无定河流域不同地貌区水沙过程对比

为了查明人为影响程度较低时期无定河流域内不同地貌区的水沙过程及其变化规律,选取1970年以前一段时期该流域内风沙区和黄土丘陵沟壑区河流的有关水文站的水文泥沙实测数据进行对比分析。结果表明,风沙区河流的流量变率较黄土丘陵沟壑区的小;风沙区河流的含沙量远小于黄土丘陵沟壑区河流的含沙量。黄土丘陵沟壑区河流具有极高的输沙率,而风沙区河流的输沙率微不足道。风沙区和黄土丘陵沟壑区河流的产流模数基本相近,但产沙模数非常悬殊,前者的产沙模数很小,为118.58~725.38t /km² · a,而后者的达到1879.36~25112.15t /km² · a。显然,无定河流域黄土丘陵沟壑区的河流是侵蚀产沙的主要来源区,因而是水土保持工作的重点区域。     

黄土高原侵蚀产沙强度的时空变化特征

采用“水文－地貌法”即水文站实测值与侵蚀形态类型相结合的方法，将黄土高原划分为292个侵蚀产沙单元，分别对治理前后侵蚀产沙强度的时空变化特征进行了分析。结果表明：黄土高原自70年代以来，由于降雨因素和水土保持作用的影响，侵蚀产沙强度的结构特征发生了明显变化，侵蚀模数＞10000t/km^2.a的极强烈以上的侵蚀面积急剧减少（减幅71．8％），减沙幅度最大的区域主要分布在以无定河为中心的极强烈侵蚀区和汾河流域的大部分地区（减幅50％以上）；黄土高原侵蚀产沙，按流域区段主要来自河龙区间（54．8％），按类型区主要来自黄土峁状丘陵沟壑区（27．4％）和干旱黄土丘陵沟壑区（23．1％），按侵蚀带主要来自暖温带半干旱草原风蚀、水力侵蚀带（34．8％）和暖温带半干旱森林草原水力侵蚀带（32．6％）；以侵蚀模数＞10000t/km^2.a作为标准，可将黄土高原划分为7个极强烈以上的侵蚀产沙中心，其面积虽仅占全区总面积的15．5％，但其产沙量却占到全区总产沙量的42．1％。     

黄土丘陵沟壑区小流域不同地类的侵蚀产沙模型

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律，通过对晋西王家沟小流域1955—1980年的多年观测资料及多次人工模拟降雨资料分析，建立了不同地类侵蚀产沙关系式，包括坡面侵蚀产沙、黄土沟坡侵蚀产沙、红土沟坡侵蚀产沙、发育沟壁侵蚀产沙、洞穴侵蚀产沙等黄土丘陵沟壑区丰富的侵蚀产沙类型。利用GIS强大的空间分析功能，从DEM数据中提取出小流域水沙汇流网络，将水沙运移引入到侵蚀产沙模型的计算之中；模型对羊道沟22次降雨的计算结果表明：坡耕地是坡面的主要泥沙来源，陡坡地在全流域侵蚀产沙中占有重要地位，水沙汇流作用对下坡的侵蚀产沙具有重要影响。同时，选用了晋西汾河上游的阳湾小流域进行了模型的推广应用，取得了较好的预测效果。     

黄河中游河口镇至龙门区间不同岩层对河流粗泥沙贡献的分析

对黄河中游河口镇至龙门区间的产沙岩层与河流悬移质输沙进行了耦合平衡分析,确定了该区间各种产沙岩层的产沙数量,并推算出黄土、基岩和风沙对河流粗泥沙(d>0.05mm)的贡献率分别为61.2%、34.2%和4.6%。同时,分析了该区间侵蚀产粗泥沙的分布规律。     

黄土高原沟道流域产沙过程的初步分析

黄土高原的主要产沙地区是河口镇至龙门黄河干流两侧和泾、洛、渭河中上游,产沙时间集中7—9月或一、二次暴雨期。流域产沙量与河道断面输沙量基本一致。产沙最与降雨量加径流深组合因子成正比相关,并随坡度增大而增加,坡度超过25—28度水流面蚀强度减弱。砂黄土的可蚀性最大,黄土其次,粘黄土最小。灌木林的防蚀效果最好。近三十年来黄土高原的产沙量进一步增加,其中由人类活动而增加的沙量约占黄河平均输沙量的23～35%。沟道流域的产沙过程具有垂直分带规律。沟间地以细沟侵蚀产沙为主,沟谷地是水力、重力和洞穴侵蚀综合作用的场所。黄土丘陵区沟谷地的产沙量此沟间地大59.0%左右;黄土塬区产生的泥沙绝大部来自沟谷地。     

黄河内蒙古段支流“十大孔兑”侵蚀产沙的时空变化及其成因

“十大孔兑”来沙造成黄河干流强烈淤积.为了通过流域治理来减轻泥沙灾害,研究“十大孔兑”侵蚀产沙过程具有重要意义.基于1960—2005年的河流输沙量、径流量和降雨量资料,运用统计方法进行了研究.结果表明:“十大孔兑”输沙量高度集中于几个大水大沙年份,其余年份对46年总输沙量的贡献很小.最大1年、最大3年、最大5年和最大10年的累积输沙量分别占到46年总输沙量的21.26%、37.18%、47.92%和69.29%.1960—1991年和1992—2005年两个时段相比,后一时段输沙量年均值减少了37%.这一差异可以用暴雨特征的差异和下垫面(如植被)的变化来解释.1991年以后,年降水量无明显变化,但最大1日降雨量在p<0.10的水平上呈现减小的趋势.虽然20世纪90年代西柳沟并未大规模实施水土保持治理,但由于农村富余劳动力转移,对土地的压力减轻,对植被的破坏大大减弱,使得植被逐渐恢复,NDVI呈增大趋势,因而侵蚀产沙减弱.“十大孔兑”产沙模数具有明显的空间分异特征,从西向东增大,在西柳沟达到最大值,然后再减小.流域自然地理因素具有明显的变化,从西向东,沙尘暴频率减小,降雨量增大.沙丘类型也发生了变化,由以流动沙丘为主变为以半固定沙丘为主,进入河道风沙的输沙强度减小.另一方面,水力驱动的侵蚀和泥沙输移从西向东增强.上述两种作用叠加的结果,在区域中部西柳沟附近出现了侵蚀产沙的峰值区.     

不同时空尺度下沟壑对流域侵蚀产沙的影响——以黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域为例

基于DEM,分别以不同的沟壑发育所需的汇水面积为阈值,提取岔巴沟流域等6个不同空间尺度流域的沟壑.并求出不同级别沟壑的差值.结合黄河子洲观测站多年的水沙观测资料,分析不同级别的沟壑及沟壑的不同部位在不同时间尺度下对流域侵蚀产沙的影响.分析结果表明:沟壑密度并不是简单地随着流域面积的增大而减小.沟壑密度的空间尺度效应与所提取沟壑的级别有关;黄土丘陵沟壑区梁峁坡、沟坡的次暴雨产沙量占流域产沙总量的比重与降雨特性有关;重力侵蚀多发生在毛沟的中、上部及沟头处,而支沟、干沟主干道的沟坡比较稳定,且其发生的重力侵蚀对流域产沙的影响多为"无效"部分;沟壑发育汇水面积的阈值为1500、1800、2000个栅格提取的沟壑对流域侵蚀产沙的作用较大,同时沟壑对流域侵蚀产沙的影响与时间尺度有关,在多年平均尺度下,高级别沟壑只起到泥沙输送通道的作用.     

黄土丘陵沟壑区典型小流域侵蚀产沙过程模型

在分析现存土壤侵蚀产沙模型基础上，依据大量小流域野外试验小区观测与模拟降雨试验资料，建立了一个适用于黄土丘陵沟壑区小流域预测侵蚀产沙量的侵蚀产沙过程模型。由于黄土丘陵沟壑区小流域的复杂地形和侵蚀产沙的垂直分带规律，土壤侵蚀产沙的空间变化要比现有模型复杂得多，因此，本模型由三个子模型组成：坡面子模型、沟坡子模型、沟道子模型，它可以计算小流域每场暴雨的径流量与侵蚀产沙量。本文较为详细地描述了模型中计算     

DCCA在黄土高原流域径流环境解释中的应用

以黄土高原腹地泾河流域12个水文特征指标为“物种”,选取对流域径流有影响的9个环境因子,采用DCCA排序方法定量分析河流径流特征沿环境因子梯度的演变规律。结果表明:(1)DCCA排序的前3轴分别与退化草地比率、降水量、降水强度、植被指数、平均坡度显著相关;(2)河流径流特征沿环境梯度可明显分为输沙量极大的北部黄土丘陵区;平均含沙量极高的中北部黄土沟壑区;径流量大、输沙量小的山地-沟壑过渡区;侵蚀模数极高、径流年内变化极大的中部黄土残塬区;产流量大、年含沙量极低的南部山地区。     

风蚀水蚀共同作用下沙漠河流泥沙级配特征

以水蚀风蚀区内蒙古河段重要入黄支流西柳沟为研究对象,通过对西柳沟流域产沙地层及河流水文站悬移质泥沙采样分析和激光粒度仪测定,对研究区河道纵向、横向断面沉积的泥沙级配特征进行了分析,揭示了流域沉积泥沙粒径分布变化规律。结果表明：西柳沟流域沉积泥沙的中数粒径从上游丘陵沟壑区到下游农田区逐渐减小;河流右岸泥沙粒径较大,左岸泥沙粒径相对较小,河床泥沙粒径介于二者之间;流域沉积泥沙粒径主要分布在0.125~0.5 mm,而流域出口水文站悬移质泥沙粒径72.5%在0.025 mm以下,说明西柳沟进入黄河干流的泥沙主要为细泥沙。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷，暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大，水土流失严重，对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象，以苏达尔沟2011-2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础，分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征，给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明：观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10⁴ t，产沙模数为0.57×10⁴ t·km^-2；其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10⁴ t，产沙模数达1.36×10⁴ t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25~0.063 mm泥沙为主，约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加，同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加，风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%，且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

陕西神府矿区束鸡沟流域风蚀水蚀交互作用特征研究

以神府矿区束鸡沟为典型小流域,讨论了风蚀水蚀交互作用的时空分布及其特征。风蚀水蚀交互作用在沙质坡面,坡面切沟和沙质沟道区表现最为突出,并形成了风蚀水蚀交互作用特有的侵蚀形态。     

黄土地区土壤重力侵蚀灰色系统模型研究

介绍了黄土丘陵沟壑区土壤区土壤重力侵蚀灰色系统预测模型的构造原理和方法，并用灰色关联度的方法来反映模型的预测值与山西离石王家沟流域重力观测数据之间的关联性，用以分析模型的预测精度。同时反映了土壤重力侵蚀系统的动态变化规律，引入了残差辨识的理论和方法，以提高模型的预报水平。     

内蒙古孔兑区叭尔洞沟中游河谷段的风水交互侵蚀动力过程

本文选择内蒙古十大孔兑区的叭尔洞沟中游河谷段的观测小区开展研究,通过野外调查、气象观测、径流小区观测、地形测量和遥感监测等手段,应用“ 3S” 技术,分析了叭尔洞沟中游河谷小区风水交互侵蚀的过程及其侵蚀产沙贡献率。研究得出：（1）在叭尔洞沟中游河谷小区,以风水两营力作用下的侵蚀量作为衡量该区侵蚀力大小的指标,在2010年,风力侵蚀量与水力侵蚀量之比约为1.8∶1。在147 794 m2观测小区里,风水交互作用下侵蚀率为0.1 kg·m-2。（2）风季,风力的搬运作用为观测区形成的风水交互小系统提供了输入,雨季,洪水的侵蚀作用为系统进行了输出,通过沉积物的侵蚀、搬运和堆积的循环作用,对系统的输入物质进行再分配后输出系统。（3）在1998-2010年的少风多雨时期,叭尔洞沟中游河谷小区,东岸稳定,西岸的凸岸变窄、凹岸拓宽,摆幅变大,河岸沙丘后退,切沟不断发育,水力作用在风水交互侵蚀中贡献突显。     

Erosion and sediment yields as influenced by coupled eolian and fluvial processes: The Yellow River,China

Based on data from the middle Yellow River, a model of erosion and sediment yield is proposed to describe coupled eolian and fluvial processes in a transitional zone from arid to sub-humid climates, and to explain rapid erosion and a high sediment yield in the zone. In the study area, wind action predominates from March to June, which erodes weathered bedrock and transports eolian sand to gullies, river channels and floodplains. In the following summer, especially from July to September, rainstorm runoff in gullies and river channels transports large quantities of fine loessic material, in the form of hyperconcentrated flow. As a result, most of the previously stored eolian sand and material supplied by mass-wasting of loess can be transported to the major tributaries and the main stream of the Yellow River, resulting in the high specific sediment yield. There exists an optimal grain size composition which maximizes suspended sediment concentration in the study area, resulted from the combined wind–water processes.     

黄土模拟小流域降雨侵蚀中地面坡度的空间变异

运用近景数字摄影测量方法,获得在不同人工降雨时段黄土模拟小流域高精度、高分辨率的DEM数据,并以地面坡度及其组合形态的变化为切入点,通过对比分析和理论验证探讨黄土小流域降雨侵蚀过程中地貌的发育特征。研究结果表明:1)在不同的侵蚀发育阶段,黄土地貌平均坡度及坡度组合持续变化。平均坡度在地貌发育幼年期呈加速增长趋势,到了壮年期增长幅度呈递减性变化;坡度组合以侵蚀临界角度为轴点呈持续逆转变化,侵蚀临界坡度单元所占面积基本保持稳定。2)黄土地貌地面坡度及其组合形态的变异不仅能有效表征黄土高原地貌形态的空间变异规律,也可以对黄土地貌侵蚀规律和它产生的时间规律进行高分辨率的地貌认识和划分。     

草原区植被对土壤风蚀影响的风洞模拟试验研究

在前期研究的基础上,选择内蒙古乌兰察布荒漠草原区为研究区域,通过野外移动风洞模拟试验,开展荒漠草原植被对土壤风力侵蚀影响的定量化分析研究,旨在探讨不同植被盖度下空气动力学粗糙度的变化、不同植被盖度下的风沙流结构特征及植被盖度与风蚀输沙率的定量关系,从而为水土流失机理研究提供理论依据。试验研究表明：空气动力学粗糙度随着地表植被盖度的增加呈三次函数关系增加,拟合函数为Z0=ax3+bx2+cx+d;随着距地高度的增加,各层收集到的风蚀量呈不同程度降低,随着地表植被盖度的增加,各层输沙量也均降低;不同风速下植被盖度与风蚀输沙率之间呈幂函数相关。     

无定河流域侵蚀产沙过程对水土保持措施的响应

以黄河中游多沙粗沙区代表性支流无定河为例,研究了降水量变化的背景下水土保持措施对无定河流域侵蚀产沙的影响。从总体上看,年输沙量和年径流量都表现出随时间而减小的趋势,梯田、造林、种草和淤地坝拦沙造地4项水土保持措施面积随时间增大的趋势极其显著。全流域面平均年降水量和汛期 (6~9月) 降水量则略有减少的趋势,但其减少趋势的显著性远低于水土保持措施随时间变化的显著性。产沙模数与梯田、坝地、造林和种草面积的关系,均表现出明显的负相关。对基准期 (1956~1969年) 和措施期 (1970~1996) 进行了比较,结果表明,实施水土保持措施以后,产沙模数、径流系数和汛期径流能够被降水所解释的百分比,分别由69%、80%和77%,下降为26%、31%和54%。说明在后一时期中,水土保持措施起了很大作用,因而降水变化对于产沙模数、径流系数、汛期径流量变化的贡献率大大减小了。以1956~1996年间41年的资料为基础,建立了全沙产沙模数与径流系数、汛期降雨量、最大一日雨量、最大30日累积雨量、梯田林草面积和坝地面积之间的多元回归方程,该方程表明,全沙产沙模数随汛期降雨量、最大一日雨量、最大30日累积雨量的增大而增大,随梯田林草面积和坝地面积的增大而减小, 随径流系数的增大而增大。为了区分人为因素与气候变化对侵蚀产沙变化的影响,采用对数据进行标准化处理之后再进行多元回归分析的方法,来确定相对贡献率。结果表明,降水变化和水土保持措施变化对无定河全沙产沙模数变化的贡献率大致相等,前者占50.3%,后者占49.7%。文中还建立了粗泥沙产沙模数与上述影响因子之间的多元回归方程。     

基于DEM的黄土沟谷横剖面形态特征研究——以宜君、延安、绥德为例

选用1:10 000高精度5.0 m分辨率的DEM数据,在陕北地区,按黄土地貌演化序列次序,遴选分别代表黄土残塬沟壑、梁状丘陵沟壑、峁状丘陵沟壑地貌的宜君、延安、绥德3个流域,研究其中1 831个沟谷横剖面19个因子的形态特征,利用主成分分析法确立核心因子,分析结果表明：① 沟谷深度、宽度、横剖面面积、宽深比、侵蚀度与不对称性指标的主成分累积贡献率为95.02%,为黄土沟谷横剖面核心指标;② 随级别的增加,3个流域沟谷宽度、横剖面积、宽深比、侵蚀度均呈现总体增加的态势,与黄土地貌发育阶段具有明显的空间耦合性,尤其是宽深比与侵蚀度指标,反映出低级别黄土沟谷溯源侵蚀现象明显,以下切侵蚀为主,而高级别沟谷沟沿线后移,以侧向侵蚀拓宽为主的规律;③ 随级别增加沟谷深度呈现先增后降的态势,并在中级别沟谷出现拐点,与实地调研发现沟谷在中级别下切侵蚀遇到基岩的现象相吻合。