西北干旱区山区融雪期气候变化对径流量的影响

利用8 个山区气象站1960-2010 年日平均气温、降水和7 个出山口水文站的年径流数据(1960-2008), 统计分析了山区融雪期开始时间、结束时间、天数、温度和降水的变化趋势及其空间差异性, 并定量评估了年径流量对融雪期温度和降水变化的敏感性。结果表明, 近50年来, 山区融雪期平均提前了15.33 天, 延迟了9.19 天;其中, 天山南部山区融雪期提前时间最长, 为20.01 天, 而延迟时间最短, 仅6.81 天;祁连山北部山区融雪期提前时间最短(10.16天), 而延迟时间最长(10.48 天)。这显示山区融雪期提前时间越长, 延迟时间则越短。山区融雪期平均降水量增加了47.3 mm, 平均温度升高了0.857℃;其中天山南部山区降水增量最大, 达65 mm, 昆仑山北部山区降水和温度增量均最小, 分别为25 mm和0.617℃, 而祁连山北部山区温度增量最高(1.05℃)。河流径流量对融雪期气候变化敏感, 降水变化诱发年径流量变化了7.69%, 温度变化使得年径流量改变了14.15%。     

长江上游输沙尺度效应研究

利用长江上游DEM、降雨、土地利用、土壤类型数据库,计算出通用土壤流失方程中代表影响侵蚀产沙的各因子,建立这些因子以及流域面积与长江上游268个水文站以上流域输沙模数回归关系,探讨上游侵蚀输沙的尺度效应。结果显示长江上游输沙模数与流域面积之间呈负幂函数单元回归关系,而且这一关系主要产生于降雨侵蚀力因子和土壤可蚀性因子随流域面积的变化。长江上游输沙模数随流域面积增大而降低主要发生在大约1×10⁴~1.58×10⁵km²之间。在考虑了影响侵蚀产沙因子对输沙模数的作用后,输沙模数与流域面积之间呈正幂函数相关,反映出上游输沙近源沉积的特征。分析还发现长江上游各主要支流输沙模数变化与流域尺度大小的关系和原因有明显不同。     

青藏公路路堤边坡产流产沙规律及影响因素分析

公路建设引起的人为加速侵蚀对生态环境造成很大影响,为摸清道路边坡的侵蚀规律,在青藏公路边坡布设了自然径流观测小区,降雨过后进行采样,获得径流深和侵蚀模数数据。对所得数据整理分析表明:(1)次径流深、次侵蚀模数与降雨量和降雨强度的乘积有很好的线性相关,相关系数分别为0.802和0.554。次径流深与次侵蚀模数之间的相关系数达到0.771;(2)产流产沙随坡长增加有减少的趋势,但其规律还有待进一步研究;(3)随着时间的推移,产流产沙有所下降,小区坡面的干扰得到了恢复,因此,时间是公路边坡水土流失的重要影响因素;(4)公路边坡的年侵蚀模数,包括降雨侵蚀和冻融侵蚀,共计11991.41 t/km²,属于极强度侵蚀。     

基于TETIS模型的黑土区乌裕尔河流域径流与侵蚀产沙模拟研究

为科学地认识中国东北黑土区流域土壤侵蚀特征,探讨TETIS模型在该区的适用性,本文以乌裕尔河流域为例,利用1971-1987年日径流与泥沙实测数据对TETIS模型进行了校正与验证,进而分析了流域土壤侵蚀强度特征及其与坡度、土地利用方式的关系。研究结果表明：TETIS模型在乌裕尔河流域适用性好,日径流与日输沙量的纳什效率系数在0.52~0.70之间,决定系数在0.60~0.71之间,体积误差均不超过15%。流域平均侵蚀模数为397.2 t/(km²·a),流域以微度和轻度侵蚀为主,约90%的产沙来自于坡面。平均土壤侵蚀模数随坡度的增大而增大,流域侵蚀量主要来自于0°~5°坡面。不同土地利用方式具不同的土壤侵蚀模数,耕地土壤侵蚀模数最大,达556.3 t/(km²·a)。坡度较大的耕地和植被覆盖度较低的区域是水土流失治理的重点。研究表明,TETIS模型在黑土区模拟土壤侵蚀产沙应用前景好,可为研究区制定水土保持措施提供科学依据。     

东北漫岗黑土区春季冻融期浅沟侵蚀

浅沟侵蚀是东北漫岗黑土区农耕地上常见的水蚀类型,往往对坡耕地造成严重的破坏。2005年春季,通过对两个小流域浅沟侵蚀的调查测量,发现该区浅沟侵蚀相当严重,两流域分别形成浅沟14条、16条,浅沟总长度分别达3 269 m、2 146 m,浅沟密度分别为908 m/km2、766 m/km2,侵蚀深度分别为0.17 mm、0.16 mm,侵蚀模数分别达181.8 t/km2、173.6 t/km2。2005年春季两流域浅沟侵蚀期的径流深分别是6.8 mm、7.7 mm。分析表明,研究区在春季表层土壤解冻、地表裸露和存在季节性冻土层的条件下,春季融雪及强降水易造成强烈的浅沟侵蚀。在分布上,浅沟一般位于坡面的中下部,而且多发育在瓦背状坡面的集流水路上。另外,耕作措施对浅沟的形成和发展也有重要影响。     

基于WaTEM/SEDEM模型的沂河流域土壤侵蚀产沙模拟

基于WaTEM/SEDEM模型,结合临沂水文站和角沂水文站的输沙数据对模型进行校正和验证,分析模拟1975—2015年沂河流域侵蚀产沙的时空变化特征,并进一步研究降水、地形位和土地利用变化对流域侵蚀产沙的影响。结果表明：① 沂河流域输沙能力系数K_tc-low和K_tc-high在40 m和150 m组合下效果最优,模型在沂河流域具有较好的适用性。② 1975—2015年,沂河流域主要以侵蚀为主,微度侵蚀所占面积最大,其次是剧烈侵蚀,沉积主要分布在河谷处;流域侵蚀强度呈现先增加后减少的趋势,侵蚀模数由1975年的30.92 t·hm^-2·a^-1增加至1995年的49.32 t·hm^-2·a^-1再下降至2015年的29.60 t·hm^-2·a^-1;各县（区）平均侵蚀模数为沂水县>费县>沂南县>沂源县>蒙阴县>平邑县>兰山区。③ 沂河流域土壤侵蚀产沙强度的变化是降水、地形、土地利用等综合作用的结果。1975—2015年,流域降雨侵蚀力呈现先降低后升高又降低的变化趋势,各县（区）平均降雨侵蚀力为费县>兰山区>沂南县>蒙阴县>平邑县>沂水县>沂源县,降雨侵蚀力时空变化与流域侵蚀产沙强度时空变化并不完全一致;地形位等级空间分布与流域侵蚀产沙强度空间分布基本一致,侵蚀产沙的优势地形位区间是4~6级,即高程75~428 m,坡度5°~39°;耕地和林地的转化是土壤侵蚀强度转化最主要的原因,林地转化为耕地使侵蚀强度面积升高3389.97 hm²·a^-1,耕地转林地则使侵蚀强度面积降低2216.65 hm²·a^-1,草地与其他土地利用类型的转化对流域侵蚀强度影响较小。该研究可为区域土地利用方式调整和水土流失调控提供参考。     

基于GIS的小流域土壤侵蚀与产沙的简化模拟

将泥沙输移能力公式与USLE公式相结合,建立了一个简化的分布式小流域产沙模型,并将其应用于川中丘陵区小流域的土壤侵蚀与泥沙输移的空间分布模拟。得到的主要结论:1.该模型适用于川中丘陵区小流域产沙的模拟;2.魏城河流域1980—1987年8 a平均土壤侵蚀量为16.8×104t,侵蚀模数为675.8 t/(km2.a),模拟得到的输沙模数为238.6 t/(km2.a),泥沙输移比为0.35;3.魏城河流域主要以微度侵蚀为主,占到全流域总面积的68%,强度侵蚀占流域面积的1%,主要分布在坡度较陡的流域边缘地带;4.相对其他因子,降雨与坡度对该流域侵蚀产沙的影响更为突出。     

地貌格局与流域侵蚀产沙过程关系定量分析——以黄河中游河龙区间为例

以河龙区间42个流域为对象,在流域地貌格局信息提取和侵蚀产沙过程特征指标计算及其相互关系分析的基础上,探讨地貌格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:①在河道系统水平,河流数量、长度等几何特征指标和河流分叉率(Rb₁₂)、分级率(Rd₃₂)、相邻级别间的河流长度比等形状特征指标与流域侵蚀模数显著相关;②在流域系统水平,坡度粗糙度、相对高差、圆度比、高长比是影响流域侵蚀产沙过程的主要指标,其中坡度粗糙度是最根本的解释变量;③各地貌格局因子间相互作用复杂,且对侵蚀过程的影响要强于泥沙输移过程,其通径分析模型对流域侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比变化的解释度分别为65%、33%和20%。这对正确认识影响流域侵蚀产沙过程的格局因素和建立准确的过程模型,具有重要参考价值。     

气候变化对我国东北国际河流的影响研究

利用流域月径流模型分析气候变化对东北国际河流的定量影响。对黑龙江流域边境地区典型子流域呼玛河和绥芬河流域进行月径流模拟计算。应用建立的径流模型丹析了气候变化情景下天然径流的可能响应。计算结果表明,在5种大气环流模式给出的二氧化碳浓度倍增条件(2030年)的气候变化情景下,由于气温、降水的变化,多年平均径流将增加或减少,幅度在-3.72％至 5.81％之间。     

震后小流域重力侵蚀产沙效应——以汶川震中莲花芯沟为例

震后小流域重力侵蚀过程与机制复杂,具有显著的产沙输沙效应,造成强烈的水土流失,严重威胁灾后重建和重大工程安全,是泥石流和土壤侵蚀领域研究的热点与难点之一。本文以震中莲花芯沟为典型研究区,选取2008—2010年的三场泥石流,采用多源遥感和GIS等手段,建立数字坡沟系统,融合D-In SAR和偏移量跟踪技术,生成不同场次泥石流前后的三维地表形变场,研究震后泥石流在不同类型"坡体-沟道-流域"上的多尺度侵蚀产沙特征与物质迁移过程。结果表明:1)2008—2010年三场泥石流,坡体侵蚀总量分别为6.44×10~5m~3、3.36×10~5m~3和3.02×10~5m~3,输入沟道的泥沙总量分别为3.54×10~5m~3、1.56×10~5m~3和5.16×10~5m~3,流域侵蚀总量分别为6.736×10~5m~3、5.217×10~5m~3、5.540×10~5m~3,流域输沙总量分别为3.84×10~5m~3、2.24×10~5m~3、2.96×10~5m~3;2)坡体重力侵蚀产沙量占各级沟道总来沙量的50%以上,是各级沟道泥沙的主要来源,其中以凸凹型坡、凸型坡和混合型坡三类坡体产沙最多,占坡体总产沙量的85%以上,且随沟道级别升高(三级→二级→一级)而呈递减趋势,二级沟道在各级沟道中输沙贡献率最大、达45%,是主沟泥沙重要来源;3)坡体侵蚀量与侵蚀面积及堆积量与堆积面积的比值均存在指数函数关系,坡体产沙量与坡体单元面积的比值呈线性正相关关系,坡体侵蚀量、堆积量、产沙量均随其对应面积的增大而增大;4)震后坡体侵蚀速率呈先减小后增大趋势,最大侵蚀速率在凸凹型坡体单元、达0.24m/次;流域侵蚀速率也呈先减小后增大趋势,同时,存在由低到高逐级递增趋势,其中主流域侵蚀速率最大、达0.39m/次;5)各级流域泥沙输移比随流域级别增高而减小,其中主流域泥沙输移比最低、为0.28,三级流域最高、达0.93。研究结果可以为灾区小流域泥沙调控、重大工程选址选线、河流整治和次生山地灾害风险评估及防治工程设计提供依据和参考,对保障山区公共安全具有重要意义。     

中国天山西部山区森林积雪消融过程观测分析——以巩乃斯河谷为例

通过对2013年春季中国科学院天山积雪与雪崩研究站区内阳坡无林地和阴坡不同开阔度森林内积雪深度、融雪速率以及常规气象的观测,分析了融雪期不同开阔度森林积雪的消融过程以及积雪表面能量平衡特征。结果表明:不同开阔度林冠下积雪深度具有相同的变化趋势,森林的林冠开阔度越大,林下积雪深度越大,林下积雪开始消融和完全消融的时间越晚,消融期也越长。森林积雪融雪开始和结束时间比阳坡无林地区晚20~30 d左右。融雪前期林冠开阔度越大,其林下融雪速率越小。融雪后期则森林开阔度越大,森林积雪的融雪速率越大。不同时期由于不同开阔度林冠下雪面能量收支以及雪层深度等物理特性的差异,从而使不同开阔度林冠下森林积雪融雪速率的相对大小,融雪速率最大值出现时间和日变化特征均不相同。晴天森林积雪的消融速率和日变化特征取决于净短波辐射和长波辐射变化特征。降水期间,其融雪速率的变化则主要受降水形式、降水量以及积雪深度等雪层特性的影响。     

典型黑土区小流域浅沟侵蚀季节差异分析

通过2005年对黑龙江鹤山农场两个小流域进行定位观测,研究了典型黑土区浅沟侵蚀特征及其季节差异,并对作物类型和耕作措施对浅沟侵蚀的影响进行了分析。结果表明,两流域年浅沟侵蚀量达285.9 m³ km^-2和290.8 m³ km^-2,仅浅沟侵蚀量就超过了黑土区的土壤允许侵蚀量。浅沟侵蚀量呈现出沿坡面波动的变化,沿坡面向下存在浅沟侵蚀的强弱交替带。春夏浅沟侵蚀在侵蚀强度、浅沟形态及主要影响因素3个方面存在差异,春季浅沟侵蚀受融雪、冻融影响显著,侵蚀较夏季严重;与春季相比,夏季浅沟长度变短、宽度变大、深度变浅,浅沟体积与长度的相关性较春季差,这与夏季暴雨历时短、雨强大以及植被盖度大有关。耕作措施和作物类型影响浅沟侵蚀深度和浅沟分布,尤其在夏季比较明显。     

典型黄土坡面土壤侵蚀特征及径流流速空间变化试验研究

为了明确土壤性质对坡面侵蚀方式作用机制的影响,本研究采用室内模拟降雨试验,选取黄土高原典型暴雨强度,在不同坡度条件下,对两种黄土的坡面侵蚀方式、形态特征、产流产沙过程及其相应径流流速的变化规律进行了研究。结果表明,绥德土径流量明显高于安塞土,10º、15º和20º时前者的平均径流量分别比后者高出51.1%、55.5%和63.0%,且前者更易形成细沟,使得其平均含沙量和平均产沙率分别是后者的1.14~3.59倍和2.50~8.48倍。在片蚀阶段,与绥德土相比,安塞土的含沙量较高,后者的平均含沙量是前者的1.24~1.73倍,但两种土壤的含沙量和产沙规律相同,均表现为先快速增加到最大值,然后逐渐降低到相对稳定状态,该现象证明片蚀的初期阶段主要受控于径流输沙能力,后期受径流的剥蚀能力控制。在细沟侵蚀阶段,绥德土细沟发育以沟头溯源侵蚀为主,崩塌作用频繁,该侵蚀形式不仅控制着细沟形态的总体特征,也导致含沙量和产沙率均急剧增加,该阶段平均含沙量是相应片蚀阶段的3.25~4.34倍。细沟沟口下方坡面存在明显的泥沙沉积带,表明细沟集中水流的搬运能力远高于坡面漫流,细沟侵蚀主要受径流输沙能力控制。两种土壤的径流流速均表现为坡面下部高于坡面上部,径流稳定后高于径流稳定前,总体来看,绥德土和安塞土上坡和径流稳定后的平均流速分别是下坡和径流稳定前的1.4倍、1.25倍和1.75倍、1.29倍,此外细沟侵蚀或侵蚀强度与微地貌形态之间的互馈作用对径流流速也有较大影响。     

西北地区山区融雪期气候变化对径流量的影响(英文)

Water resources in the arid land of Northwest China mainly derive from snow and glacier melt water in mountainous areas. So the study on onset, cessation, length, tempera-ture and precipitation of snowmelt period is of great significance for allocating limited water resources reasonably and taking scientific water resources management measures. Using daily mean temperature and precipitation from 8 mountainous weather stations over the pe-riod 1960?2010 in the arid land of Northwest China, this paper analyzes climate change of snowmelt period and its spatial variations and explores the sensitivity of runoff to length, temperature and precipitation of snowmelt period. The results show that mean onset of snowmelt period has shifted 15.33 days earlier while mean ending date has moved 9.19 days later. Onset of snowmelt period in southern Tianshan Mountains moved 20.01 days earlier while that in northern Qilian Mountains moved only 10.16 days earlier. Mean precipitation and air temperature increased by 47.3 mm and 0.857℃ in the mountainous areas of Northwest China, respectively. The precipitation of snowmelt period increased the fastest, which is ob-served in southern Tianshan Mountains, up to 65 mm, and the precipitation and temperature in northern Kunlun Mountains increased the slowest, an increase of 25 mm and 0.617℃, respectively, while the temperature in northern Qilian Mountains increased the fastest, in-creasing by 1.05℃. The annual runoff is also sensitive to the variations of precipitation and temperature of snowmelt period, because variation of precipitation induces annual runoff change by 7.69% while change of snowmelt period temperature results in annual runoff change by 14.15%.     

Quantitatively estimate the components of natural runoff and identify the impacting factors in a snow-fed river basin of China

Snowmelt water is an essential runoff source of some alpine rivers in China. This study selected the Upper Burqin River(UBR), a typical snow-fed river, to quantitatively assess the runoff contributions of different components, as well as the causes of runoff variations under the background of cryosphere change and global warming. Based on the spatial-temporal distributions of snow and glaciers during a year, as well as the altitudinal variations of 0 ℃ isotherm, the high flow hydrographs in UBR was separated into two parts: seasonal snowmelt flood of lower altitudes(3,000 m) and glacier-snow melt flow in high altitudes(3,000-4,296 m). The daily baseflow hydrograph of UBR was separated by the digital filtering technique. It is concluded that the contributions of snowmelt flow, glacier melt flow, and baseflow(includes rainfall runoff component) to total annual flow volumes are 27.2%(±2.7%), 8.5%(±1.7%), and 64.3%(±3.0%), respectively. The speed of air temperature rise in spring may be the controlling factor for monthly snowmelt flow distributions in the snow-fed river. The volume of snowmelt was determined by spring precipitation(SP) and previous winter's precipitation(PWP). The PWP changes can explain 43.7% of snowmelt changes during 1981-2010 in UBR, while snowmelt change in 1957-1980 is more impacted by SP. The determining factor of snowmelt variation was changed from SP to PAP during the recent decades. Precipitation in current year, excluding previous year's rainfall and snowfall, can only explain 32%-70% of the variability in total runoff.     

Effects of high-magnitude/low-frequency fluvial events generated by intense snowmelt or heavy rainfall in arctic periglacial environments in northern Swedish Lapland and northern Siberia

Abstract In the Latnjavagge drainage basin (68°21′N, 18°29′E), an arctic‐oceanic periglacial environment in northernmost Swedish Lapland, the fluvial sediment transport and the characteristics and importance of high‐magnitude/low‐frequency fluvial events generated by intense snowmelt or heavy rainfall have been investigated and compared with snowmelt‐ and rainfall‐induced discharge peaks in the Levinson‐Lessing Lake basin (Krasnaya river system) on the Taimyr Peninsula, an arctic periglacial environment in northern Siberia (74°32′N, 98°35′E). In Latnjavagge (9 km²) the intensity of fluvial sediment transport is very low. Most of the total annual sediment load is transported in a few days during snowmelt generated runoff peaks. Due to the continuous and very stable vegetation covering most areas below 1300 m a.s.l. in the Latnjavagge catchment, larger rainfall events are of limited importance for sediment transport in this environment. Compared to that, in the c. 40 times larger Krasnaya riversystem rainfall‐generated runoff peaks cause significant sediment transport. The main sediment sources in the Latnjavagge drainage basin are permanent ice patches, channel debris pavements mobilized during peak discharges and exposing fines, and material mobilized by slush‐flows. In the Krasnaya river system river bank erosion is the main sediment source. In both periglacial environments more than 90% of the annual sediment yield is transported during runoff peaks. The results from both arctic periglacial environments underline the high importance of high‐magnitude/low‐frequency fluvial events for the total fluvial sediment budgets of periglacial fluvial systems. Restricted sediment availability is in both arctic environments the major controlling factor for this behaviour.     

祖厉河流域降雨径流泥沙变化特征研究

祖厉河流域位于年降水量200～400 mm之间过渡带,是气候变化最敏感和最为复杂的区域之一。运用祖厉河流域1955-2013年径流量、输沙量与年降雨量的变化趋势、时段特征进行了分析。结果表明：祖厉河流域降雨量、径流量和输沙量存在年际变化大、逐年减小的变化趋势;年降雨量在1995年出现突变点,降雨量存在明显的丰水和枯水变化,丰水时段（1955-1989年）年降水量为376.2 mm,枯水时段（1990-2013年）年降水量为224.9 mm;径流量和泥沙量的突变点分别出现在1995年和2000年;依据UF_k值信度变化趋势,将径流量、输沙量变化分为非显著减少（1955-1971年）、显著减少（1972-1985年）、较显著减少（1986-2000年）和极显著减少（2001-2013年）四个时期。     

Runoff and Soil Erosion on Slope Cropland: A Review

Soil erosion has become a serious environmental problem worldwide, and slope land is the main source of soil erosion. As a primary cover of slope land, crops have an important influence on the occurrence and development of runoff and soil erosion on slope land. This paper reviews the current understanding of runoff and soil erosion on slope cropland. Crops mainly impact splash detachment, slope runoff, and sediment yield. In this review paper, the effects of crop growth and rainfall on the splash detachment rate and the spatial distribution of splash detachment are summarized. Crop growth has a significant impact on runoff and sediment yield. Rainfall intensity and slope gradient can influence the level of erosive energy that causes soil erosion. Furthermore, other factors such as antecedent soil water content, soil properties, soil surface physical crust, and soil surface roughness can affect soil anti-erodibility. The varying effects of different crops and with different influence mechanisms on runoff and soil erosion, as well as changes in their ability to influence erosion under different external conditions should all remain focal points of future research. The effect of crop vegetation on runoff and soil erosion on slope land is a very important factor in understanding large-scale soil erosion systems, and in-depth study of this topic is highly significant for both theory and practice.     

天山北坡春季雪洪形成的气候因子分析

春季融雪洪水是天山北坡积雪水文特征之一，有时形成灾害，造成一定财产损失和人员伤亡。本文根据天山北坡乌鲁木齐附近不同海拔四个气象台站冷季降水、蒸发、积雪和气温等资料，分析了春季融雪洪水规模及其产流的时空分布状况。