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。     

水库拦沙对长江水沙态势变化的影响

为探讨水库建设对水沙变化态势的影响,通过引入来沙系数、输沙模数和流域水库调控系数,深入分析了长江水库拦沙对水沙态势变异的作用。长江干支流水沙参数与流域水库库容参数之间有重要关系,主要水文站年输沙量随流域累积库容增加而逐渐减少,来沙系数和输沙模数随流域水库调控系数成指数关系衰减,表明水库蓄水拦沙是长江水沙态势变异的主要因素。长江干支流输沙量衰减规律有一定差异,支流来沙系数和输沙模数衰减规律相对独立,而干流上游站衰减幅度大于下游水文站,且干流各站输沙模数的衰减规律比较接近。     

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.     

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。     

水沙动态图法分析中国主要江河水沙变化

利用《中国河流泥沙公报》数据,采用水沙动态图方法并按平衡水沙比相对应,分析中国主要河流2006年前实测水沙的变化。根据河流下游站历年水沙变化趋势,将中国主要河流大致分为4类:水量不变沙量降低、水量和沙量均降低、水量和沙量同步略降低、几近断流断沙。按地域看,中国淮河及其以南大多数河流年径流量无明显改变,而年沙量呈明显下降趋势;淮河以北地区河流水沙量均呈明显下降趋势,特别是黄河年径流量的近10年平均值仅为多年平均值的1/3,输沙量10年平均值仅为多年平均值的1/4,而海河水系的河流下游几乎是断流断沙。总体上,中国大多数河流的沙量明显下降。大多数河流入海水沙量的明显降低主要是人类活动造成的,淮河及其以南河流沙量的降低多与水库兴建、河道采砂和水土保持工程等有关;北方河流水沙量的降低主要是引水量的大幅增加、水库建设及其运行方式的改变以及水土保持工程的发挥效益等造成的。分析也表明,利用水沙动态图法分析河流的水沙长期变化具有一定的优越性。     

金沙江下游区间来沙驱动因子分析及产沙预测模型

随着长江上游梯级开发的快速推进,金沙江下游干支流来沙占比失衡现象日益突出,区间水沙实测资料欠缺的问题严重影响了对干流库群泥沙淤积的预测。为系统性了解并掌握金沙江下游区间内泥沙分布全貌,明晰区间来沙时空异性特征以及归因,基于已有支流水文站泥沙序列与因子集,采用秩相关分析研究了区域内地形、气候、土地覆被、空间尺度各类因子对流域产沙的潜在影响和各因子之间的变化独立性。通过参数降维与双重回归分析相结合的方法识别关键因子组合并构建输沙模数预测模型。研究结果表明：8°以上坡度占比、气温和集水面积的驱动因子组合能够较为完整地解释研究区域产沙机制,并在此基础上建立了能解释约92%输沙模数变化性的预测模型。根据模型计算得到广大无实测资料区域的输沙模数分布范围为87～1 189 t/(km²·a),近50 a来减小幅度约50～300 t/(km²·a)。在此基础上识别白鹤滩、溪洛渡高产沙及上下游低产沙区间,并分析了该空间不均衡特征的削弱趋势。     

1956—2008年鄱阳湖流域水沙输移趋势及成因分析

利用鄱阳湖流域代表性水文站1956—2008年实测年径流量及年输沙量资料序列,采用Mann-Kendall秩相关检验法,研究鄱阳湖流域水沙量年际变化趋势和可能发生突变的时间,并从流域降雨、用水、水库拦沙、水土流失及其治理等方面分析了鄱阳湖流域水沙变化的主要影响因素。研究结果表明:鄱阳湖地区来水量和出湖水量有小幅增大趋势;鄱阳湖流域来沙量呈异常显著减小趋势,发生突变的年份为1998—1999年;实测出湖沙量从2002年开始呈明显的减少趋势。通过对有关影响因素的研究,发现鄱阳湖流域气候变化降雨量减少对近10年鄱阳湖出入湖径流量的减少影响显著;水库滞沙是鄱阳湖入湖沙量减少的主要原因;出湖沙量变化主要受上游水库群的影响,还有近年湖区采砂的影响。     

近50年来长江水沙变化规律研究

较为系统地研究了近50年来长江流域不同河段、不同时段的水沙变化特性。从多年平均情况来看,长江上游水沙异源、不平衡现象十分突出,干流石鼓至宜昌沙量沿程增大,宜昌以下干流河道输沙量沿程减小,悬沙中值粒径也沿程变细;1991~2002年长江干流各站径流量变化不大,输沙量明显减少;2003～2010年长江上游来沙减小趋势仍然持续,加之三峡水库蓄水拦沙作用,坝下游输沙量大幅减小,悬移质泥沙粒径沿程变粗,至监利站粗沙量已基本恢复到蓄水前的水平。三峡水库蓄水运用后,长江中下游径流年内分配、泥沙来源和地区组成均发生新变化;荆江三口分流分沙量继续减小,洞庭湖湖区淤积减缓;三峡工程蓄水运用不仅改变了长江上游与中下游的冲淤环境,而且也进一步促进了长江中游江湖泥沙分配格局的调整。     

维持黄河流域水沙平衡的调控指标阈值体系研究

推进黄河流域系统治理与黄河水沙协同调控是确保黄河长久安澜的关键。因受气候、生态、地形地貌和强人类活动等多系统耦合影响，约束黄河水沙整体行为的分系统协调以及各单系统水沙关系协调的表征指标筛选及其阈值确定，一直是治黄实践的难题。基于维持黄河全流域水沙平衡，构建了黄土高原-干流河道-河口水沙协同调控三级指标阈值体系，包括1个一级指标、8个二级指标和20个三级指标。结果表明：(1)流域侵蚀防控指标阈值体系中，60%的林草梯田覆盖率下可致产沙的次降水量阈值为57 mm;可基本遏制流域产沙的林草有效覆盖率和梯田比阈值分别为60%和40%;淤地坝拦沙减蚀阈值为三级沟道控制率40%～50%。(2)河道水沙调控指标阈值体系中，近期宁蒙河段平滩流量阈值约为2 000 m³/s,远期黑山峡水库建成后宁蒙河段平滩流量阈值约为2 500 m³/s;近期潼关高程调控阈值约为328 m,远期古贤水库建成后潼关高程可冲刷下降至326 m左右；下游河道平滩流量阈值约为4 000 m³/s。(3)考虑黄河三角洲淤蚀动态平衡，河口稳定沙量阈值约为2.6亿t/...     

黄壁庄水库入库水沙演变情势分析

根据黄壁庄水库入库控制站--冶河平山水文站1958-2010年实测水沙资料,分析黄壁庄水库多年来的入库水沙演变情况。黄壁庄水库自建库以来入库水沙均呈逐渐减少的趋势,年内分配不均,年际变化大。1980年以前水沙均较大,2000年以后,降水的减少以及上游对地表水资源的开发利用,使水库的入库水量急剧减少。加之国家对水保工作的大量投入,使流域产沙量减少,入库沙量相应减少,水库的泥沙淤积相应减缓。     

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。     

Progresses and Prospects of the Research on Soil Erosion in Karst Area of Southwest China*

The karst area of Southwest China is suffering from serious ecological and environmental problems due to soil erosion while the research on soil erosion is not sufficient. Primary achievement was systematically reviewed in this paper in three aspects: erosion characteristics, current researches about erosion on different spatial scales, and key scientific problems. Based on the review, the authors figured out the shortcomings of the existing studies and pointed out the directions on erosion study in southwest China karst region. The results showed that: ① Due to the existence of a dual structure in karst environment including ground and underground erosion, the process of runoff and sediment production on slope scale and confluence and sediment transportation processes on catchment scale were more complex under the unique geological and hydrological backgrounds; ② At present, most researches about erosion mechanism in karst area focus on slope scale and some achievements on quantitative evaluation of erosion factors have been made. Continuous data with high quality about relationship between water and sediment on catchment scale is limited. When data is scarce, river sediment data can be used as an effective way to study soil erosion intensity and spatial-temporal variation in karst area; ③ It is more reasonable to use 50 t/(km²·a) as the grading standard of soil loss tolerance than the previous grading standard of soil erosion intensity. Given the complex relationship between rocky desertification and soil erosion, more quantitative studies about the effects of rocky desertification on soil erosion are still necessary. There are different viewpoints on soil leakage definitions, leakage mechanism and leakage ratios, and new breakthroughs could be achieved by combining different methods and matching multi-scales. In conclusion, in order to further reveal soil erosion laws and establish and revise available regional soil erosion forecasting models for Southwest China karst areas, synchronous test and monitoring on slope, watershed, and channel spatial scales are urgently needed. The results can provide theoretical and technical support for promoting soil and water conservation work for the karst area of Southwest China.     

西南喀斯特区土壤侵蚀研究进展

西南喀斯特区土层浅薄、成土速率低等特点决定了其允许土壤流失量小,土壤一旦流失,极难恢复,土壤侵蚀及其造成的石漠化现象已成为制约该区可持续发展最严重的生态环境问题。文章首先明晰西南喀斯特区土壤侵蚀特征,从坡面、小流域和区域三个尺度上系统概括西南喀斯特区土壤侵蚀的相关研究进展。针对当前喀斯特区土壤侵蚀研究野外径流小区、小流域及区域空间尺度数据缺少和相关研究模型限制性强等不足,建议从不同尺度深入研究喀斯特区土壤侵蚀发生发展规律及时空演化格局,并结合高新遥感、地球物理探测技术及模型,同步监测坡面—小流域—区域土壤流失,对土壤侵蚀进行定量评估,结合不同空间尺度土壤侵蚀特征构建系统性水土保持生态恢复治理模式和监测系统评价体系。      

岩溶峰丛洼地不同环境水土流失差异及防治研究——以广西果化岩溶生态研究基地为例

与碎屑岩地区相比,特殊的岩溶水文地质结构,导致岩溶区存在不同的水土流失过程和特点,尤以峰丛洼地区最具代表性。通过广西平果县果化岩溶峰丛洼地土壤地表侵蚀和地下漏失的调查研究显示:洼地不同地貌部位水土流失差异较大,从山峰、垭口、山坡、山麓到洼地底部,土壤地下漏失模数分别为49.09 t/(km2·a)、212.06 t/(km2·a)、727.71 t/(km2·a)、1104.03 t/(km2·a)、909.11 t/(km2·a),分别占该点年均总土壤侵蚀模数的92.43%、96.24%、78.57%、70.88%和38.68%;不同土地利用方式下的土壤侵蚀存在差异,其土壤侵蚀模数大小依次为坡耕地苦丁茶地苏木林地灌草坡牧草地。通过对该地区水土流失防治及石漠化综合治理,山峰主要涵养水源林、山坡主要发展生态产业防治水土漏失、洼地修建排水系统工程得到良好的效果,治理区土壤侵蚀模数从2003年到2010年下降了65%。     

Scale effects of eroded sediment transport in Wujiang River Basin,Guizhou Province,China

In recent years, research on spatial scale and scale transformation of eroded sediment transport has become a forefront field in current soil erosion research, but there are very few studies on the scale effect problem in Karst regions of China. Here we quantitatively extracted five main factors influencing soil erosion, namely rainfall erosivity, soil erodibility, vegetative cover and management, soil and water conservation, and slope length and steepness. Regression relations were built between these factors and also the sediment transport modulus and drainage area, so as to initially analyze and discuss scale effects on sediment transport in the Wujiang River Basin (WRB). The size and extent of soil erosion influencing factors in the WRB were gauged from: Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer Global Digital Elevation Model (ASTER GDEM), precipitation data, land use, soil type and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data from Global Inventory Modeling and Mapping Studies (GIMMS) or Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), and observed data from hydrometric stations. We find that scaling effects exist between the sediment transport modulus and the drainage area. Scaling effects are expressed after logarithmic transformation by a quadratic function regression relationship where the sediment transport modulus increases before decreasing, alongside changes in the drainage area. Among the five factors influencing soil erosion, slope length and steepness increases first and then decreases, alongside changes in the drainage area, and are the main factors determining the relationship between sediment transport modulus and drainage area. To eliminate the influence of scale effects on our results, we mapped the sediment yield modulus of the entire WRB, adopting a 1 000 km2 standard area with a smaller fitting error for all sub-basins, and using the common Kriging interpolation method.     

喀斯特裸坡土壤侵蚀模拟研究

文章通过人工模拟降雨试验,研究不同地下孔（裂）隙度、基岩裸露率和雨强对地表、地下产流、产沙的影响,其结果表明:（1）土壤侵蚀与地下孔（裂）隙度具有较高相关性,地表产流、产沙随地下孔（裂）隙度的增大而减小,而地下则相反;（2）坡面径流刚产生时,雨滴击溅和薄层水流冲刷,土壤细小颗粒堵塞其毛管空隙,渗漏率减小,而地表径流量增大,土壤团聚体被破坏、分散和迁移,降水与土壤渗漏率增大,地表径流量减小,雨滴击溅增强,如此循环,降水与土壤渗漏率呈波动性变化;总体而言,地表、地下悬移质均随降雨历时呈下降趋势,而地表推移质则相反,地表、地下产流量变幅较小,趋于平行;（3）地表产流、产沙量随基岩裸露率增大呈波动性变化,总体呈下降趋势;而地下产流、产沙量随基岩裸露率增大呈波动性变化,总体呈增大趋势;（4）在较小雨强30 mm/h时,地表只产生悬移质流失,没有产生推移质流失;地表、地下产流、产沙都是随雨强增大而增大;雨强由30 mm/h增大到150 mm/h,地表累积产流量为538.5 L,累积产沙量为2 393.81 g,地下累积产流量为207.8 L,累积产沙量为687.73 g,累积产沙量的递增速率比累积产流量的递增速率要大,地表产流、产沙的递增速率大于地下产流、产沙的递增速率;（5）各因子与土壤侵蚀间相关程度为:降雨历时>雨强>地下孔（裂）隙度>基岩裸露率。该实验有助于为喀斯特地区的水土流失研究、评价及制订石漠化治理措施提供理论依据。      

贵州岩溶山区井采煤矿水土流失问题及防治对策探讨

贵州煤炭丰富,开采活跃。据统计,贵州已探明的煤炭储量约500亿t,2005年,有煤矿2143对,其中乡镇小煤矿1 700多对。煤矿开采占压土地普遍,水土流失严重,其中,仅煤矿整合、技改和新建占压土地和引起水土流失面积约达250～300 km2,新增水土流失量达100万t以上;特别是煤矿建设施工引起的水土流失最为严重,平均侵蚀模数大多高于7 500 t/a?km2,个别地段有的甚至大于15 000 t/a?km2。贵州煤矿整合新建过程中多存在“三同时”制度落实不到位、防治责任范围界定不合理、防治措施覆盖不够、树种选择不当、水土流失防治技术手段落后、水保投入不足等问题。为此,今后的井采煤矿区水土流失防治应与区域水土保持有机结合,加强岩溶山区环境与矿山水土流失关系研究,增强防治措施的科学性。同时,在水土流失方案编制时应适当扩大防治责任范围和提高预算单价。      

Catchment-scale soil erosion and sediment yield simulation using a spatially distributed erosion model

Increasing rainfall intensity and frequency due to extreme climate change and haphazard land development are aggravating soil erosion problems in Korea. A quantitative estimate of the amount of sediment from the catchment is essential for soil and water conservation planning and management. Essential to catchment-scale soil erosion modeling is the ability to represent the fluvial transport system associated with the processes of detachment, transport, and deposition of soil particles due to rainfall and surface flow. This study applied a spatially distributed hydrologic model of rainfall–runoff–sediment yield simulation for flood events due to typhoons and then assessed the impact of topographic and climatic factors on erosion and deposition at a catchment scale. Measured versus predicted values of runoff and sediment discharge were acceptable in terms of applied model performance measures despite underestimation of simulated sediment loads near peak concentrations. Erosion occurred widely throughout the catchment, whereas deposition appeared near the channel network grid cells with a short hillslope flow path distance and gentle slope; the critical values of both topographic factors, providing only deposition, were observed at 3.5 (km) (hillslope flow path distance) and 0.2 (m/m) (local slope), respectively. In addition, spatially heterogeneous rainfall intensity, dependent on Thiessen polygons, led to spatially distinct net-erosion patterns; erosion increased gradually as rainfall amount increased, whereas deposition responded irregularly to variations in rainfall.     

四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的临界条件

探明强降雨下泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件对预防泥沙灾害及减少水土流失将起到至关重要的作用。选取典型的四川紫色土试验区鹤鸣观小流域为研究对象,采用数据分类统计对比分析方法,对试验站近10年降雨径流输沙资料进行分析,研究强降雨情况下次降雨量、降雨强度和降雨历时等对泥沙输移突增的影响,找出导致泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件。研究结果表明:四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的关键特征因子为次降雨量、降雨强度以及最大径流模数;同时各关键因子的临界值分别为降雨强度5.3 mm/h,次降雨量130 mm,以耕作方式为主的坡地最大径流模数临界值为6 000 dm3/（km2·s）,以种植林草为主的坡地最大径流模数临界值为3 000 dm3/（km2·s）。     

黄土丘陵区堆积体边坡对上方来水的侵蚀响应

为探明上方来水类型对工程堆积体高陡边坡下部冲刷侵蚀的定量影响,以神府高速公路沿线典型工程堆积体陡坡坡面(36°)为例,设计4种上方来水类型,通过野外放水冲刷试验分析了不同上方来水类型下堆积体坡面的径流侵蚀输沙过程.结果表明:①上方来水类型对堆积体坡面下部的产流影响较小,却干扰了坡面侵蚀产沙过程,造成土壤流失量增加;②径流深、单宽径流侵蚀力和水流功率均可以较好地预测堆积体边坡下部输沙模数的变化;③单宽径流侵蚀功率可以作为表征坡面尺度次径流事件中径流侵蚀力变化的指标.研究结果可为工程堆积体土壤侵蚀强度评价、侵蚀模型建立及新增水土流失防治提供参考.