黄河流域生态保护和高质量发展专题

• 基于自组织映射神经网络的黄河流域干旱聚类分析

  于磊;李雅静;朱大炯;刘元锐;

  【目的】在聚类分析不同时间尺度干旱指数的基础上，研究黄河流域历史气象干旱特征的时空变化规律。【方法】通过计算不同时间尺度下的标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和自校准帕尔默干旱指数(sc-PDSI)综合评估1950—2020年黄河流域气象干旱的时空变化特征，并提出一种基于自组织映射神经网络(SOM)的干旱聚类方法，分析不同干旱指数间的关联性和差异性。【结果】1950—2020年，黄河流域源头和上游地区的SPI、SPEI和sc-PDSI均呈上升趋势，中、下游地区的均呈现下降趋势，表明黄河流域上游地区气象干旱有所缓解，中、下游地区气象干旱加剧；黄河流域气象干旱特征具有明显的空间异质性，源头、上游地区的气象干旱具有低频率、长历时、高强度特征，中、下游地区的具有高频率、短历时、低强度特征；干旱指数的选择影响黄河流域气象干旱评估结果，随累积月份的增加，SPEI和SPI趋近于识别低频率、长历时、低强度的干旱事件。【结论】西北地区暖湿化背景下，1950—2020年黄河流域气象干旱呈现上游减缓、中下游加剧的变化规律，其变化程度与干旱指数的选择紧密关联。

  2025年04期 v.46;No.201 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 3068K]
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• 基于土地利用变化的黄河流域河南段景观生态风险评估

  邢译丹;花玉凤;唐磊;王富强;张红璐;杜宇湉;石家豪;

  【目的】黄河流域河南段作为重要的生态屏障和农业基地，其生态安全与土地资源可持续利用对区域发展至关重要。本研究旨在分析1990—2020年土地利用变化特征，评估景观生态风险时空演变规律，揭示其与土地利用变化的关联，为黄河流域河南段生态保护、景观格局优化及土地资源管理提供科学依据。【方法】基于1990年、2000年、2010年与2020年4期遥感影像数据，解译土地利用类型并分析其转化特征；构建流域尺度的景观生态风险评价模型，结合空间自相关分析，探讨景观生态风险的时空分异规律及集聚特征，并揭示人类活动干扰对高风险区形成的影响机制。【结果】(1)土地利用变化显著，1990—2020年耕地向建设用地、林地、草地和水域大面积转化，建设用地转入趋势最突出，面积增长1倍；(2)景观生态风险整体下降，较低风险区和低风险区面积逐年增加，高风险区、较高风险区和中风险区面积显著减少；(3)景观生态风险空间分布呈正相关性，表现为“大聚集、小分散”格局，高风险区集聚主要受人类活动导致的景观破碎化驱动。【结论】黄河流域河南段景观生态风险总体改善，但建设用地扩张与景观破碎化仍是生态安全的潜在威胁。建议进一步优化景观格局，协调人类活动与生态保护的平衡。

  2025年04期 v.46;No.201 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2073K]
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• 基于生态系统服务的黄河下游影响区“三生”功能权衡/协同效应

  李梦凡;王乾旭;刘振岳;周志民;张鹏岩;

  【目的】为制定针对性的土地利用政策和实施有效的空间分区计划提供重要参考。【方法】以黄河下游影响区作为研究区，基于“生产-生活-生态”(“三生”)功能视角，采用多源数据，运用InVEST模型、Pearson双变量相关性分析等方法，系统评估了2000—2020年该区域“三生”功能时空演变特征。【结果】明确了“三生”功能时空演变规律；揭示了“三生”功能之间的权衡/协同关系。2000—2020年研究区生产功能(PF)和生活功能(LF)呈上升趋势，而生态功能(EF)呈下降趋势；EF高值区呈先扩张后缩减的动态变化规律；PF高值区梯度差异明显，呈条带状集中分布；LF高值区以多核心向外显著扩散，在各城市建成区进行空间聚合。【结论】PF-EF、LF-EF和PF-LF之间都具有权衡关系，PF-LF、PF-EF的高权衡主要集中在南、北部平原，而LF-EF的权衡主要出现在东部海拔较高的地区和西部山区。

  2025年04期 v.46;No.201 19-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 3858K]
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生态与环境专题

• 流速对梅尼小环藻细胞生长的影响机理

  张建伟;马洪东;宋刚福;周子俊;郭思彤;张传普;

  【目的】流速是影响藻细胞生长的关键因素，也是基于水动力原理抑制藻类生长的最佳环境控制因子。揭示不同流速生长环境下梅尼小环藻细胞的生长规律及影响机理，对于防控水体藻华、探究水动力胁迫下浮游藻类的生长机理等具有重要意义。【方法】选取南水北调中线工程河南段硅藻优势种梅尼小环藻作为研究对象，通过自制相关试验装置，模拟0.0～1.0 m/s流速梯度环境，测定不同流速条件下梅尼小环藻的藻细胞密度、细胞比增长率、光合色素含量和碱性磷酸酶活性等指标，解析其生长规律及影响机理。【结果】梅尼小环藻的临界流速阈值为0.4 m/s,在不同流速环境下呈现“低促高抑”的生长规律。低流速(0.0～0.4 m/s)通过提高藻细胞与营养物质的接触频率，进而促进藻细胞吸收营养物质；高流速(0.6～1.0 m/s)引发的流体切应力可造成细胞结构出现不同程度的机械性损伤，进而抑制藻细胞生长。【结论】流速对梅尼小环藻细胞的生长具有双重影响；临界流速与细胞的承载力密切相关。

  2025年04期 v.46;No.201 30-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 2059K]
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• 伊洛河流域植被NPP时空格局及驱动因素分析

  王悦钰;吕俊锋;李曾奕;穆文彬;万芳;

  【目的】探究伊洛河流域植被净初级生产力(NPP)对气候变化与人类活动的响应机制，揭示其时空演变规律及驱动要素，为制定流域生态保护策略提供科学支撑。【方法】选取伊洛河流域为研究区，基于研究区2000—2020年的气象数据、MODIS NDVI数据及土地利用数据，采用改进的CASA模型估算了流域植被NPP总量，并结合趋势分析、相关性分析、地理探测器等方法进一步分析了研究区植被NPP的时空演变特征，识别了其主要驱动要素。【结果】(1)伊洛河流域不同类型植被NPP的估算结果较为合理，植被NPP总量多年平均值为10.77 TgC。(2)时间尺度上，2000—2020年伊洛河流域植被NPP总量呈增加趋势，未来大部分区域的植被NPP总量呈微弱下降趋势；空间尺度上，流域植被NPP的差异较明显，呈现出西南部高、东北部低的空间变化格局。流域大部分区域植被NPP呈增加趋势，整体处于相对稳定状态。(3)流域植被NPP增加的主要原因是耕地、草地和灌木转化为林地所引起的土地利用改变，其造成植被NPP的增加量约为264.39×10~(-3) TgC。(4)土地利用是影响流域植被NPP空间格局的主导因素，不同驱动因素间的交互作用对植被NPP空间变化的影响逐渐增强。【结论】伊洛河流域植被NPP整体呈缓慢增加趋势，其主要驱动因素为耕地向林地的转化。

  2025年04期 v.46;No.201 37-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 3516K]
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• 河南省生态系统服务质量时空分布特征

  李智喻;穆小玲;任苏明;王富强;张红璐;

  【目的】本研究旨在协调经济发展与生态保护间的平衡，并探究河南省土地利用的变化趋势。【方法】基于土地利用数据、遥感数据和河南省行政边界数据等，运用InVEST与IUEMS两大模型对1991—2021年河南省的生态系统服务进行了分析，并从市域、地类和高程角度分析了城市化背景下河南省碳储存、生境质量和洪涝削减的时空分布特征，及其两两之间的空间相关性。【结果】(1)1991—2021年，河南省建设用地占用耕地的速度变慢，林地、耕地面积逐渐增加；(2)碳储量与生境质量的时空分布呈现出一致性特征，其中，碳储量低值区及生境退化严重区域主要是建设用地，其范围逐年向外扩大；(3)相较于植被，河南省的建设用地和水域在洪涝削减方面展现出较强的能力，然而，在面对大规模及特大洪水时，其作用并不显著。【结论】研究结果明晰了生态系统服务的时空演变趋势，凸显了城市化进程中土地利用规划的重要性，为统筹协调社会发展、生态供给和人类需求提供理论依据。

  2025年04期 v.46;No.201 50-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 5427K]
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• 基于“山水林田湖草”生命共同体理念的北京市水安全评价

  门宝辉;庞金凤;伍兴涛;吕行;周娜;杨默远;

  【目的】深入探究“山水林田湖草”生命共同体多要素协同作用对水安全的影响，全面分析北京市水安全演变特征，对于制定合理的北京市水资源发展战略具有重要意义。【方法】基于“山水林田湖草”生命共同体理念构建了水安全综合评价指标体系，耦合CRITIC客观赋权法与集对分析法，综合评价了2010—2022年北京市水安全演变特征，并结合集对指数势识别其影响因子。【结果】(1)2010—2022年北京市水安全状况处于“基本安全”和“较不安全”之间，且波动较为明显，水安全情势虽呈改善趋势，但情势较为严峻；(2)子系统层面，除“山”子系统的变化呈现平稳并有微小变差趋势外，其余子系统的变化均呈现改善趋势；(3)影响因子识别方面，北京市水安全状况的关键影响因子有湖库富营养化比例和节水灌溉率，重要影响因子有水土流失率、土壤含水量、污水回用率、地下水开采程度。【结论】降低湖泊和水库的富营养化比例、调整节水灌溉政策、加大对水土流失治理力度等是改善北京市水安全现状的重要措施。

  2025年04期 v.46;No.201 62-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1699K]
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• 生态补水的补偿激励机制研究——以宁波市清水环通工程为例

  张改兰;季树勋;杨俊男;吴华广;张豫川;代小平;

  【目的】生态补水是补充河湖水量、改善河湖水质的重要措施。构建促进节水和水质保护的生态补水补偿激励机制，对促进生态补水高效、长效运行具有重要意义。【方法】区分生态补水补偿激励机制和流域生态补偿机制，从水源区、过水区和受水区3方面分析了生态补水补偿中的补偿主体、补偿客体；提出了生态补水补偿和流域生态补偿的耦合模式，以及独立的生态补水补偿模式。综合水质和水量构建了生态补水补偿标准和补偿条件计算方法，建立了生态补水补偿的条件，并以宁波市清水环通工程为例进行了分析。【结果】生态补水补偿的实施条件受到生态补水、过水区和受水区的水质关系以及水质改善收益的影响。过水区和受水区根据过水区对生态补水的污染程度分摊补水工程运行成本。在引入水质补偿机制后，宁波市清水环通工程受水区的生态补水价格下降了32%～49%。【结论】生态补水补偿激励机制适用于无流域生态补偿的区域。生态补水可降低受水区的生态补水价格，促进过水区保护生态补水水质，减少生态补水浪费，保障生态补水的长效运行。

  2025年04期 v.46;No.201 72-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1466K]
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• 中国钢铁行业CCUS技术的减排潜力分析

  苗青;雷涯邻;闫锋;陈文会;欧阳欣;张安;刘志晓;邵振权;

  【目的】钢铁行业CO_2排放占中国总排放的16%,实现“双碳”目标面临挑战。本研究聚焦于CCUS在钢铁行业的适用性评估，旨在明确示范区域及技术经济可行性，为行业低碳转型提供科学依据。【方法】基于粗钢生产全流程，系统解析各环节CO_2排放源特征，从捕集技术成熟度、减排潜力及经济性三个维度综合筛选重点捕集环节，并量化其排放量与捕集潜力；进一步构建企业级技术经济评价模型与源汇匹配模型，系统评估CCUS全流程的成本效益、减排潜力及空间分布规律，并结合中国区域地质封存潜力，提出优势示范区的筛选标准与方法。【结果】(1)长流程炼钢年CO_2排放高达17.08亿t,其中烧结、高炉炼铁、炼焦三大工艺环节的CO_2捕集潜力达11.55亿t/年，CO_2源集中分布于华北、东北及华东地区。(2)河北、山东、江苏、山西等省份与具备良好CO_2埋存潜力的渤海湾盆地、苏北盆地及临汾盆地形成源汇匹配组合，其CO_2管道运输以250 km短距离为主。(3)综合CCUS全流程成本与捕集潜力分析表明，河北、山西、江苏三省的CO_2捕集潜力约为3.4亿t/年，全流程成本低于450元/t,技术经济优势显著。【结论】中国钢铁行业CCUS技术的早期示范应优先聚焦于河北、山西、江苏等区域，通过源汇匹配的优化设计实现低成本、高效率的减排目标。

  2025年04期 v.46;No.201 81-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 2294K]
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水利与土木工程

• 基于易损性的渡槽结构系统抗震韧性评价

  张天宇;李嘉博;黄海燕;马颖;刘成清;

  【目的】为研究渡槽结构的抗震韧性，基于OpenSees,针对南水北调工程中某梁式渡槽建立了有限元分析模型，考虑地震动、结构参数等因素的不确定性，对渡槽的双柱槽墩、盖梁处板式橡胶支座以及槽台处聚四氟滑板支座进行了渡槽构件的地震易损性分析。【方法】采用条件边缘乘积法建立渡槽结构系统的地震易损性曲线，计算了渡槽结构系统和构件的抗震韧性。【结果】采用改进条件边缘乘积法的渡槽结构系统，相较于单一构件，展现出更低的抗震韧性；渡槽两种支座的抗震性能较差，相较于槽墩更易受损；双柱槽墩的抗震韧性最佳，盖梁处板式橡胶支座的次之，结构系统的最差；基于槽墩单一构件来评价结构系统的抗震韧性最多可高估66.8%。对抗震性能分析显示：地震峰值加速度在0.2g～0.6g范围内时，渡槽结构系统的抗震韧性会大幅下降；当地震峰值加速度超过0.4g,渡槽结构的抗震韧性可降至0.6以下，显示出较弱的抗震性能。【结论】对于抗震设防烈度8度以上的地震高烈度地区，需关注渡槽结构的安全。

  2025年04期 v.46;No.201 92-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 2149K]
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• 被动磁流变阻尼器在实桥斜拉索减振中的应用研究

  王明;王福良;赵睿;姚腾达;许艳伟;汪志昊;蔺伟楠;

  【目的】随着斜拉桥跨径的不断增大，斜拉索振动控制问题愈发受到社会关注。目前常用的是被动减振方案，该方案中不同拉索、不同模态时需要对阻尼器装置进行优化设计，这导致拉索振动模式的兼容性较差。【方法】为解决此问题，拟采用被动磁流变阻尼器减振方案，充分利用智能装置的可调节性，通过修改阻尼器的内部磁场实现不同减振目标，完成同一装置对于多减振目标的优化设计。【结果】以典型单出杆磁流变阻尼器为例，阐明内部构造和工作原理，根据平板流体理论建立磁流变阻尼器控制力的物理模型，建立耦合磁流变阻尼器的受控斜拉索数值模型，与已有线性等效力不同，该精细化力-电模型充分考虑了磁流变阻尼器控制力的非线性特性，并基于数值仿真结果追踪到前3阶模态的最优工作电流。【结论】仿真结果证明了被动磁流变减振方案的模态兼容性。研究成果为斜拉索柔性结构提供先进有效的方法，具有重要的理论意义和实用价值。

  2025年04期 v.46;No.201 103-109+118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1682K]
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• 大直径钢筋钢筒混凝土排水管外压承载特性影响因素研究

  崔光耀;韩驰;马华兵;曹泽伟;

  【目的】近年来，城市地下排水管线数量激增，排水管承载能力对地下排水管线的设计、建设及安全运维至关重要。为保障城市快速发展中的地下排水管线运营安全，依托雄安新区起步区市政排水工程，开展本研究。【方法】采用数值仿真方法建立大直径钢筋钢筒混凝土排水管外压计算模型，通过现场原型试验验证计算模型的准确性，分析大直径钢筋钢筒混凝土排水管外压承载力的影响规律。【结果】增大混凝土强度、配筋面积和钢筒厚度能有效提升大直径钢筋钢筒混凝土排水管的外压开裂承载力和外压极限承载力。【结论】混凝土强度对大直径钢筋钢筒混凝土排水管外压开裂承载力影响效果最强，钢筒厚度的影响最弱；钢筒厚度对排水管外压极限承载力影响效果最强，混凝土强度的影响最弱。研究成果可为类似大直径排水管结构设计优化提供参考。

  2025年04期 v.46;No.201 110-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 2834K]
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• 风雨作用下黄河滩区输电线杆倾覆失稳机理及影响因素分析

  闫长斌;程沛铭;南钰;郑罡;海岳;时刚;

  【目的】针对强风和暴雨天气下黄河滩区粉土地基输电线杆倾覆失稳问题，分析天气条件、杆体埋深及土体压实度对输电线杆稳定性的影响，揭示风雨作用下的倾覆破坏机理，为工程安全设计提供理论依据。【方法】通过室内模型试验与数值模拟相结合的方法，分析不同风力等级(模拟风荷载)、降雨强度(控制土体含水率)、杆体埋深及土体压实度条件下输电线杆的杆顶位移、倾斜率及周围土体位移场变化规律，探究粉土强度劣化与杆体倾覆的关联性。【结果】(1)土体含水率升高显著扩大杆后土体塑性区范围；(2)风力等级与埋深需求呈线性关系，风力每增强1级，最小安全埋深需增加0.25 m;(3)提高土体压实度可有效抑制变形，压实度每提升5%,输电线杆最小安全埋深减少0.10 m;(4)综合参数分析建立了风雨作用下输电线杆的最小安全埋深经验公式。【结论】输电线杆抗倾覆稳定性受风雨作用与土体参数协同影响，通过提升压实度及优化埋深可显著增强安全性；所提经验公式可为黄河滩区粉土地基输电线杆设计提供量化参考，兼顾经济性与可靠性。

  2025年04期 v.46;No.201 119-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 3090K]
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• 支墩不等跨桥梁顶推施工结构参数研究及敏感性分析

  梁斌;高健根;史宝宝;李文杰;

  【目的】顶推桥梁施工中，导梁与主梁结构的各项参数对整体结构的受力情况影响显著，为优化结构受力，对导跨比a、导梁与主梁自重荷载集度比b和刚度比c 3个参数进行研究。【方法】以顶推施工的钢箱梁桥为依托，建立支墩等跨、支墩不等跨的顶推桥梁简化力学模型，分析临时墩位置对结构受力的影响；建立顶推施工桥梁有限元模型，通过研究各项参数的敏感性，对其进行优化分析。【结果】临时墩位置选取k=x/L_2=0.4能有效改善结构受力状况；参数c的变化对顶推施工中结构支点转角值有一定影响；参数a的合理取值范围为0.65～0.75,参数b的合理取值为0.11。【结论】顶推施工中临时墩位置的变化对支点处转角值有较大影响；参数a、b为影响顶推施工结构受力的主要敏感性参数，参数c为次要敏感性参数。

  2025年04期 v.46;No.201 132-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 1909K]
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地质工程

• 花岗岩蚀变程度对隧洞稳定性影响研究

  张婧;吴彤;闫晓石;董金玉;石尚;

  【目的】探究蚀变作用对花岗岩工程特性以及微观特征的劣化效应，建立蚀变程度分级判别方法，厘清蚀变花岗岩地区隧洞工程中围岩灾变的演化规律。【方法】以新疆北部某深埋长输水隧洞蚀变花岗岩为研究对象，从宏观调查、现场测试和室内微观试验3个方面，以宏观和微观分析相结合的方式研究了岩石蚀变程度对其表观特征、回弹值、点荷载强度、纵波波速的降低值以及蚀变矿物含量的影响规律，建立了定性和定量相结合的花岗岩蚀变程度分级判别方法，将花岗岩蚀变程度划分为轻微蚀变、中等蚀变和强蚀变3个等级。基于隧洞围岩岩石蚀变程度等级，利用FLAC3D软件进行了数值模拟，计算了输水隧洞无支护和支护后开挖过程中围岩位移场的变化，发现洞室侧壁的位移变化较大。【结果】轻微蚀变和中等蚀变隧洞段围岩变形量较小，而强蚀变隧洞段出现高达212.23 cm的围岩大变形现象；采取支护措施后，轻微蚀变和中等蚀变隧洞段围岩变形量控制在1.00 cm以内，强蚀变隧洞段围岩变形量降低至1.91 cm,围岩变形得到了有效控制。【结论】通过与实际监测数据对比，验证了花岗岩蚀变程度分级判别方法和支护方案的可行性，为此类工程设计和施工提供了理论依据。

  2025年04期 v.46;No.201 141-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 1998K]
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• 冻融与浸泡下分散性黏土物化与压缩变形特性研究

  韩啸;贺睿;王理想;

  【目的】研究冻融循环和浸泡对分散性黏土的物化性质、变形特性和状态的影响，对于评估其工程性能及灾变特性非常重要。【方法】以我国东北黑龙江省大庆市分散性黏土为例，开展室内物理、化学和压缩试验，基于试验结果提出一种符合冻融循环和浸泡条件下分散性黏土的压缩变形公式。【结果】在经历了冻融循环和浸泡后，黏土中的钠离子和钾离子减少了91%～95%,pH值从9.24降至7.47,粒径为0.005～0.075 mm和小于0.005 mm的颗粒含量增大，液限和比重增加，而塑限基本保持不变；浸泡致使分散性黏土中钠离子交换流失，压缩性高于非分散性黏土；冻融循环和浸泡致使分散性黏土体劣化，加速了离子流失进程，压缩曲线发生变化，土体中出现絮凝结构的深度明显变大，经过冻融循环和浸泡约10 h后，分散性黏土呈完全絮凝结构。【结论】基于试验结果提出的符合冻融循环和浸泡条件下的分散性黏土压缩变形公式，适用于我国东北地区及其他地区相同环境下。

  2025年04期 v.46;No.201 151-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 2310K]
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