黄河流域泥沙输移比与流域面积的关系

流域泥沙输移比反映了流域与外界进行水沙交换的能力,对揭示流域水沙输送模式、水沙通量变化和评价流域水保措施效益具有重要意义。本文以黄河干流及其重点支流为研究对象,基于泥沙输移比的定义式,通过流域面积与侵蚀量和输沙量的关系,得到研究区域流域面积与泥沙输移比之间的关系式。研究结果表明:泥沙输移比随着流域面积增加迅速减小,并在流域面积为150 000km2左右时达到最小值0.183;随后,泥沙输移比随流域面积增加也缓慢增加,但不超过0.352。对泥沙输移比和流域面积的小波降噪分析也佐证了黄河流域的泥沙输移比随尺度变化存在一个临界尺度,这种变化趋势与一般认为泥沙输移比随流域面积增大而减小的观点并不完全吻合。研究结果可为流域水土保持和生态建设提供科学参考。     

泥沙输移比尺度依存及分形特征

泥沙输移比是连接流域地面侵蚀与河道输沙的纽带,是反映流域侵蚀产沙及输移能力的指标,对正确评价水土保持减沙效益与生态建设宏观决策有重要意义。本文基于对国内外泥沙输移比研究的系统梳理,探讨了流域泥沙输移比的尺度依存及分形特征。分析认为：泥沙输移比在其内涵中深刻体现了对尺度的标定;国内外不同区域内流域泥沙输移比具有尺度依存性,并有严格的尺度域;泥沙输移比可以由分形维数来定量描述,即由1km2左右的典型流域单元的泥沙输移比值和流域的分形维数来建立尺度上推或下推的测算模型。本研究结果明确了泥沙输移比研究不能割裂“尺度性”这一学术认知,并为泥沙输移比尺度效应及转换研究提供了新的思路。     

影响黄土丘陵区次降水泥沙输移比的水文要素

以桥沟小流域为研究对象,利用该流域不同地貌部位的野外径流场及沟道水文站网观测资料,计算了不同场次降水的泥沙输移比,较为系统地研究了影响桥沟流域次降水泥沙输移比的水文要素。结果表明:土壤前期含水量、流域的降水过程特征、洪峰流量、径流量、水流含沙量是影响次降水泥沙输移比的主要水文要素;提出了表示降水、径流、泥沙对泥沙输移比影响的表征参数,即降水峰现系数、径流侵蚀力和泥沙相对容重。     

侵蚀泥沙颗粒中137Cs的含量特征及其示踪意义

通过对黄土丘陵区典型小流域—燕沟的林地、坡耕地与沟口洪水泥沙的颗粒组成分析 ,发现其颗粒组成有明显的差异 ,表明该研究区在侵蚀过程中发生了一定程度的颗粒分选 ,而在泥沙输移过程中颗粒分选不明显 ,在应用1 37Cs示踪流域侵蚀速率或利用沟口泥沙推算流域侵蚀模数时应适当进行颗粒校正。通过对坝地沉积泥沙1 37Cs含量进行分析 ,结果表明 ,1 37Cs含量、沉积厚度与次降雨侵蚀强度、侵蚀类型之间存在密切关系 ,同时运用沉积样中核素含量特征可望解决流域尺度坡面侵蚀与沟谷侵蚀的比重关系这一研究难题。     

小流域治理措施对泥沙输移比的影响

以黄土丘陵沟壑区第一副区韭园沟小流域为对象,探讨了1953年以来水土保持治理措施对流域泥沙输移比的影响。结果表明:该流域土壤侵蚀、泥沙输移和沉积与治理措施有着极为密切的相关性。在天然下垫面条件下,韭园沟小流域的泥沙输移比接近1.00。经过50多年来规模性水土流失治理,泥沙输移比下降到0.27。该流域的泥沙侵蚀量减少、沉积和输移比的改变,在水土保持措施达到一定程度时才逐步显现出来,小流域泥沙输移比变化的影响因素中,流域内人为沉积汇(淤积)的作用明显大于坡面水土保持措施的效果。因此,现行生态环境建设中,在注重坡面治理措施合理配置的基础上,更要加强小流域沟道泥沙拦截工程的建设。     

应用输沙量推演流域侵蚀量的方法探讨

鉴于至今还没有一个有效获取流域侵蚀产沙量的方法,在分析悬移质泥沙与侵蚀泥沙之间的数量与粒配关系的基础上,阐述了应用输沙量推演流域侵蚀量在理论上的可能性,但却存在着难点,且主要表现在水文站数量不足与区域分布不均、流域内的生态环境复杂与区域差异大、水文站输沙量观测记录起始时间不同步、及新技术应用存在时空条件的局限性。结合与侵蚀产沙和泥沙输移比相关的定性与定量指标,提出了应用输沙量推演流域侵蚀量的方法,即"层次类剔法",来计算与评估流域侵蚀量和泥沙输移比,具体的操作过程是首先制作一幅流域地貌类型地块图,然后是逐类型、逐类型地块的侵蚀量计算和沟道流域泥沙输移比的判断,最终获取流域不同地块的侵蚀强度和流域泥沙输移比。本研究结果可为水土流失监测点的选择提供科学依据,同时对解决流域的泥沙问题也有重要的启迪作用。     

中国南方红壤丘陵区土壤侵蚀量与泥沙输移比研究

依据"层次类剔法"的研究思路,估算了赣江各水文站控制流域的年均侵蚀量与泥沙输移比。结果表明,赣江流域年均侵蚀量1923.0万t/a,平均侵蚀模数237.6t/km2·a;流域内中、低山地貌类型区泥沙输移比大于0.9,丘陵和平原区介于0.5~0.9之间,流域平均为0.54;且土壤侵蚀强度和泥沙输移比分别与流域面积没有规律性的趋势性关系。     

人类活动影响下的黄河下游河道泥沙淤积宏观趋势研究

以1950～1997年间黄河下游来水量、来沙量和河道淤积量的长系列资料研究了黄河下游泥沙淤积的宏观趋势，结果显示，尽管来沙量和来水量都呈显著的减少趋势，但下游河道淤积量在总体上却并无减少的趋势。黄河下游河道淤积量随来沙量的减少而减小，随来水量的减小而增大。大规模的水土保持，使入黄泥沙大幅度减少，有利于下游河道减淤；人类大规模开发利用黄河水资源，使下游河道来水量大幅度减少，输沙能力下降，会使下游淤积量增 大。二者在数量上接近于相等而互相抵消，使得下游淤积量并无减少的趋势。黄河下游来沙大幅度减小而淤积量基本保持不变，这主要是由于河道泥沙输移比减小所导致的结果；而泥沙输移比的减小则与下游河道水流输沙能力的减弱和来沙系数的增大有关。     

黄河泥沙与环境

该书是依据流域系统原理,宏观地论述黄河泥沙侵蚀、输移、堆积过程的专著。全书共分十章:第一至五章以翔实资料论述了黄河中游的侵蚀产沙环境、侵蚀产沙地层、侵蚀产沙类型和方式、侵蚀产沙的时空分布及趋势、粗泥沙的来源及其对下游河道淤积的影响。第六章论述了流域沟道与河道泥沙输移特征;第七至九章论述了黄河泥沙堆积环境、泥沙堆积的时空特点、现行河道的泥沙淤积形式与前景;第十章论述了控制下游泥沙灾害的对策与措施。     

川中丘陵区小流域泥沙输移比研究

本文对泥沙输移比的概念做了进一步讨论,通过对川中丘陵区塘库淤积资料分析,认为川中丘陵区小流域泥沙输移比跟面积密切相关;对于面积小于1km^2的小流域而言,其泥沙输移比均小于0．7,得出该区的归槽率为0．48。同时分清了归槽率、侵蚀量和泥沙输移比的关系。     

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

根据黄土高原高含沙水流的特点，认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示，关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上，以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区，其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明，治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系，被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力，且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀，使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充，达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为，在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下，治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明，在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。     

流域侵蚀产沙平衡研究进展

介绍了国内外流域侵蚀产沙平衡研究的主要成果。分析了流域泥沙的主要来源及国内外泥沙来源的主要研究方法；介绍了侵蚀泥沙的坡面～河道运移过程、坡面～河道耦合关系的研究现状；提出了当前河道泥沙存蓄与输移研究的主要问题，并分析了该领域目前研究的现状；对比分析了目前流域侵蚀产沙平衡研究中几个主要模型的适用范围与优缺点；提出了我国未来流域侵蚀产沙平衡研究中应注重发展的主要问题。     

吕二沟小流域水土保持措施对径流和侵蚀产沙的影响

以甘肃天水吕二沟流域22年实测水文泥沙数据为基础，从降水～侵蚀产沙、径流～产沙关系入手，统计分析了小流域水土保持措施对径流和侵蚀产沙的影响。结果表明：小流域径流和侵蚀产沙在年内的分布与降水的季节分配和植被生长发育期有关；径流和侵蚀产沙的年际变化是随流域水土保持措施全面实施和小流域林草植被面积的增加，流域径流量和侵蚀产沙量逐渐减少。从单次降水～径流、降水～侵蚀产沙关系曲线来看，小流域水土保持措施发挥着明显的减水、减沙效益，为流域的综合治理、水土资源的合理开发利用提供科学依据。     

长江上游泥沙输移比初探

首先阐述泥沙输移比界定的三个条件一是粒级 ,二是时间 ,三是空间 ,在此基础上讨论了长江上游泥沙输移比研究中存在的主要问题是缺少可靠的侵蚀产沙量 ,对悬移质和推移质的分界线不明确 ,对坡面侵蚀产沙和重力侵蚀产沙在总输沙量中的权重缺少量的概念 ;针对上述问题对河道及沟道泥沙输移比的推理分析 ,再根据反映泥沙输移比的形态指标的定性分析 ,认为长江上游除丘陵宽谷区泥沙输移比会小于 0 .5外 ,高中山区长时段的泥沙输移比都接近 1(不包括泥石流在内的重力侵蚀 )。     

Critical Area Identification of Potential Soil Loss in a Typical Watershed of the Three Gorges Reservoir Region

Identifying critical soil loss-prone areas is necessary to better control soil loss in the Xiangxi watershed, the river basin nearest the Three Gorges Dam. A crucial element of this scheme is the development of a risk assessment model that can identify critical potential soil loss areas for land use prioritization and soil conservation. An assessment model for the risk of potential soil loss based on the revised universal soil loss equation and sediment delivery ratio was developed in this work. The proposed model consists of five multiplied factors: the rain and runoff erosivity, soil erodibility, slope steepness and length, vegetation cover, and sediment delivery. The risk of potential soil loss in the Xiangxi watershed was assessed using the developed model integrated with the ArcGIS platform along with precipitation data, soil data, DEM, and MODIS NDVI images. The risk values ranged from 0 to 478.18, and were categorized into four classes. The classification showed that critical and sub-critical areas accounted for 4.48% and 6.05% respectively, of the entire Xiangxi watershed area. The results of the identification of critical and sub-critical areas were verified by analyzing the relationship between the variations of the agricultural land area and those of sediment discharge. Statistical relationship analysis between the distribution of critical/sub-critical areas and two parameters (the cell distance to the nearest river channel and the slope) showed that the critical and sub-critical areas for potential soil loss in the Xiangxi watershed assemble in the zone with a cell distance below 2,000 m, or in the zone with slopes above 25°.     

Hypsometric Integral Estimation Methods and its Relevance on Erosion Status of North-Western Lesser Himalayan Watersheds

Assessment of erosion status of a watershed is an essential prerequisite of integrated watershed management. This not only assists in chalking out suitable soil and water conservation measures to arrest erosion and conserve water but also helps in devising best management practices to enhance biomass production in watersheds. The geologic stages of development and erosion proneness of the watersheds are quantified by hypsometric integral. The estimation of hypsometric integral is carried out from the graphical plot of the measured contour elevation and encompassed area and by using empirical formulae. In this study, efforts were made to estimate the hypsometric integral values of the Sainj and Tirthan watersheds and their sub watersheds in the Lesser Himalayas using four different techniques, and to compare the procedural techniques of its estimation and relevance on erosion status. It was revealed that the hypsometric integral calculated by elevation–relief ratio method was accurate, less cumbersome and easy to calculate within GIS environment. Also comparison of these hypsometric integral values revealed that the Sainj watershed (0.51) was more prone to erosion than the Tirthan watershed (0.41). Further, the validation of these results with the recorded sediment yield data of 24 years (1981–2004) corroborated that the average annual sediment yield during this period for Sainj watershed (0.53 Mt) was more than that of the Tirthan watershed (0.3 Mt). Thus, the hypsometric integral value can be used as an estimator of erosion status of watersheds leading to watershed prioritization for taking up soil and water conservation measures in watershed systems.     

黄土高原重点流域河网分形特征研究

分形理论为流域地貌形态特征的定量描述开辟了新的思路。本文采用盒维数计算原理和方法,计算黄土高原20条重点流域的河网分维值,探讨其分维值与流域面积、径流模数、产沙模数的相关关系,结果表明:黄土高原地貌形态在其无标度区间内表现出很好的分形特征,根据计算出的各流域分维值发现,黄土高原大多数流域可能处于侵蚀发育的幼年期;流域干流长度与流域面积的幂函数关系式拟合较好,符合Hack提出的主河道长度与流域面积的关系;径流模数与河网分维存在很好的线性关系,其相关系数通过了显著性水平为0.01的检验;河网分维与流域面积、产沙模数都呈正相关性,但难以用某一种简单函数描述。最后通过多元回归分析,建立了产沙模数模型,验证结果表明,该模型具有较高精度,可以对流域产沙模数进行估算。     

黄土高原沟道坝系模型设计方法

在回顾前人研究成果及分析土壤侵蚀模型试验特点的基础上，提出了黄土高原小流域沟道坝系模型设计的方法。认为在水力侵蚀最活跃的黄土高原地区，降雨强度是影响产流产沙的关键因子，从而需要抓住降雨与侵蚀产沙这对主要矛盾，根据降雨侵蚀空间或时问的集积效果来实现模型流域与原型流域产沙特征的相似。为保证沟道坝系地貌演变相似，除降雨历时遵循重力相似条件外，模型降雨产沙关系还应通过借助天然资料率定产沙量比尺的途径与原型相对应。