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。     

1998—2012年黄河流域植被覆盖变化时空分析

利用黄河流域1998—2012年SPOT-NDVI数据及同期119个气象站的降水数据,计算每个像元的NDVI变化趋势,并结合植被降水利用效率来分析近15年来黄河流域植被覆盖的时空变化特征。结果表明：（1） 多年平均的植被指数有明显的空间差异性,随着纬度的增加,NDVI平均值呈降低趋势;（2） 从时间序列来看,黄河流域的植被覆盖呈逐年增加趋势,其中黄河上游NDVI值增长最为缓慢,中游保持稳定增长,下游增长最快;（3） 近15年来黄河流域植被覆盖的改善区域面积大于退化区域,植被恢复明显。最后,结合NDVI变化趋势和植被降水利用效率对上述结果进行了验证。     

黄河源区植被指数与干旱指数时空变化特征

标准化降水蒸散发指数(SPEI)是评估气候变暖背景下区域干旱的重要指标。基于生态功能分区,利用MODIS-NDVI数据和SPEI指数,探讨2000—2014年黄河源区植被指数和干旱指数的年际变化、空间分布规律以及两者之间的相关关系。结果表明:(1)2000—2014年黄河源区NDVI和SPEI总体上均呈波动上升趋势,植被覆盖状况略有好转,干旱程度有所降低;(2)NDVI与SPEI变化趋势的空间分布特征大致相同,东南部区域总体呈减少趋势,西北部区域总体呈增加趋势;(3)黄河源区降水量是影响植被生长的主要因子,也是影响SPEI变化的主要条件。当0.3NDVI0.6时,SPEI对NDVI的影响较强,当NDVI0.6时影响较小;(4)黄河源区大部分地区NDVI与SPEI呈正相关,其中呈显著正相关的区域分布在青根河生态区以及黄河源头生态区植被覆盖度较低区域;小部分地区由于受到人类活动的干扰,使NDVI与SPEI呈负相关或相关性较弱,其中呈显著负相关的区域在黄南草原生态区及周围草地退化、生物多样性敏感的区域。黄河源区干旱程度的下降对植被覆盖的增加有促进作用,为该区域的生态恢复提供了有利条件。     

黄河中游多沙粗沙区水沙变化趋势及其主控因素的贡献率

随着气候变化和人类活动影响加剧,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化剧烈,因此研究影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量的驱动因素对预测未来水沙变化具有重要意义。本文选取Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变点检验法,位置、尺度、形状的广义可加模型以及累积量斜率变化率比较法对黄河中游多沙粗沙区15个水文站控制流域1956-2010年的年降水量、年径流量以及年输沙量变化特征及其贡献率进行分析,确定影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的主要原因。结果表明：① Mann-Kendall趋势检验在5%的显著性水平下,表明降水量虽呈减少趋势但并不显著,径流量和输沙量则有显著的减少趋势;② Pettitt突变点检验得出所研究区域径流量和输沙量的突变年份在1972年、1985年以及1996年左右;③ GAMLSS模型分析结果同样表明降水的均值不随时间发生变化,但降水的方差有减小的趋势;④ 通过累积量斜率变化率比较法得出,人类活动对窟野河流域径流输沙的影响大于无定河流域。通过分析黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的原因,可为黄河中游多沙粗沙区水资源合理分配提供一定的理论支持。     

黄河上游近60 a径流量与降水量变化特征研究

为探究黄河上游径流量与降水量变化特征,基于唐乃亥、下河沿、头道拐3个水文站近60 a的降水量、径流量资料,采用线性倾向趋势检验、Mann-Kendall检验法（M-K趋势检验）、Spearman秩次相关检验、M-K突变检验、Pettitt非参数检验、有序聚类分析、累积距平法、双累积曲线等分析方法对比研究了黄河上游及上游不同子区域降水量和径流量的变化特征,并讨论了径流量对降水量的响应关系。结果表明：黄河上游降水量呈不显著增加趋势,在2003年发生突变,突变前后变化率为4.67%;径流量呈显著减少趋势,突变年份为1986年,突变前后变化率为35.34%。3个子区域年降水量变化趋势分别呈显著增加、不显著增加和显著减少趋势,径流量均呈减少趋势。以唐乃亥以上的Ⅰ区为基准区时,唐乃亥—下河沿所在的Ⅱ区降水量因素对径流量的影响达到25.08%,非降水量因素为74.92%,而下河沿—头道拐的Ⅲ区,降水量对径流量的影响为32.14%,非降水量因素为67.86%。研究结果对黄河流域水资源综合管理与科学配置具有参考意义。     

中国植被NDVI与气候因子的年际变化及相关性研究

根据1982-2006年全国GIMMS NDVI资料,以及全国583个气象站点的气温和降水量数据,以像元为计算单元,分别以植被分区和气象站点为对象分析了植被NDVI、≥10℃积温和降水量的年际变化及相关关系。结果表明:(1)全国及各分区≥10℃积温均呈显著的增加趋势,降水量和植被NDVI整体上呈减小趋势,植被覆盖面积略有增加,且≥10℃积温增速越大则降水量减速越小。(2)全国植被NDVI与≥10℃积温和降水量分别呈微弱的负相关和正相关。由于地形地貌、地理位置以及人类活动作用的差异性,不同植被分区相关性有所差异。(3)秦岭-淮河以北地区,降水量是影响植被生在的限制性气候因子。而秦岭-淮河以南地区,植被NDVI与≥10℃积温和降水量的分布无显著性规律。     

河西内陆河流域绿洲面积对地表径流的响应

利用NASA AVHRR NDVI 3g遥感资料计算得出河西内陆河流域植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）,将NDVI>0.20区域视为绿洲,通过计算绿洲区NDVI的变差系数和线性斜率分析1982—2013年绿洲面积变化,并进一步分析其对地表径流的响应特征。结果表明：河西内陆河流域绿洲整体呈扩张趋势,扩张区域主要在绿洲边缘区、河流两侧和尾闾;小规模斑块绿洲的破碎度呈增加趋势,连片的绿洲核心区相对稳定;绿洲面积随着出山径流变化呈现出阶段性特征,山区降水量对绿洲变化的贡献率约为地表径流贡献率的一半,冰川融水对绿洲面积变化的贡献率自东向西依次增加,绿洲区降水的贡献率则依次减少。     

基于NDVI的黄河源区生长季植被时空变化及其与气候因子的关系

为掌握黄河源区植被变化趋势及其与气候因子的关系,本研究利用2000—2013年Terra/MODIS NDVI数据和同期气温、降水资料,通过一元线性回归分析、相关分析等方法,对黄河源区生长季植被时空变化及其与气候因子进行关联分析。结果表明:黄河源区多年平均生长季NDVI整体表现为由东南向西北递减。2000—2013年,黄河源区生长季NDVI呈波动上升趋势(P0.01);生长季各期NDVI均在增加,其中生长季初期NDVI增加较显著。近十几年NDVI无显著变化区域占黄河源植被覆盖区面积的69.58%,分布广泛;极显著和显著增加区域占28.88%,集中在黄河源东北部、扎陵湖和鄂陵湖周围;极显著和显著减少区域仅占1.54%,主要以小斑块状分布在扎陵湖、鄂陵湖以上源头区。生长季NDVI与气候因子显著正相关区域和NDVI增加区域高度一致,意味着黄河源区暖湿化促进了植被生长,而降水是影响黄河源区植被生长的主导因子。气温和降水对黄河源区植被生长影响的最大时间滞后效应约为16天或32天,且气温对黄河源区植被生长的影响还具有显著的同期效应。     

人类活动和气候变化对红碱淖植被覆盖变化的影响

利用GIMMS NDVI、SPOT VGT两种归一化植被指数(NDVI)数据和气候资料对红碱淖地区植被覆盖变化、气候变化进行了研究, 从气候变化和人类活动的角度分析了植被覆盖变化的原因。结果表明,1957—2007年期间红碱淖地区温度上升趋势显著,降水经历了由少许的增加转向减少的过程,进入了一个相对干旱气候态。1982—2007年期间红碱淖地区植被覆盖变化趋势是在波动中逐渐增加,大致经历了4个阶段：①1982—1988年植被覆盖持续增加;②1989—1998年小幅波动,相对稳定;③1999年植被覆盖迅速下降,1999—2001年维持较低值;④2002年快速增加到较高水平,2007年达最大值。气候变暖使春季生长季节提前、秋季生长期延长。春季的降水量对春季的植被覆盖影响明显,春夏之交降水量对NDVI的影响存在一个月的滞后现象。生长季的降水量变化趋势与植被覆盖的变化趋势相一致。夏季温度上升加速了地表蒸散发过程,同时降水具有减少的趋势,干旱对植被生长有抑制作用,夏季的植被覆盖却在显著增加。     

黄河流域NDVI时空变化及其与降水/径流关系

NDVI是表征区域植被覆盖的重要指标。本文把黄河流域划分为 16个区域 ,利用Pathfinder (探路者 )的AVHRR NDVI资料 ,得到各区域 1982～ 1998年NDVI统计序列 ,详细分析了各区域NDVI时空变化特征。研究表明 ,17年来黄河流域各分区年平均NDVI都呈增加趋势 ,说明植被覆盖增加 ,生态环境好转 ,但是 8月份龙羊峡以上和兰河干流区间NDVI则有所下降 ,生态环境有局部恶化趋势。最后研究各区域NDVI与降水、径流和径流系数的年内、年际相关关系 ,结果表明 :从年内变化看 ,黄河流域各区域NDVI变化与降水、径流变化呈明显的正相关 ;从年际变化看 ,黄河流域各区域NDVI波动趋势与降水具有一定的相关性 ,但与径流、径流系数变化的关系相对复杂 ,不具有明显的相关性     

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.     

Inter-annual variations in vegetation and their response to climatic factors in the upper catchments of the Yellow River from 2000 to 2010

To understand the variations in vegetation and their correlation with climate factors in the upper catchments of the Yellow River, China, Normalized Difference Vegetation Index（NDVI） time series data from 2000 to 2010 were collected based on the MOD13Q1 product. The coefficient of variation, Theil–Sen median trend analysis and the Mann–Kendall test were combined to investigate the volatility characteristic and trend characteristic of the vegetation. Climate data sets were then used to analyze the correlation between variations in vegetation and climate change. In terms of the temporal variations, the vegetation in this study area improved slightly from 2000 to 2010, although the volatility characteristic was larger in 2000–2005 than in 2006–2010. In terms of the spatial variation, vegetation which is relatively stable and has a significantly increasing trend accounts for the largest part of the study area. Its spatial distribution is highly correlated with altitude, which ranges from about 2000 to 3000 m in this area. Highly fluctuating vegetation and vegetation which showed a significantly decreasing trend were mostly distributed around the reservoirs and in the reaches of the river with hydropower developments. Vegetation with a relatively stable and significantly decreasing trend and vegetation with a highly fluctuating and significantly increasing trend are widely dispersed. With respect to the response of vegetation to climate change, about 20–30% of the vegetation has a significant correlation with climatic factors and the correlations in most areas are positive： regions with precipitation as the key influencing factor account for more than 10% of the area; regions with temperature as the key influencing factor account for less than 10% of the area; and regions with precipitation and temperature as the key influencing factors together account for about 5% of the total area. More than 70% of the vegetation has an insignificant correlation with climatic factors.     

黄河三角洲造陆过程中的陆域水沙临界条件研究

黄河三角洲发育是河口区河流动力及陆域物质通量与海洋动力及海域物质通量相互作用的产物 ,三角洲造陆速率取决于上述两方面的对比关系。当上述两方面处于平衡时 ,三角洲造陆处于临界状态 ,即净造陆速率为零 ,与之相联系的入海泥沙量和径流量可视为黄河三角洲造陆过程的临界水沙条件。运用经验统计方法估算出 :当入海年沙量Qs为 2 78亿t/a、入海年水量Qw为 76 7亿m3时 ,或者当关系式 3 1934Qs+ 0 0 85 6Qw=17 94得到满足时 ,黄河三角洲造陆过程处于临界平衡状态。在黄河流域的环境管理中 ,应将上述两项临界值作为约束条件。黄河流域生态用水量的内涵应予以扩展 ,维持三角洲造陆平衡所必须的入海径流量 ,应作为黄河流域的生态用水量。     

40年来长江九江河段河道演变及其趋势预测

利用地理信息系统(GIS)与数字高程模型(DEM)技术定量模拟40年来九江河段冲淤演变过程,结果表明: 1963~1972年总体表现为淤积,淤积量为6.505 hm³,平均淤积速率为0.65 hm³/a。1972~2002年总体表现为冲刷,冲刷量为20.720 hm³,平均年冲刷率为1.036 hm³/a。1963~2002年九江河床总体表现为冲刷,冲刷量为14.977 hm³。2003年与1963年比较,河床淤积区域主要分布在九江河道上段近南岸区域,中下段河道的中间区域;冲刷区域主要分布在九江河道上段的中间及近北岸区域,中下段河道两岸的近岸区域。中下段南岸的不断刷深和南偏对九江的防洪带来更大的压力。     

植被恢复工程对黄河中游12个典型流域水热平衡的影响研究

中国已成为全球植被迅速变绿贡献最大的国家,但植被变绿对水量平衡和能量收支平衡影响的相关研究有待加强。本文以植被恢复典型区域黄河中游12个流域为例,利用遥感植被指数NDVI和常规气象数据,基于布迪克假设和水热平衡指数（Water-Energy Ratio, WER）,分析了植被变绿的时空变化格局及其对水热平衡的影响。结果表明：① 傅抱璞模型中反映流域属性的参数w在12个流域的平均值为2.9,略大于模型的缺省值2.6。参数w与NDVI拟合的Pearson相关系数介于0.31~0.75,拟合性能较好。② 1982—2016年NDVI在12个流域均呈现显著增加趋势,尤其以植被恢复工程实施后更为显著（p<0.001）。相对1982—1999年,2000—2016年NDVI相对变化率在9.1%~17.5%之间,均值为12.9%,显著植被变绿已导致水热平衡向可利用水分减少、可利用能量增加方向转化。③ NDVI对WER变化的绝对贡献率达到77.5%,植被变绿已经成为黄河中游12个流域水热平衡变化的主导因素,其次为气候要素。植被的持续变绿带来了一些不利影响,植被恢复工程的生态效应研究有待进一步深入研究。     

黄河中游土壤侵蚀与下游古河道三角洲演化的过程响应

根据黄土高原土壤侵蚀的周期特点，结合华北平原古河道，古三角洲的演化过程，应用泥沙输移的过程响应,分析了晚更新世以来黄河中游黄土高原土壤侵蚀与下游古河道，三角洲演化的关系，在人类历史之前，黄土高原土壤侵蚀基本上遵循自在生态环境演化规律，强裂侵蚀期发生在干冷向湿湿气候转化的过渡期，在强裂侵蚀的初期是古道形成期，强烈侵蚀期发生在干冷向温湿气候转化的过渡期，在强裂侵蚀的期是古河道形成期，强烈侵蚀的外营力迭加了人为作用，黄河下游河游泳以改道，三角洲横向扩展发生在强烈侵蚀的衰退期，人类历史时期，土壤侵蚀的外营力迭加了人为作用，破坏了地质历史时期的规律性，土壤侵蚀强度越来越强，基本上按照旱涝变化频率而演化，干冷期降雨不均匀系数增加，土训侵蚀加重，径流量较少，河床以淤积为主，是古河道形成期，正常年黄河泥少输移比接近于一，是三角洲进积期，温湿期降雨量增加，径流量加大，下游河流改道，三角洲横向发展。     

黄河宁蒙段河道粗细双组分泥沙分选沉积特征

黄河宁蒙段河道淤积严重,阐明近源粗泥沙和远源细泥沙分选沉积规律对于河道淤积治理有重要意义。本研究基于120根河道钻孔泥沙样品,通过粒径分布和元素矿物组成,分析了河道>0.05 mm、>0.08 mm和>0.1 mm粗泥沙沿河分选沉积变化特征,并定量评估了近源粗泥沙和远源细泥沙沉积对于河道泥沙淤积的贡献。结果表明：黄河宁蒙段河道淤积的主要是来源于近源沙漠及其下伏砒砂岩区>0.08 mm的粗泥沙,而来源于上游黄土区<0.05 mm的细泥沙主要沉积在河道滩地,对河道淤积的贡献小于30%。因此,风水复合侵蚀引起的沿黄沙漠和下伏砒砂岩粗泥沙入黄是黄河宁蒙沙漠河段河道淤积的根源,也是该河段“悬河”的治理重点。