黄土丘陵沟壑区流域系统侵蚀与产沙关系

从长期来看流域系统的侵蚀与产沙基本可以达到平衡,泥沙输移比约等于１。但次降雨或分年度泥沙输移比有相当大的变幅,在短期内会经常存在泥沙的滞留和滞留的泥沙被重新锓蚀搬运,而出现泥沙输移比小于１和大于１的情况。这主要与降雨的空间分布和洪峰增减幅度及径流深度增减幅度密切相关。流域系统次降雨泥沙输移比及各级沟道含沙水流的挟沙能力变化可用单位面积上洪峰增减幅度变化时暴雨洪水的剪切力的转化机制来描述。     

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     

黄河中游地区流域产沙中的地貌临界现象

地貌现象的演化常常存在着由量变到质变的临界条件.地貌临界是地貌学研究的重要理论问题之一.本文利用黄河中游地区近60个水文测站资料,探讨了流域产沙量随降雨、植被和流域面积变化过程中的地貌临界现象.结果表明,流域产沙量与年降雨量之间关系遵循Langbein-Schumm曲线,最大产沙量大致出现在年降雨量400mm左右的半干旱草原区,即无定河以北的皇甫川、孤山川、佳芦河流域.同时,由沙黄土、砒砂岩流域向基岩山地流域过渡,流域产沙量峰值趋于减小,而峰值出现所需要的降雨量渐趋增大,显示出不同自然地理地带和地域最大产沙区位置和产沙强度的不同.流域产沙量与植被之间呈现为相当好的非线性负相关关系.流域产沙量随植被变化存在着二个临界值,一是当流域植被覆盖度等于30%时,另一是当植被覆盖度等于70%时.这一现象以往只是在试验小区或试验流域见到,本研究表明,类似的现象在天然河流流域也存在.受流域上下游不同生物气候及下垫面特性的控制,流域产沙量随流域面积的增大呈现出复杂多样的变化,可以是增加,也可以是减少.然而,对于大多数复合流域来说,随着流域面积的增大,流域产沙量一开始趋于增加,当流域面积接近1000 km2左右时,流域产沙量达到最大,而当流域超过1000 km2以后,流域产沙量反而趋于减少,呈现出明显的地貌临界现象.     

坡长对坡耕地侵蚀产沙过程的影响

模拟降雨试验结果揭示出随着坡长增加,径流与侵蚀产沙量越大。当坡长小于１５ｍ时,累积侵蚀模数与降雨历时关系明显呈线性,其斜率随坡长增加而渐陡,当坡长大于１５ｍ时,累积侵蚀模数与降雨历时明显是非线性关系;坡长是导致细沟侵蚀的重要因素。细沟发育时,其侵蚀产沙量大约是坡面或细沟间的２－５倍;当细沟趋于稳定时,与无细沟发育的坡面水流含沙量值类似。在４０ｍ坡长小区,其单位时间侵蚀模数与２５ｍ坡长小区无明显差异,水流含沙量并无明显增加,显示出当坡长大于临界坡长时的变化过程规律。利用等高植物篱或等高地梗减少坡长有效值,可以大大降低单位面积上的土壤流失量。     

基于DEM黄土丘陵沟壑区不同尺度流域地貌现状及侵蚀产沙趋势

基于流域DEM对各个集水区进行划分,提取流域沟壑长度、平均高程、平均坡度等信息,并运用EXCEL、SPSS对这些信息进行分析处理,计算出沟壑密度、流域相对高程、面积-高程积分值,并结合流域侵蚀产沙数据以及实地考察情况,借助地貌学的相关理论,分析流域不同区域内、不同尺度流域地貌发育及侵蚀产沙情况.研究发现,流域左右两岸支流的发育数目、形状受邻近流域的影响;面积-高程积分值的大小能反应流域的地貌现状与侵蚀趋势,蛇家沟与岔巴沟的面积-高程积分值分别为0.547 5、0.463 7,但面积-高程积分值的大小及变化趋势还与流域最低点是否达到基岩有关;沟壑发育分为长度发育与宽度发育两个阶段,沟壑密度只是衡量地貌的一个重要指标,沟壑密度对流域侵蚀产沙的影响与沟壑的发育阶段有关;一般情况下产沙模数的大小与流域面积大小没有直接的关系,主要看流域内的地貌的发育阶段.     

长江上游侵蚀产沙与社会经济因子的关系

近年来,随着一系列水利水保工程的建设和使用,长江上游地区人类活动改变泥沙过程的作用越发明显,有必要对其地位和作用进行宏观层面的分析。以四川省和重庆市为例,利用2007 年和1989 年县域截面数据研究了长江上游侵蚀产沙与社会经济因子的关系,结果表明：人口密度、耕地面积与侵蚀产沙具有显著的相关性,其中人口密度与侵蚀产沙的联系更为紧密,并且存在一个临界区间,当人口密度超过这个临界,侵蚀产沙随着人口密度与耕地面积的增加而减少;反之,则侵蚀产沙随着人口密度的增加而增加。这种临界现象实质上体现了地形、降水、土壤等自然环境对产沙的影响,也有部分人为作用。从时空变化来看,人口在不断的向产沙较少、自然条件良好的地区集中,从产沙较多、不适宜生产生活的地区迁离。自然因子对东部高人口密度地区产沙影响较小,对西部低人口密度地区的影响较大。总体上,自然因子对长江上游产沙格局的影响占主导。     

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.     

黄河中游的侵蚀环境与植被恢复前景

黄土高原的土壤侵蚀和生态环境问题世界瞩目。在保证蓄水拦沙效益基础上,提高林、草保存率,使植被恢复得到最佳的生态效益,是黄土高原环境整治中亟待解决的关键问题。本文根据黄土高原不同空间地理位置的流域、重点县水文监测资料,研究了气候、地表覆被、土地利用方式的变化对流域侵蚀产沙的影响以及流域产沙与地理环境要素间的耦合关系,定量分析了黄土高原,特别是多沙粗沙区自然与人文要素对流域侵蚀产沙的综合影响和因子的权重分析,并利用天然降雨植被生态需水适宜性系数和林、草恢复度的概念,重点探讨了黄河中游主要产沙区、尤其是多沙粗沙区退耕还林等土地利用方式宏观格局变化与植被恢复前景。研究表明,在植被生长主要依赖天然降雨的黄土高原,生物措施(植被类型)要与自然带相适应,应根据植被恢复度和植被生态需水适应性系数来进行宏观植被的恢复与实施。这是目前在不断增长的人口压力下,进行水土保持,解决好经济发展与环境保护、减少垦殖率与保证老百姓的基本农田、造林种草与植被类型的自然适应性、以及控制泥沙作用中生物措施与工程措施合理布局等诸多矛盾的关键所在。     

流域侵蚀产沙人类活动影响指数研究——以长江上游为例

流域产沙是土壤侵蚀的重要反映, 受降雨等自然要素和人类活动的共同作用。采用退 耦理论的思想和差分方法推导出流域侵蚀产沙人类活动影响指数的简易估算方法, 并对长江 上游的金沙江、乌江、嘉陵江、岷江分别计算人类活动总体贡献率。结果表明, 各流域人类 活动对侵蚀产沙变化的贡献率达72%～97%,总体上属于抑制侵蚀的正向活动。长江上游输 沙量呈阶段梯级变化, 根据流域侵蚀产沙人类活动影响指数的距平累积变化的突变特征将 1955～2009年划分为5个阶段并分析了每个阶段人类活动的主要特点及其对侵蚀产沙的影响。 其中, 20世纪80年代中期以前河流输沙量较大, 主要与“一五”、“大炼钢铁”、“三线建设”、 农村改革前期不稳定因素等密切相关, 而70年代河流输沙量较小是受当时大搞农田基本建设 和采取“挑沙面土”、“边沟背沟”等传统水土保持措施的影响, 80年代中期后河流输沙量明 显减少, 主要受社会经济稳定有序发展、水保工程的实施及大兴水库建设等影响。     

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。     

2000-2017年河龙区间输沙量锐减归因分析

2000年以来,黄河输沙量锐减。科学认识黄河输沙量变化原因,具有重要意义。以河龙区间为研究对象,分析了河龙区间输沙量变化趋势,构建了梯田、淤地坝以及植被等大规模生态建设措施的减沙贡献率计算方法,阐述了2000-2017年河龙区间输沙量锐减原因,针对河龙区间输沙量变化趋势和治理格局,提出了河龙区间治理对策。主要结论为：① 1952-2017年,河龙区间年降水量无显著变化趋势,研究区年输沙量呈现极显著减少趋势（p < 0.001）;② 1979年和1999年为研究区输沙量发生突变的两个时间节点（p < 0.05）,1952-1979年区间年均输沙量为9.30亿t,1980-1999年区间年均输沙量为4.20亿t,2000-2017年均输沙量大幅降至1.03亿t,降幅达89%;③ 受植被和梯田共同影响,2000-2015年研究区坡面土壤侵蚀量变化介于1.90亿~5.13亿t之间,且呈下降趋势;2000-2011年河龙区间淤地坝年均拦沙量为1.38亿t;④ 植被恢复是河龙区间输沙量减少的主要原因,贡献率为54%,梯田和淤地坝合计贡献了34%,水库拦沙和引水取沙贡献了12%;⑤ 植被恢复主要导致径流含沙量降低,而淤地坝建设主要降低了流域泥沙输移比。     

黄河中游河口龙门区间水沙变化特征分析

黄河中游河口-龙门区间是我国乃至世界上水土流失最严重的地区,多年来大规模的水利水保工程建设使得该区产流产沙条件发生明显变化,因此,分析该区水沙变化特征及水沙变化原因具有重要意义。选取黄河中游河口-龙门区间下游龙门站1957—2005年水沙量水文观测资料代替区间资料,进行一致性检验后,运用小波分析、Mann-Kendall趋势检验、均差累积等统计方法对河口-龙门区间水沙变化特征进行分析,结果表明:该区水沙年内分配不均匀,年际变化大;该区水沙都呈显著的减少趋势,径流量和输沙量分别具有两个和4个明显的阶段性变化特征;水沙双累积曲线显示该区沙特性发生明显变化。在此基础上,通过分析该区水土保持面积与减水减沙量的相关关系表明,其具有良好的线性关系,进一步验证了水利水保措施是该区水沙减少的主要原因这一结论。     

Slope-gully erosion relationship in small catchments of the middle reaches of the Yellow River

1introductionThetopiconslope-gUllyerosionretahonshipinsmallCatclunentSofthendddiereaChesoftheYellowhiverhaslongbeenconcernedbyscienhstsinreleVantdepartmentSasthere~hresultwouldprovidescienuncbasisforop~erosioncontrolteChniqueanddeCisionmaking.AlthoughnumerousfieldStUdiesonedmentso~sinasmallCatchmentinthecoddlereachesoftheYellowmyerhavebeendriedcuLyetcurrentviewPOintSweredrawnduetodifferentresearchmethodsappliedTheproblemofsedimentsourcesonasmallcatClunentinthecoddlereachesoftheYellowhiv…     

黄河中游小流域坡沟侵蚀关系研究

根据坡面水下沟时在沟坡（道）上“净产沙增量”的概念,探讨了沿程含沙水流侵蚀特性的变化和坡沟侵蚀关系及产沙机理,并采用成因分析法定量确定了典型小流域的泥沙来源。     

黄河中游多沙粗沙区流域坡面水保措施变化特征

选用Landsat TM、环境星CCD、SPOT4 和资源三号卫星影像等多源地学数据,通过人机交互式解译和修订土地利用与梯田数据,提出用相邻图幅递进回归分析法消除NDVI时相差异后反演植被盖度,构建起退耕还林还草面积比例、植被盖度均值变化量和有效梯田累计保存面积比例3 个坡面特征变化指示参数后,运用综合聚类分析和多要素贡献率模型研究黄河中游多沙粗沙区的流域坡面水保措施变化特征。结果表明：（1） 1998-2010 年间研究区内流域坡面水保措施变化显著,平均退耕还林还草面积比例为5.55%,平均林草植被盖度均值增加20.63%,平均有效梯田累计保存面积比例达6.25%;（2） 多要素水保措施变化共同作用下的流域坡面变化特征主要有7 种类型,即植被盖度变化主导型、植被—土地变化主导型、土地—植被变化主导型、植被—梯田变化主导型、梯田—植被变化主导型、梯田面积变化主导型和多要素变化共同主导型;（3） 不同类型的空间分布存在一定的地貌背景差异,后续研究应结合流域坡面变化特征及其地貌格局来优化配置水保措施,并合理估计水沙模型模拟的敏感性参数。     

黄河头道拐—潼关区间植被恢复及其对水沙过程影响

黄河头道拐—潼关区间是黄河泥沙的主要来源区,也是中国植被恢复最快的地区.植被的快速恢复对径流和输沙过程产生了深远影响.本文基于250 m分辨率的归一化植被指数数据(MOD13Q1 NDVI),使用统计分析和趋势分析技术,分析了头道拐—潼关区间不同景观单元植被恢复特点、影响因素以及其对水沙过程的影响,并对头道拐—潼关区间...     

黄河口泥沙淤积估算问题和方法——以钓口河亚三角洲为例

以往在黄河三角洲沉积量的估算中,对沉积物干容重和计算边界等问题不够重视,导致计算结果存在明显出入。本项研究通过广泛收集资料和大量采样分析得到了多种沉积环境下沉积物干容重的计算模型,结合三角洲沉积结构分析和利用地形测量数据,计算了黄河口钓口河流路时期亚三角洲不同时期的沉积量。其中1965年至1974年间钓口河亚三角洲前缘坡脚以内的总淤积量为71.0亿t。其平均干容重为1.36g/cm³。这一干容重用于估算其它亚三角洲沉积量不会造成明显误差。认为忽略三角洲下松软沉积层的压实沉降、三角洲平原相和前缘相中粘性土与非粘性土干容重的差别以及来沙量的测量误差对计算结果影响较小。     

风力侵蚀对无定河流域产沙作用定量分析

本文利用无定河的水文泥沙观测日值资料和该流域内及周围气象站气象观测月值资料,通过流域的水沙关系与各年风蚀气候因子,估计了风力作用对无定河流域产沙的贡献量。结果揭示出:在风沙区,由于水力的搬运作用仍然决定了流域输沙量的大小,所以风力作用产生的输沙模数很小,在总输沙量中只占约1/4;风力作用增加输沙量比例最大的地区是穿过风沙区和丘陵沟壑区交界区,既有活跃的风沙活动又有强烈的黄土水蚀,风力和水力形成强耦合侵蚀搬运作用的干流上游,占输沙量的1/3以上;位于靠近风沙区并有片沙分布的黄土丘陵沟壑区的流域,风蚀产沙占流域输沙量的比例约为1/10;在黄土丘陵沟壑区,相对强烈的水力侵蚀,风力作用对产沙影响较小。整个无定河流域风力作用产生的输沙量包括入河风沙、降尘以及风力与水力的耦合侵蚀搬运作用可能增加的泥沙,接近流域总输沙量的1/6。     

黄河干流龙门至三门峡间泥沙沉积汇的研究

龙门-三门峡河段是黄河干流3大沉积汇之一.运用泥沙收支平衡方法,基于1920-2006年间长系列实测水沙资料,研究了这一沉积汇的存贮、释放和泥沙输移过程及其变化.研究表明.87年尺度上,龙门-三门峡沉积汇泥沙存贮量的变化可以划分为4个阶段:(1)1920-1959年,处于"准自然"状况下,泥沙存贮量缓慢增加:(2)1960-1967年,由于三门峡水库拦沙,导致泥沙存贮快速增加;(3)1968-1985年,三门峡水库先后经历"滞洪排沙"和"蓄清排浑"运用阶段,泥沙的存贮与释放接近于平衡;(4)1986-2006年,人类大量引水,在来沙量减小的情况下,泥沙存贮量增加.在年内,龙门-三门峡间泥沙沉积汇表现出泥沙的存贮-释放过程的交替,7月至8月主汛期,表现为泥沙存贮;9月至次年5月,泥沙存贮量为负值,表现为泥沙释放.公元155年至2006年的1800余年间,龙门-潼关沉积汇的沉积速率经历了一个由加速到减慢的旋回,其形成原因可以用人类活动方式与强度的变化来解释.在三门峡水库修建前的"准自然"时期,泥沙的存贮量和排沙比均与来水、来沙及其组合有密切的关系.总来沙量越大,含沙量越大,来沙系数越大,则泥沙存贮量越大而排沙比越小.     

四川紫色土地区鹤鸣观小流域分布式侵蚀产沙模型

从四川省南部县鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟为研究区,构建了适合紫色土地区小流域分布式侵蚀产沙模型。该模型以20m×20m栅格为空间步长,以10min为时间步长,定量分析鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟水土流失程度,模拟了各时段每个栅格次降雨侵蚀产沙过程,计算了每个栅格次降雨径流量、侵蚀量与沉积量,并且运用递归算法计算出整个流域次降雨侵蚀产沙量,模型能够评价流域下垫面各因子空间分布不均匀性和人类活动的影响。在鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟进行了模型的检验,模拟过程与实测结果符合较好。