黄河中游近期水沙变化对人类活动的响应

著者:冉大川左仲国吴永红等,16开本,264页,400千字,平装,定价:80元,出版单位:科学出版社,版次:第1版,出版时间:2012年4月,标准书号:ISBN 978-7-03-033933-1。内容提要:本书以1996年以前黄河中游水沙变化研究成果为基础,通过系统分析黄河中游近期(1997至2006年)水沙变化特点,剖析了人类活动对黄河中游近期水沙变化的影响程度,分析计算了黄河中游近期水利水土保持综合治理等人类活动的减水减沙作用。     

黄河减水减沙之计算

邻近河流的水沙过程有相似性，流域内实施水利水土保持以后这种相似性受到破坏，利用此种关系我们于１９８６年用类比法计算水利、水保每年减少入黄泥沙２．９７亿ｔ。近来，又进一步算出水利水保工程使７０年代的入黄泥沙每年减少３．２４亿ｔ。     

渭河上游水利水保措施的减水减沙效应分析

依据渭河上游实测水文资料和水利水保措施统计数据, 分析了流域水文要素和水利水保措施的变化规律。根据双累积曲线、 有序聚类、 Lee-Heghinan、 滑动T检验等方法, 结合流域内水利水保措施的变化, 将研究期分为基准期（1956 - 1981年）和措施期（1982 - 2016年）。采用水量平衡法, 分析还原了河流天然径流量和输沙量, 评价了水利工程取用耗水的减水减沙作用; 分别建立拟合了基准期和措施期年径流量、 年输沙量与年降水量的相关公式, 分析计算了措施期的减水减沙效应。结果表明： 基准期主要为水利工程减水减沙, 分别减水6.8%, 减沙3.9%; 措施期综合减水效应42.9%, 综合减沙效应76.5%, 水保措施减水减沙效应大于水利工程减水减沙效应, 综合减沙效应大于综合减水效应。     

祖厉河流域水沙时空分布及变化分析

应用水文站实测水沙资料序列，分区间分阶段统计分析了祖厉河流域的水沙时空分布特性及雨～水～沙关系，并对水沙量变化的影响因素进行了初步探讨，计算了各区间不同阶段的水沙变化量以及由于降雨影响和人类活动影响的水沙变化量所占的比重，对比分析了各区间水沙变化状况。结果表明，70年代后祖厉河流域年径流量、年输沙量明显衰减，主要是人类活动(水土保持和水利工程措施)影响造成的。     

金沙江流域水库拦沙效应

水库拦沙是金沙江下游沙量减小的主要原因,对三峡水库的入库水沙条件产生了重要影响。为了系统掌握金沙江流域水库拦沙情况,基于1956年以来流域内水库及实测水沙资料,采用经验公式、典型调查以及输沙平衡原理相结合的方法,对近60年不同阶段金沙江中下游的水库拦沙情况以及水库建设对金沙江流域减沙贡献权重进行了定量研究。结果表明:1956-1990年、1991-2005年和2006-2015年水库拦沙对屏山站的减沙权重分别为0.3%、48%和83%,可见水库拦沙作用逐步增强;1956-2015年,金沙江流域水库年均拦沙0.310亿t,其中大型水库拦沙量占总拦沙量的89%,尤其是2011年以来,随着金沙江中下游以及雅砻江梯级水库群的陆续建成,流域内水库群年均拦沙量达1.92亿t,对屏山站同期年均输沙量的减少权重在90%以上。     

祖厉河流域水砂时空分布及变化分析

应用水文站实测水沙资料序列，分区间分阶段统计分析了祖厅河流域的时空分布特性及雨－水－沙关系，并对水沙量变化的影响因素进行了初步探讨，计算了各区间不同阶段的水沙变化量以及由于降雨影响和人类活动影响的水沙变化量所占的比重，对比分析了各区间水沙变化状况，结果表明，70年代后祖厉河流域年径流量，年输沙量明显衰减，主要是人类活动（水土保持和水利工程措施）影响造成的。     

长江上游近期水沙变化特点及其趋势分析

对长江上游主要控制站水沙量进行了统计分析。近期长江上游水沙变化特点主要表现为:与1990年前相比,1991-2002年宜昌站年均减少沙量约1.3亿t;金沙江屏山站年均增加沙量约0.35亿t,其占宜昌站的百分数由51.8%增加到71.9%;嘉陵江北碚站年均减少沙量约0.985亿t,占宜昌站的百分数由25.7%减小至9.1%。采用滑动平均法以及Spearman秩次相关检验和线性回归检验等方法,对屏山、北碚和宜昌等3站水沙变化趋势进行了分析,分析结果表明:宜昌站径流量无趋势性变化,但输沙量有减小趋势;北碚站水沙减小趋势均较为明显;屏山站径流量无趋势变化,但输沙量有一定的增大趋势。另外还对影响长江上游水沙变化的降水量、水土保持措施、水库拦沙以及人类活动增沙等主要因素进行了分析。     

黄河头道拐水沙变化多元驱动因子贡献率分析

根据1950—2010年水沙实测资料,采用统计分析方法,通过构建非线性响应模型,辨识了水沙变化主导驱动因子,定量评估了多因子对黄河上游头道拐水沙变化的贡献率.结果表明:头道拐1950—2010年多年平均径流量减少速率为2.23亿m3/a,多年平均输沙量减少速率为0.027亿t/a,1987—2010年径流泥沙减少趋势更为明显,同期输沙量减幅明显大于径流量减幅;1969—2010年气候因子和下垫面因子对头道拐站年径流模数和年输沙模数变化的贡献率均约为2:8,下垫面因子明显占主导地位,其中宁蒙灌区年引水量对年径流模数变化的贡献率最大,达到42%,龙羊峡和刘家峡等水库运用对年输沙模数变化的贡献率最大,达到34%.预计今后兰州以上径流变化和兰州至头道拐区间主要支流来沙变化两大自然因素将是头道拐水沙变化的主导因子;灌区引水和支流水土保持综合治理减沙对头道拐水沙变化的贡献率将居主导地位.     

黄河水沙变化趋势及成因分析

自2000年以来,黄河中上游河道非汛期出现变清趋势,黄河呈现"枯水枯沙"的新水沙特征。本文依据黄河干、支流24个主要水文控制站1950-2016年实测水沙资料,采用数理统计法和趋势分析法,分析了60多年来黄河干、支流水沙变化趋势及其影响因素。结果表明:(1) 1950-2016年黄河干、支流各站年均径流量、年均输沙量和年均含沙量随时间总体呈减小趋势,其中2000-2016年(Ⅲ时段)各站年均输沙量和年均含沙量降幅最大。(2) 1950-2016年黄河中游流域干、支流各站年均中数粒径随时间呈减小趋势,黄河水沙状况枯丰期差异显著,但随时间呈减弱趋势。(3)黄河水沙变化是自然因素和人类活动综合作用的结果,近年来黄河中游河道变清是泥沙锐减造成的,其中水保措施、水库工程、河道采砂及流域调水调沙引水引沙是主因,且人类活动影响的比重逐渐增大。     

黄河山东段1986～1996年水沙变化特点

通过对近期黄河下游山东河段来水来沙特点的分析,指出了自１９８６～１９９６年以来的枯水少沙系列,使下游河道的水沙条件发生了根本变化,年水量大幅度减少,年径流量减少了一半,水量年内分配发生变化,河道淤积持续发展,对下游的防洪保安构成了新的威胁。     

中国江河水沙变化趋势与主要影响因素

通过选定中国主要河流的代表水文站,分析了中国主要河流代表站总径流量和总输沙量的变化趋势。结果表明,全国主要河流代表站总径流量随时间没有明显的趋势性增加或减小,多年平均径流量为14090亿m3;年总输沙量在1960年前变化不大,1960年后逐渐减小,从20世纪50年代的26.43亿t减小至2001～2008年间的5.95亿t;平均含沙量则从50年代的1.74kg/m3减至2001～2008年间的0.46kg/m3。中国南方主要河流和主要内陆河流的代表站径流量没有明显的增加或减少趋势,北方河流代表站径流量除淮河、松花江外,具有明显的减少趋势;中国各主要河流代表站年输沙量除塔里木河外,都有不同程度的减少,其中北方河流的减小幅度较大。影响中国主要河流水沙变化的主要因素分为自然和人类活动因素,其中自然因素包括流域降雨量变化和流域下垫面条件;人类活动因素包括水土保持措施、水库工程、流域调水调沙及引水引沙、河道采砂等。     

西江梧州段水沙变化及原因分析

分析了西江大湟江口-梧州段水沙组成,并采用不均匀系数分析其年内变化;通过相关分析研究降水与年径流量及年输沙量的关系;利用双累积曲线分析人类活动对水沙的影响;利用Morlet小波对梧州站年径流量及年输沙量进行突变分析;采用水文分析法量化降水与人类活动对水沙变化的影响。结果表明:2006年长洲水利枢纽正式运行导致地区水沙分布发生明显变化;年径流量和年输沙量年内分配具有一定的不均匀性;气候因素的变化只是西江年径流量和年输沙量变化的主要原因之一;在不受降水变化影响的情况下,西江年输沙量的变化,主要是人类活动影响流域侵蚀产沙的结果。     

祖厉河流域水沙演变规律及其成因分析

应用祖厉河流域1956~2016年实测水文资料,采用水文统计法、差积曲线法、突变检验法等方法,分析了流域水沙时空分布规律及水沙关系。结果表明:祖厉河流域年降水量、年径流深从上游向下游减小;支流关川河巉口以上年输沙模数相对较小,中游会宁-郭城驿最大。4个代表站历年降水量、径流量、输沙量均呈显著减少趋势,降水量年内分配主要集中在5~9月,径流量和输沙量主要集中在6~9月;水沙变化的突变年份为1999年,基准期1956~1999到措施期2000~2016年多年平均年径流量和输沙量分别减少了39.6%、72.9%。流域降水量年均减少0.53~1.23mm,气温年均升高0.029~0.042℃/a,植被覆盖度年均增加0.85%/a,降水减少、水土保持措施面积增加和植被覆盖度大幅提高是流域水沙持续减少的主要原因。     

渭河上游典型小流域水文特征差异性分析

根据渭河流域两个典型小流域的实测水文和气象资料,分析了不同气候和下垫面条件的流域水文特征及其差异性.结果表明:清源河和牛谷河流域的年平均气温呈上升趋势,降水、径流、泥沙、降水径流系数均呈减少趋势;两个流域的降水、径流和泥沙历年变化不一致,1998-2013年清源河流域降水量相对牛谷河流域减少了8.6%,1993-2013年牛谷河的径流相对减少了21.4%,2000-2013年清源河的泥沙相对减少了24.0%;两个流域的面积、河长、海拔、植被覆盖率等流域特征值相对差在-29.4%~-4.5%之间,气温、降水等气候特征值相对差在-27.4%~16.7%之间,而径流特征值相差较大,相对差在-90.2%~-84.7%之间,泥沙特征差异性更大,相对差在292%~347%之间.对气候、下垫面和人类活动对水文要素的影响进行了研究,受人类活动的影响,清源河流域1996-2013年年径流减少11.6%,牛谷河流域1993-2006年年径流减少25.9%,2007-2013年再减少10.5%,研究人类活动的调水减沙效应,对流域综合治理、生态环境建设具有一定的指导意义.同时,充分利用不同小流域实测水文气象数据,分析水文气象要素的变化规律,可以为分布式水文模型研究和中小河流洪水预警预报提供重要依据.     

堵河流域水文特征分析

对堵河竹山水文站1959~2007年降水量、径流量、输沙量等资料进行了统计分析,描述了堵河流域降雨、径流和暴雨洪水的主要特征以及河流泥沙受人类活动影响。为堵河流域水资源管理、防汛抗旱提供参考。     

皇甫川流域次洪水沙特征值变化特点

黄河流域径流量呈现锐减趋势,径流锐减突出表现在中游河口镇至龙门区间。以河龙区间皇甫川流域为典型支流,选择19542012年洪峰流量大于100m3/s的洪水共271场,分析了次洪水沙特征值的变化。得出如下结论:近些年洪水发生次数和年最大洪峰流量高值出现次数均有减少趋势;次洪洪量和次洪沙量基本呈现逐年代减少的趋势,沙量减少幅度远大于洪量的减幅;涨洪历时比较短,峰型普遍偏尖瘦;洪峰流量大的洪水的基流量占洪量的百分比明显低于洪峰流量小的洪水对应的比值。     

渭河源区典型小流域水沙演变规律分析

根据渭河源区清源河典型小流域实测水文资料,分析了流域水文要素的年内和年际变化规律,流域降水、径流和泥沙主要集中在汛期,5-9月降水量占全年的78.5%,5-10月径流占全年的78.7%,5-8月输沙量占全年的88.9%。受上游修建水库、水土保持等人类活动的影响,流域汛期径流和泥沙1997-2013年比1980-1996年均减少了5.9%。流域面平均降水量、平均流量、平均输沙量年际变化不稳定,总体呈减少趋势,序列最大可能变异点分别为1995年、1994年和1997年。建立了流域年降水量与年径流深、次降水量P+Pa与次径流深相关模型,相关系数达到0.902和0.860。以年最大洪峰流量为参数,分别建立了流域年径流量与年输沙量、次径流量与次输沙量关系模型,相关系数达到0.835和0.917,公式模拟值与实测值接近,误差较小,可以作为以径流推算泥沙的重要依据。通过定性定量分析人类活动对流域径流、泥沙的影响程度,对区域抗旱防洪减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。     

1919—2010年黄河上中游区径流量变化分析

应用Mann-Kendall秩次相关检验、流量历时曲线法、双累积曲线法等方法对黄河干流陕县站和河口镇站1919—2010年径流量演变过程进行了分析。结果表明:区域面平均降水量趋势性变化不显著,而上游（河口镇站以上）及中游（河口镇—陕县）年径流量自1985年以来呈显著减少趋势,中游径流量的降幅高于上游。黄河径流量变化具有明显阶段性,上游和中游径流量变化都经历了枯水期—丰水期—枯水期3个时期,现在黄河正处于枯水期。采用双累积曲线法,定量分析降水和人类活动对径流量的影响,上游和中游人类活动对径流量减少的影响程度分别占88.1%和84.9%,水利水保工程、生产生活用水等人类活动是引起黄河径流量减少的主要因素。