變化過程的作用規(guī)律 開展重點典型塌岸河段觀測與調(diào)查，分析塌岸的影響因素與特征，研究塌岸形成機理；分析典型塌岸特征及河床沖淤演變規(guī)律，以及塌岸對河床沖淤演變的影響，確定塌岸與水沙組合條件，塌岸概化模型實驗預(yù)備實驗 選擇支流高含 沙洪水沙壩演變過程模型試驗范圍，制作模型，模型試驗相關(guān)技術(shù)研究 主槽平灘流量滯后相應(yīng)模型的改進與完善，建立長序列徑流泥沙與河床形態(tài)因子的相互作用模式；研究水庫調(diào)節(jié)條件下，河床沖淤變化的影響規(guī)律 繼續(xù)進行汛前汛后二期河道大斷面觀 測和河床質(zhì)采樣分析。分析典型河段洪峰與床 道寬深比變化特征 進行清水水流、不同水流夾角（ 0 a）下的多組合概化試 驗，基于試驗結(jié)果，研究不同水流夾角洪峰流量的橫斷面能量分布特征 研究寧蒙河道的沖淤與水沙條件的關(guān)系，以及防洪防凌要求的河道適宜過流能力。分析斷面形態(tài)對洪水的響應(yīng)關(guān)系，確定典型河段河道過流 能力。分析典型河段沖淤演變規(guī)律，構(gòu)建維持河道沖淤平衡的指標(biāo)體系 提取分河段分時段河槽過水面積、斷面形態(tài)、灘唇高度、灘地高度與寬度等沙漠寬谷河段河流地貌特征。分析河床邊界條件和洪峰特征對 不同粒度泥沙輸移的影響 研究沙漠寬谷河道沖淤變化對不同風(fēng)沙水沙過程與大型水庫調(diào)節(jié)、灌區(qū)引水過程的響應(yīng) 揭示塌岸特征與塌岸形成機理；提出塌岸對河床沖淤演變的影響關(guān)系 具備塌岸和高含沙洪水沙壩演變過程模型試驗條件，并進行預(yù)備實驗 提出長序列徑流泥沙與河床形態(tài)因子的相互作 用模式。初步認識水庫調(diào)節(jié)條件下，河床沖淤變化規(guī)律 揭示洪峰作用下沙漠寬谷不同河型河段的河床斷面形態(tài)調(diào)整特征，查明斷面形態(tài)調(diào)整對洪峰的響應(yīng)機制 查明清水水流、不同夾角水流能量的分布特征；心灘影響下水流對岸、對床和對灘作用的動力學(xué)模式 探明典型河段輸沙、沖淤和河勢演變特點；提出滿足防洪、防凌需要的過流能力條件下的河道相對穩(wěn)定水沙閾值 建立沙漠寬谷河道洪峰過程不同粒度泥沙輸移與河床邊界條件和洪峰特征值關(guān)系 揭示環(huán)境變化和人類活動對河道沖淤演變的影響機制 完成黃河上游沙漠寬谷河道風(fēng)沙 河道流域分布式動力學(xué)模型 的結(jié)構(gòu)以及各子模型間輸入、輸出端口設(shè)計 初步預(yù)測影響河道沖淤的各驅(qū)動因子在未來 20 年的變化趨勢。揭示沙漠寬谷河道風(fēng)沙水沙關(guān)鍵過程的調(diào)控機理。初步提出維持河道沖淤相對平衡的可調(diào)控因子 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 研究粗沙溯源與端元量化模型、風(fēng)沙入黃、河流動力學(xué)等模型的輸入、輸出以及外部邊界條件 研究影響河道沖淤的各驅(qū)動因子（上游來水來沙及其過程、河道邊界和床沙組成等）在未來 20 年變化趨勢。分析影響河道沖淤的各驅(qū)動因子（側(cè)重人類活動）的可調(diào)控性、可調(diào)控程度及其對沖淤演變及其過程的貢獻率 發(fā)表論文 67 72 篇，其中文 17 19 篇