黄土高原风水蚀交错带风力作用对流域产沙贡献的空间特征研究

利用黄土高原风水蚀交错带水文站水沙资料及有关气象资料,分析了风力作用对流域产沙贡献的空间特征。结果表明:风沙区并不是风蚀贡献最大的区域,风蚀贡献率约为1/4。风沙区和黄土丘陵沟壑区交界处的风蚀贡献急剧增大。靠近风沙区并有零星片沙分布的区域,风蚀贡献率约为1/3。风蚀贡献最大的区域为穿过风沙区和黄土丘陵沟壑区的流域,约为2/5。黄土丘陵沟壑区,风蚀贡献率约为1/10～1/4。河源梁涧区的风蚀贡献率小于1/10。风蚀贡献率的大小依次为河源梁涧区<黄土丘陵沟壑区<风沙区<风沙区和黄土丘陵沟壑区交界处<穿过风沙区和黄土丘陵沟壑区的流域。整个黄土高原风水蚀复合区风力作用产生的输沙量接近流域总输沙量的1/10～1/5,风沙入河量占d>0.05 mm粗泥沙年输沙量的1/4。     

黄河中游河口镇-花园口区间水沙变化及其对人类活动的响应

黄河中游水沙变化及其驱动因素是社会各界关注的焦点之一,同时也是评价黄土高原生态建设和生态系统修复的一个重要依据。本文根据黄河中游区间降水数据以及干流头道拐和花园口两个控制水文站实测水沙资料,分析了黄河中游区间年降水量、河道径流量和输沙量的变化趋势及其发生显著变化的临界年份。结果表明:黄河中游水沙量呈显著的减小趋势;水沙量发生显著的趋势性减小的临界年份分别为1985年和1981年。通过双累积曲线方法,估算出在临界年份后,累积径流量和累积输沙量分别减少了17.8%和28%;人类活动是影响黄河中游水沙变化的主要驱动因素。人类活动的减水减沙贡献率分别为70%和80%;最后初步定量分析了各项人类活动对黄河中游水沙变化的影响程度。     

黄河支流无定河水沙变化趋势及其驱动因素

20世纪50年代以来,无定河流域大规模的水土流失治理已显著改变了河道水沙规律.根据无定河控制水文站实测水沙资料,采用定量分析的方法,分析了无定河流域年降水量、及河道径流量和输沙量的变化趋势及其发生显著变化的临界年份.结果表明:无定河流域的径流量和输沙量都有显著的减少趋势;年降水量没有表现出明显的变化趋势.年径流量及输沙量发生显著的趋势性减小的临界年份分别为1979年和1971年.同时,利用历时曲线和双累积曲线两种方法,量化了无定河流域径流量与输沙量的减少量,明确了人类活动对无定河径流及输沙量的影响.     

湫水河流域水沙变化现状及成因分析

根据湫水河流域林家坪水文站47年降水、径流、泥沙资料,利用水文法建立降雨径流模型和降雨产沙模型,在此基础上根据降雨资料建立模拟天然径流量和模拟天然输沙量序列,对因降水变化和人类活动对河川径流及输沙量的影响进行了定量分析,并根据流域内主要的人类活动类型分析了水沙变化的原因。     

延河流域植被恢复对径流泥沙的影响

以1960-2010年延河主要水文站实测水沙数据为基础,结合主要气象站的实测年降雨量,采用累积距平法识别出延河流域水沙变化突变年份,并利用双累积曲线确定参照期水文要素的线性回归关系,定量评估了延河流域不同阶段水土保持措施对流域水沙变化的影响。结果表明:1971年和1996年为延河径流深、输沙模数发生突变的年份;1960-1971年为参照期,降雨量与径流量或输沙量的双累积曲线具有较高拟合度(R20.9);与1960-1971年相比,水沙关系发生根本性变化,以植被恢复为主导的水土保持措施对流域产流产沙的影响程度分别为17.5%和55.9%。     

北洛河上游水沙变化及影响因素分析

以北洛河上游刘家河水文站1959—2006年的水文观测数据为依据,应用Mann-Kendall非参数检验法和逐步回归分析法,对刘家河站以上区域的水沙变化及影响因素进行了分析。结果表明:①刘家河以上流域降水量、径流量、输沙量的年内分配不均、年际变化大,1959—2006年均呈下降趋势,且在20世纪80年代初均发生了突变;②降水量是引起1959—1979年水、沙变化的根本原因;③1980—2006年间,径流量主要受降水量的影响,而输沙量受人类活动的影响较大。     

50年来灞河流域水沙变化特征分析

根据灞河流域水沙特点,选取反映灞河流域水沙变化趋势的马渡王水文站,利用灞河流域50年的实测年径流量和年输沙量资料,采用Mann-Kendall非参数统计检验法、小波分析法、双累积曲线法,结合流域降雨量分析了灞河流域水沙年际变化特点及突变的年份。结果表明:灞河流域水沙年内分配极不均匀,水沙总体下降趋势明显;水沙序列具有多时间尺度特征,但变化尺度并不一致;径流量和输沙量分别在1989年和1981年发生了突变,但突变时间具有差异性,且输沙量的敏感性更强;进一步分析表明,降雨量的波动是径流量年际变化的主要影响因素,而输沙量的减少则主要受到径流量和人类活动的综合影响。     

江西信江流域水沙特性分析

信江流域水利工程建设和流域综合治理及水土保持等活动产生的水文效应随着信江干流梯级电站相继建成而逐渐凸显。采用信江流域代表站系列水文资料,对典型站径流量、输沙量年内、年际变化进行分析,统计不同水文站径流量、输沙量年际变化,得出流域的水沙变化规律。结果表明:研究时段内信江流域水沙年内分配不均,年际变化幅度较大;1997年开始,流域年输沙量呈现下降趋势;流域内水沙关系相关性较好,处于稳定状态。     

百年尺度黄河上中游水沙变化趋势分析

根据黄河有实测资料以来的水文泥沙定位观测数据,利用非线性统计方法分析了1919—2012年黄河潼关以上河段水沙系列变化趋势。20世纪80年代中期以来水沙变化特点表明,黄河年径流量、年输沙量自20世纪80年代中期以来总体呈不断减少之趋势,而上中游水沙关系则早于20世纪60年代末已发生突变,1986年发生的突变属上中游同时发生的第2次突变。从百年尺度看,黄河水沙变化在1960年以前主要受到气候等自然因素影响,径流泥沙系列随降雨丰歉而出现相应的丰枯变化,之后黄河水沙变化受气候等自然因素和人类活动因素的双重影响,尽管不同时段降雨有丰歉变化,但径流量、输沙量都持续减少;近百年内年输沙量趋势度的绝对值明显大于年径流量趋势度的绝对值,中游的年径流量、年输沙量的趋势度的绝对值明显大于上游的;近30年是黄河水沙百年尺度中最枯的时段,其变化的突出特点表现在来水来沙量不断显著减少,水沙变化程度在空间上分布不均,泥沙主要减于中游而径流主要减于上游,水沙年内分配趋于均匀,来沙系数趋于降低,水沙搭配关系趋好。     

近50年黄河下游水沙情势演变及其影响因素分析

根据黄河下游花园口水文站长时间序列资料,采用Mann-Kendall非参数检验法和小波分析法等方法对其多年水沙变化的特征进行分析研究。结果表明,花园口水文站1960年～2016年径流量和输沙量均呈现出显著下降趋势;花园口站年径流量于1985年发生突变,年输沙量于1998年发生突变;运用小波分析得出径流量和输沙量分别存在13 a和21 a的周期性变化规律; 1987年～1997年累计减沙量为32.34亿t,1998年～2016年累计减沙量为82.40亿t;径流泥沙演变规律受气温、降水和人类活动等多个因素影响,其中多种人类活动对水沙变异起重要作用。     

1965~2011年赣江中上游年输沙量变化及影响因素

基于赣江万安坝址下游的西门水文站1965~2011年的径流量、输沙量观测资料和推算数据,利用Mann-kendall趋势分析检验法、双累积曲线法和相关性分析法等分析了赣江中上游输沙量变化特征,并探讨了该区域的气候变化和人类活动等因素对赣江中上游输沙量的影响。结果表明：西门水文站径流量年际变化较为均衡,而年输沙量有明显减少的趋势,特别是万安建库前后水沙关系分成两个系列,年径流量的突变点在1967年,输沙量突变点在1996年,即万安水库建成之后2 a;西门水文站年降雨量和年径流量基本保持一致,年降雨量的变化对年输沙量的影响显著;另一方面,1980年至今水利工程建设、水土保持工程等对河流泥沙产出和输送的影响显著,这也是导致该河段泥沙减少的主要原因。     

宁夏清水河流域水沙变化特点分析

为搞清清水河流域不同时期、年际及年内水沙变化特点,以清水河流域固原、韩府湾和泉眼山3个水文站长系列实测水沙资料为基础,采用实测资料统计分析方法对水沙量进行系统分析,并利用Mann-Kendall突变检验方法确定了各站年水沙突变点年份。研究表明:与长时期相比,近期2010—2015年除泉眼山站水量增加6.2%外,其他各站水沙量均减少,水沙减少范围分别为58.8%～65.7%和64.3%～94.4%,沙量减幅大于水量减幅。清水河流域年水量的58.5%～65.6%和年沙量的85.6%～89.4%都集中在汛期,年际间水沙丰枯悬殊。各站年径流量和输沙量突变时间存在差异性,各站水沙量近期呈减少趋势。同时也对影响清水河流域水沙条件变化的降雨量、坡面水土保持措施、水库运用和淤地坝建设等因素进行了初步分析。     

灞河流域气候因子对水沙变化的影响

利用灞河流域蓝田气象站和马渡王水文站1960—2012年的气象、水文实测资料,分析灞河流域气候及水沙变化规律,同时运用相关性分析、灰色关联分析、多元线性回归模型等多种方法探讨了该流域水沙变化与气候变化的关系。结果表明:灞河流域降雨量、蒸发量、径流量和输沙量皆呈显著下降趋势,而气温呈上升趋势;降雨量与水沙都有重要的相关关系,1960—1990年影响径流量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,而1991—2012年则为降雨量、蒸发量、气温,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,两阶段的年径流量分别增加0.14亿m3和0.08亿m3;1960—2012年影响输沙量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,年输沙量增加0.668万t。     

黄土丘陵沟壑区典型流域产沙的降雨阈值变化

2000年以来,随着黄土高原林草植被大幅改善和大规模梯田建成,加之坝库拦截,黄土高原入黄沙量锐减,从而使黄土高原现状产沙情势的认知成为近年关注的热点。目前,增大林草和梯田覆盖状况可减少或遏制侵蚀产沙的观点已被广泛认可,但其在流域层面上的减沙机制仍有待深入认识。本文以黄土丘陵沟壑区30条面积较小的流域作为样本,以场次降雨为分析对象,以场次降雨的面雨量、最大1 h降雨量和降雨侵蚀力为降雨指标,以场次降雨的产沙强度≥500 t/km2为流域产沙的判断标准,探讨了林草梯田覆盖程度变化与可致流域产沙的降雨阈值之间的响应关系。研究表明,无论地貌类型如何,随着流域林草梯田覆盖程度的增大,流域产沙的降雨阈值均明显增加,其中黄土丘陵第1—3副区的降雨阈值与林草梯田有效覆盖率之间呈正向的指数函数关系。在相同下垫面下,黄土丘陵第1—3副区的降雨阈值差别很小;或因植被主要分布在梁茆,或因河道产沙占比较大,因此,砒砂岩区、黄土残塬区和黄土丘陵第5副区更易产沙,其降雨阈值明显小于第1—3副区。本成果不仅为诠释林草梯田减沙的机制提供了科学支撑,而且也可为黄河水沙情势的评价和入黄沙量预报提供重要参考。     

黄土丘陵沟壑区第五副区产沙机制初步分析

黄土丘陵沟壑区第五副区主要分布在黄土高原西北部,是黄河流域的主要产沙区之一。通过实地调查,结合下垫面、降雨和水文实测数据,本文分析了该区泥沙来源、产沙特点及其影响因素,揭示了该区的产沙机制。实地调查表明,黄土丘陵沟壑区第五副区大体是黄土丘陵和黄土台塬的结合产物,地表光滑的黄土丘陵群包围着一片黄土盆地或阶地是其地形特点,土壤疏松、植被稀疏是其地貌特点,雨量和雨强小、蒸发强是其气候特点。该区泥沙不仅产自周边丘陵,且相当部分来自中部盆地的河(沟)岸崩塌或滑坡,是黄土高原河沟侵蚀最剧烈的地方,有些河流的河沟产沙占比甚至高达2/3;从支毛沟,到干沟和河道,随着汇入水量的增加,产沙强度逐级增大。周边丘陵所产洪水是河(沟)岸崩塌或滑坡的主要动力,其植被覆盖或梯田规模是影响产洪的关键因素。该区产洪能力偏低,但洪水的含沙量高、且很难显著降低。     

北洛河流域水沙演变情势分析

北洛河是典型的多沙河流,是渭河泥沙的主要来源之一.通过对北洛河流域干支流主要控制水文站径流泥沙资料的统计分析,论述了北洛河流域泥沙的来源和沿程分配、输沙量的年内分配和年际变化、径流量和输沙量的关系以及泥沙形成原因等.对研究北洛河流域的水土流失和泥沙输移规律、合理地开发和利用提供了科学依据.     

基于M-K法的绥芬河流域延边州境内径流变化趋势分析

采用Mann-Kendall非参数检验法分别对绥芬河太平沟水文站年际与年内径流变化趋势进行分析,利用Mann-Kendall突变检验方法分析绥芬河太平沟水文站年际与年内径流发生突变的年份。分析产生趋势变化的原因。     

基于三级汇流和产输沙结构的分布式侵蚀产沙模型

黄土丘陵沟壑区面临严重的土壤侵蚀问题,是黄土高原主要产沙区域,针对该区域的土壤侵蚀产沙模拟一直是黄河泥沙研究的热点。尽管如此,已有侵蚀产沙模型对坡面、沟壑侵蚀环节刻画并不完善,沟壑侵蚀过程的忽视限制了模型在沟壑区侵蚀产沙模拟的精度。为此,本文考虑了沟壑侵蚀的特殊性,从分布式水循环模型(the Water and Energy Transfer Processes in Large River Basins,简称WEP-L)的"坡面-河道"二级产汇流结构中单独分离出沟壑环节,提出了"坡面-沟壑-河道"的三级汇流和产输沙结构,从而构建了基于WEP-L的分布式侵蚀产沙物理模型(WEP-SED)。将WEP-SED应用于无定河流域白家川水文站控制区,模型得到的白家川1956—2010年月均输沙率过程与实测过程接近。结果表明,WEP-SED可有效应用于黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙模拟研究。此外,模拟的白家川沟壑环节多年平均侵蚀量约占该区域总侵蚀量的49%,且94%的沟壑侵蚀集中于7—9月。模拟结果充分说明该区域沟壑侵蚀的严重性,细化沟壑侵蚀过程对于提高该区域侵蚀产沙模拟精度具有重要意义。     

雅砻江流域近60a径流趋势特征分析

为揭示雅砻江流域年径流趋势变化特征,综合运用Mann-Kendall法、累积距平曲线检验法、滑动t检验法以及R/S法等方法对锦屏水文站近60 a(1954~2013年)年径流量进行计算分析,总结出年际径流突变年份以及趋势特征,并采用线性回归法对突变年进行突变成因分析。结果表明:受降水和下垫面等因素影响,1967年为突变年,该年前后径流趋势呈显著突变,且在未来年份中年径流有递增趋势。研究结果可为调度人员掌握雅砻江流域水文特性提供参考,进而指导下游水库群联合调度工作。     

窟野河水文特性分析

根据黄河中游较大支流窟野河流域各水文站历年水文资料统计,通过对流域概况、降水、径流、泥沙以及洪水特性的分析,得出主要结论:窟野河降水量、径流量、输沙量年际变化大,年内分配不均,窟野河暴雨洪水特点是该流域发生大洪水机遇较多,洪水过程陡涨陡落,历时短,含沙量大,泥沙颗粒组。