人类活动对长江干流水沙关系的影响的分析

长江是我国的第一大河流,径流量和输沙量分别居世界第四位和第五位,其水沙关系的变化与河流生态系统的健康与稳定关系密切.近几十年来,由于受人类活动的影响,长江干流水沙特性在一定程度上发生了变化.本文利用宜昌、汉口、大通水文站50多年的日流量和日舍沙量资料,研究了三站水沙相关关系、水沙双累计关系、多年月平均径流量和输沙量的变化特性.研究表明长江干流水沙具有一定的相关关系,但受人类活动的影响不断发生着变化,导致水生生物生存环境的改变.     

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。     

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。     

黄河天然径流量变化分析

分析了黄河流域主要干支流水文站1950－1999年间不同年代、丰枯段天然径流量年际和年内分配变化情况，以及花园口水文站天然径流量组成的变化特点。研究结果表明，50年间，黄河天然径流量发生了一些变化，尤其是支流变化幅度远干流变化幅度。花园口天然径流量组成50年间同样发生了一定的变化，表现在上游来水比例略有上升，中游来水比例略有下降。     

长江流域干流水沙阶段性分析(1956～2009年)

由于自然因素和人类活动的影响,近年来长江水沙过程发生了变化,径流量和输沙量变化尤为引人关注。采用Mann-Kendall检验方法和累积距平方法分析了长江流域干流屏山站,屏山站,朱沱站,宜昌站,汉口站和大通站(1956～2009年)年径流和年输沙量的变化情况。结果表明,长江流域年径流量阶段性变化大体上分为,上游:丰-枯-丰3个阶段,中下游无明显趋势变化。年输沙量上游:枯-丰-枯-丰-枯共5个阶段,中下游:丰-枯两个阶段。并且年径流量在2006年前后发生明显突变,年输沙量除屏山站在1962和2006年发生突变,朱沱站在2001年出现突变外,其他站点无明显突变。     

长江流域干流水沙阶段性分析

由于自然因素和人类活动的影响,近年来长江水沙过程发生了变化,径流量和输沙量变化尤为引人关注。采用Mann-Kendall检验方法和累积距平方法分析了长江流域干流屏山站,屏山站,朱沱站,宜昌站,汉口站和大通站(1956～2009年)年径流和年输沙量的变化情况。结果表明,长江流域年径流量阶段性变化大体上分为,上游:丰-枯-丰3个阶段,中下游无明显趋势变化。年输沙量上游:枯—丰—枯—丰—枯共5个阶段,中下游:丰—枯两个阶段。并且年径流量在2006年前后发生明显突变,年输沙量除屏山站在1962和2006年发生突变,朱沱站在2001年出现突变外,其他站点无明显突变。     

辽河流域干流水文情势特征变异分析

通过对辽河流域干流水文情势年际变化、年内变化过程进行分析表明:2000年以来辽河干流径流量大幅度缩减,且河流沿程年径流量变化趋势一致,主要是干流上游入境断面来水量急剧减少影响。总体来说,辽河干流径流量主要来源于辽宁省境内的区间产流,由于辽宁省近年来用水基本保持稳定,且区间大型水库多位于支流、调节能力有限,流域的水文情势的年际和年内变化主要受上游境外来流的影响。     

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。     

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。     

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。     

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。     

人类活动和气候变化影响下的黄河下游 月径流时-频综合特征的小波分析-自组织映射网络（WA-SOM）分析

以黄河利津站54年（1950～2003年）的月径流序列为基础资料,以1970年为分界点,对比分析黄河下游1950～1969年和1970～2003年的各月径流序列和年径流序列的变化特征;  并把 1950～1969年和 1970～2003年的各月径流序列的特征值和主周期作为自组织映射网络（SOM）的输入向量,分别建立小波分析-自组织映射网络（WA-SOM）耦合模型,根据其输出结果对比分析1970年前后黄河下游各月径流序列的变化情况。研究表明: 1970年以后,黄河下游各月径流量明显减少,各月径流序列（除1月和12月）的C_V和C_S显著增大,整体来看,主周期变得更加复杂;  并且在1970年之后,3月、4月、5月和6月的径流序列变得相似,汛期8月、9月和10月的径流序列特征差异很大。     

嘉陵江不同区域场次洪水输沙规律

对于雨洪河流,河流年输沙量主要来源于1场或几场高强度暴雨洪水过程,开展流域次洪输沙规律研究对认识流域水沙变化特性、提升流域产输沙的预测能力具有重要意义。利用嘉陵江流域小河坝站、罗渡溪站、武胜站及北碚站的历年场次洪量与输沙量资料,基于径流侵蚀功率理论和M-K分析等方法,系统分析了嘉陵江不同区域的次洪输沙特性。结果表明:嘉陵江流域汛期洪量和输沙量主要来自于嘉陵江干流;嘉陵江不同区域场次洪量均呈不显著减少趋势,次洪输沙模数（输沙量）总体呈显著减少趋势,但小河坝站2013—2020年次洪输沙模数（输沙量）呈显著增加趋势;随着径流侵蚀功率的逐渐增加,各区域不同时段的次洪输沙模数（输沙量）的变幅逐渐减小;嘉陵江干流区武胜站场次洪水输沙过程受人类活动影响最大、渠江罗渡溪站次之、涪江小河坝站最小;受汶川地震及强降雨等影响,小河坝站和北碚站2013—2020年次洪输沙量较1999—2012年有一定程度增加,但北碚站增幅小于小河坝站。     

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.     

黄河流域近期水沙变化及其趋势预测

针对黄河水沙近期发生显著变化的现象,利用黄河上中游干支流水文泥沙定位观测资料,综合"水文法"、"水保法"和数学模拟等多种方法,对黄河流域1997-2006年水沙变化情势进行了评估,分析了水沙变化机制,并预测了未来的变化趋势。分析表明,与多年平均相比,黄河河源区径流量年均减少43.90亿m3,其中降雨等自然因素的影响量占92.26%,人类活动影响量占7.74%;与1970年前相比,黄河实测径流量年均减少112.1亿m3,其中水利水土保持综合治理等人类活动作用占76.50%,因降雨影响占23.50%;实测输沙量较1970年以前年均减少11.80亿t,其中水利水土保持综合治理等人类活动的作用为49.75%,降雨的影响为50.25%;人类活动与降雨变化对水沙变化的影响差异较大,就黄河中游地区总体而言,人类活动的减水作用远大于降雨的影响,人类活动的减沙作用与降雨影响基本相当,不宜笼统说黄河中游水沙变化主要是人类活动所致或主要是降雨变化所致; 2050年以前黄河来水来沙量总体呈平偏枯趋势,但不排除个别年份或短时段仍会发生丰水丰沙的可能性。     

南方多沙河流水沙演变特征及水库的影响分析

以我国南方一多沙河流控制性水文站1959~2010年共52年的实测水沙资料为基础,运用Mann-Kendall法、变差系数、类比法和灰色系统理论等分析了该河的水沙演变特征及其梯级开发的影响。结果表明:①该河的水沙演变特征具有明显的年代际差异;在梯级开发前水沙均呈上升趋势,在梯级开发建库后呈下降趋势;输沙量的变化较径流量的变化显著。②水沙变化呈正相关关系;梯级开发后径流量和输沙量都明显小于梯级开发前;在1986年和2008年水沙关系有较明显的变化。③梯级开发会使径流量和输沙量减少;梯级开发是该河2008年水沙关系发生变化和输沙量明显减小的主要原因。     

Impact of human activity and climate change on suspended sediment load: the upper Yellow River, China

Fluvial suspended sediment has multi-fold environmental implications and the study of the variation in suspended sediment load (SSL) of rivers is important both in environmental earth sciences and in river environmental management. Based on data collected for the upper Yellow River of China in the past 50–60 years, the purpose of this study is to elucidate the impact of human activity and climate change on SSL, thereby to provide some knowledge for the improvement of the drainage basin management. The results show that the SSL of the upper Yellow River exhibited a remarkable decreasing trend. A number of reservoirs trapped a considerable amount of sediment, resulting in a reduction in SSL at Toudaoguai station, the most downstream station of the upper Yellow River. The analyses based on Mann–Kendall’U and double-mass plot indicate some turning points, which were caused by the Liujiaxia and Longyangxia Reservoirs, two major reservoirs on the upper Yellow River. The implementation of soil and water conservation measures reduced the runoff coefficient, and therefore, the intensity of soil erosion. The climate change also played a role in reducing sediment yield. The increase in air temperature enhanced the evapo-transpiration and reduced the runoff, by which the SSL decreased. The decreased frequency of sand-dust storms reduced the amount of wind-blown, sand and dust to the river reaches located in desert, also reducing the SSL. Seven influencing variables are selected to describe the changing human activity and climate. As some of the influencing variables are strongly inter-correlated, the principle component regression was used to establish the relationship between SSL and the influencing variables. The squared multiple correlation coefficient is R ² = 0.823. Some further research is suggested with the minerals and pollutants related with the SSL.     

黄河源区气候向暖湿转变的观测事实及其水文响应

基于黄河河源区干流各水文站和有关气象站、雨量站的气温、降水与径流观测资料, 分析了该区域的气候变化特征与趋势及其水文响应. 结果表明: 在全球变暖的大背景下, 自20世纪80年代后期开始西北地区西部新疆、甘肃河西走廊西部等地降水量显著增加、气候明显由"暖干"转向"暖湿"后, 到21世纪初的年代中期后黄河源区降水量亦出现明显的增长, 气候明显转向暖湿. 最新的观测数据显示, 2005年以来河源区平均年降水量已连续多年超过多年均值进入一个多雨期, 河源区各断面来水量也于2008年后连续多年超过多年均值, 进入一个连续丰水段, 并于2012年达到了自1989年以后20余年来的最大值. 这种变化的前景如何, 目前尚不能确定, 尚需对未来河源区气候在时间与空间上变化的速度和程度进一步观察和分析. 根据对与该区域气候关系密切的东亚季风活动的研究成果以及对河源区气候与径流变化的观测事实及趋势推测, 未来黄河源区气候向暖湿的转化在时间尺度上年代际的可能性较大.     

黄河流域天然河川径流量演变归因分析

受气候变化和人类活动影响,黄河流域水资源量持续衰减。以往水资源归因分析的研究主要针对气候变化和人类活动对实测径流量衰减的贡献,对天然径流量衰减的原因关注不够,不利于支撑黄河流域水资源高效利用和科学管理。基于黄河二元水循环模型评价不同时期黄河流域天然河川径流量,并采用多因素归因分析方法分析主要影响因素对天然河川径流量衰减的贡献。结果表明,2016年水平年情景相比于1956—1979年水平年情景,花园口断面多年平均天然河川径流量减少114.6亿m3,其中气候变化、下垫面变化和社会经济取用水影响的贡献率分别为24.4%、25.0%和50.6%。从分区来看,兰州以上气候变化是主导因素,兰州以下人类活动是主导因素。为遏制天然河川径流量衰减的趋势,促进黄河流域生态保护与高质量发展,应加强深度节水、刚性控水、适度增水、强化管水和立法护水。