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。     

输沙量、侵蚀量与泥沙输移比的流域尺度关系——以赣江流域为例

输沙量、侵蚀量与泥沙输移比的流域尺度转换研究是当前流域侵蚀产沙研究领域的前沿课题,旨在通过尺度转换理论将坡面小区试验研究成果转换到流域的更大范围。以赣江流域实测输沙量和计算侵蚀量与泥沙输移比数据为基础,探讨了该流域3个变量的流域尺度关系,进而研究分析了3个变量尺度转换的可能性。3个变量与流域面积的关系散点图和相关方程都反映了这3者与流域面积不存在明显的相关关系,相悖于前人反比关系的结论。文章还阐述了流域面积的内涵及输沙量、侵蚀量和输移比的影响因素与流域面积的关系,发现3个变量的影响因素与流域面积不存在尺度效应。由此推断在赣江流域输沙量、侵蚀量和泥沙输移比实现尺度转换存在的可能性不大。这一研究结论是否成立或是否具有普遍性意义还有待于更多流域的研究成果来进一步证实。     

1961—2015年雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力

降雨是土壤侵蚀的主要动力,也是风水蚀复合区沙漠化的主要驱动力。研究降雨侵蚀力时空变化对雅鲁藏布江流域土壤侵蚀的监测、评估、预报和治理具有重要意义。利用1961—2015年雅鲁藏布江流域8个气象站日降雨量气象资料,采用趋势系数、气候倾向率、MK检验等研究方法对雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力时空变化进行分析。结果表明:雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力平均值为758.1 MJ·mm·hm^-2·h^-1,变差系数Cv值为0.29,趋势系数r值为0.3140。空间分布呈现由东向西逐渐递减的特点,东部可达2 000 MJ·mm·hm^-2·h^-1以上,最西部仅为200MJ·mm·hm^-2·h^-1。雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力总体呈波动上升趋势,其中嘉黎和波密站年降雨侵蚀力上升趋势明显,日喀则、泽当站年降雨侵蚀力呈下降趋势。通过MK检验及滑动T检验得知,流域内年降雨侵蚀力在1982年发生突变,年侵蚀性降雨突变不显著。雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力与侵蚀性降雨相关性显著。     

长江上游侵蚀产沙格局及其控制因素

基于长江上游110个相互独立的子流域控制性水文站1956～1987年的输沙模数,结合GIS空间分析技术,对长江上游侵蚀产沙空间分布特征进行研究,并从土壤、地形、降雨、土地利用和岩性等方面分区探讨了侵蚀产沙区域分异的原因.结果表明:(1)上世纪50年代至80年代,长江上游侵蚀产沙的空间变化主要受自然环境控制,人为活动的影响是次要的.降雨是侵蚀产沙的主控因子,土壤特性与地形条件也有重要影响.(2)降雨和土壤特性对各地区产沙分异的影响最为普遍;地形在地势起伏不大的地区,表现更为突出;岩性在重点产沙区具有显著影响.总体上自然因子对西部人口分布较少的地区解释力较高,对东部人口密度较大的地区解释力较低.     

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。     

人类活动和降水变化对嘉陵江流域侵蚀产沙的影响

基于大量实测资料,用经验统计方法研究了人类活动和降水变化对嘉陵江流域侵蚀产沙的影响。结果表明,水利水保措施和20世纪80年代以来的降水减少,共同导致了嘉陵江流域产沙量的减少。分基准期(1956~1982)和措施期(1983~2000)分别建立嘉陵江江流域产沙量与年降水的指数方程,运用这些方程对于降水变化与水利水保导致的产沙量变化进行定量区分,得到了措施期中降水量减小所导致的减沙量、水利水保措施导致的减沙量、总减沙量以及降水减少和水利水保措施各自占总减沙量的百分比。水保减沙效益随降水量的增大而减小。当降水量超过某一临界值,还可能出现负效应。研究表明,水利水保减沙量随年降水量而增大,在年降水量为970mm时达到最大值,然后减小;当年降水量为1180mm时,水利水保减沙量变为0。     

论人类活动方式对土壤侵蚀的效应—以湖南省为例

以湖南省谡列，分析了滥伐森林，坡地复垦，缺乏环境意识的工程建设等人类活动方式与土壤侵蚀的关系，以及水土保持效益，认为局部地区土壤侵蚀面积增加且强度增大，水土侵蚀方式改变，重力侵蚀加剧等土壤侵蚀特性的改变，完全是人类活动方式对土壤侵蚀的所产生的负面效应，而加强水土保持环境建设，增强良好的环境意识则可控制土壤侵蚀，保护水土保持成果。     

粤北岩溶区连江流域降雨侵蚀力

对连江流域35个气象站1980―2013年逐日雨量数据进行整理,利用日雨量、月雨量和年雨量方法计算得出RA、RB、RC,通过有效系数M检验得出最优R值;然后利用反距离加权、张力样条函数和普通克里金进行空间插值,通过检验确定最准确的插值方法,最后对其进行插值分析。结果表明：基于月降雨量的计算方法和反距离加权插值法更加适合于连江流域降雨侵蚀力的计算和估算;连江流域降雨侵蚀力时空变化明显,降雨侵蚀力变化与年际降水量变化基本一致;中上游高大山脉存在的地区,多年平均降雨侵蚀力明显高于其他地区;下游多年平均降雨量丰富,其多年平均降雨侵蚀也较严重。     

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.     

长江上游社会经济因子对侵蚀产沙的影响

In recent years,the role of human activities in changing sediment yield has become more apparent for the construction of hydraulic engineering and water conservation projec-tions in the Upper Yangtze River,but it has not been evaluated at the macro scale.Taking Sichuan Province and Chongqing City as an example,this paper studies the relationship between socio-economic factors and sediment yield in the Upper Yangtze River based on section data in 1989 and 2007.The results show that sediment yield is significantly correlated with population density and cultivated area,in which the former appears to be more closely related to sediment yield.Moreover,in the relation of sediment yield vs.population density,a critical value of population density exists,below which the sediment yield increases with the increase of population density and over which the sediment yield increases with the decrease of population density.The phenomenon essentially reflects the influence of natural factors,such as topography,precipitation and soil property,and some human activities on sediment yield.The region with a higher population density than critical value is located in the east of the study area and is characterized by plains,hills and low mountains,whereas the opposite is located in the west and characterized by middle and high mountains.In the eastern region,more people live on the lands with a low slope where regional soil erosion is slight;therefore,sediment yield is negatively related with population density.In contrast,in the western region,the population tends to aggregate in the areas with abundant soil and water resources which usually lead to a higher intensity of natural erosion,and in turn,high-intensity agricultural practices in these areas may further strengthen local soil erosion.It is also found that popu-lation tends to move from the areas with bad environment and high sediment yield to the areas with more comfortable environment and less sediment yield.The natural factors have greater influence on sediment yield of western region than that of eastern region.Generally,the natural factors play a dominant role on sediment yield in the Upper Yangtze River.     

长江上游土地利用变化与冲沟发生和演变

冲沟侵蚀是中国西部山区一个重要的环境问题。小流域研究表明，黄河和长江中的泥沙主要是冲沟侵蚀引起的。目前，长江上游80%的冲沟因被幼林草植被覆盖而处于非活跃期。到底这些冲沟系统是什么时候形成的？未来的暴雨和径流是否会激活这些冲沟系统？土地利用与景观结构对冲沟系统的发生、演变有何关系？基于这些问题，近几年来在中科院山地环境学“百人计划”和“国外引进杰出人才”项目及德国洪堡基金的资助下，中德科学工作者进行了合作研究。本文介绍了长江上游地区土地利用变化与冲沟发生、演变的部分研究成果。我们在西昌安宁河干暖河谷选择了两个冲沟系统一个位于西溪乡长山岭，一个位于大青梁子。为了定量评价土地利用对冲沟发育的影响，我们对研究小流域的航片、土壤剖面、泥沙堆积与土地利用历史等进行了详尽的综合对比分析。同时，对两个冲沟系统的大小和土壤流失的体积进行了详细的野外调查、测定和计算。据此，获得了研究流域的冲沟侵蚀速率。研究结果表明，长江上游数百年的持续景观演变，尤其是20世纪中期人为强烈的不合理农业垦殖和利用土地，造成了四川西南部大量冲沟系统的形成和发展，研究流域的冲沟侵蚀速率高达375t/hm2*a-1。采取成功的水土保持措施以控制冲沟侵蚀，对中国西南山地退化环境的生态修复具有重大实践意义。     

长江上游生态服务功能区域差异研究

提出了生态服务功能及生态服务功能缺失的概念,明确了众多生态学术语之间的关系.并以长江上游为例,探讨生态系统服务功能的区域差异,即分析同一区域不同生态系统服务功能的差异和同一生态服务功能在不同区域贡献率的差异,为生态建设总体规划,重点生态工程选择和布局,生态建设时序确定等提供科学依据.     

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。     

红水河流域输沙量变化及其影响因素

红水河是珠江流域的主要泥沙来源,为了确定1955-2016年红水河流域输沙量变化特征及其影响因素,论文尝试采用有序聚类分析确定了流域输沙量变化的3个时期,并利用泥沙归因诊断分析计算了含沙量、径流系数和降雨因子在不同时期对输沙量变化的贡献程度,在此基础上进一步对影响输沙量变化的主要因素进行了分析。研究表明:1955-2016年间红水河流域输沙量存在1963和1991年2个突变点,在突变点前后输沙量存在明显变化,且这一变化主要受含沙量因子控制,人类活动是造成流域输沙量变化的根本原因。其中在1955-1991年间,红水河输沙量的上升主要由毁林开荒引起的流域水土流失面积增加所导致;而在1964-2016年间,水库修建使红水河流域输沙量减少了83.49%,而同时期植被覆盖度的增长贡献了输沙量减少的12.03%。将Wa TEM/SEDEM模型模拟结果与实测结果进行对比,同样发现1964-2016年输沙量变化的绝大部分(81.03%)由修建水库所贡献,而土地利用变化对输沙量减少的贡献相对较小(18.97%)。     

Calculation method for sediment load in flood and non-flood seasons in the Inner Mongolia reach of the Yellow River

Based on an empirical sediment transport equation that reflects the characteristics of “more input, more output” for sediment-laden flow in rivers, a general sediment transport expression was developed, which can take into account the effects of upstream sediment input, previous cumulative sediment deposition, critical runoff for sediment initiation, and the differences in sediment particle sizes between the mainstream and tributaries. Then, sediment load equations for non-flood and flood seasons for the sub-reaches from Bayangaole to Sanhuhekou and from Sanhuhekou to Toudaoguai, as well as the whole Inner Mongolia reach from Bayangaole to Toudaoguai, were formulated based on data collected between 1952 and 2010. The corresponding sediment deposition and the cumulative values at each river reach were calculated using the proposed sediment transport equations for the period 1952 to 2010 according to the principle of sediment conservation. Comparisons between the calculated and measured values using the proposed sediment load equations for the sub-reaches and the entire reach showed that the calculated sediment load and sediment deposition and the corresponding cumulative values in the flood and non-flood seasons were in good agreement with the measured values. These results indicated that the proposed methods can be applied to calculate the sediment load and the associated sediment deposition in the flood and non-flood seasons for long-term trend analysis of sediment deposition in the Inner Mongolia reach of the Yellow River.     

长江干流河道对流域输沙的调节作用

利用长江干流和主要支流上测站1956~2004年的输沙量资料,对干流未测区域的来沙进行了估计。根据泥沙平衡 (Sediment budget) 概念,对长江干流河道的冲淤对来水来沙的响应以及对入海泥沙的影响进行研究发现,长江干流屏山至大通河道平均淤积速率为88.58×10⁶ t/a,河道淤积占总的来沙量及大通站输沙量比例分别为14%与21%。由于河道淤积,大通站输沙量减少了17.5%。总体来说上游淤积较轻,宜昌至汉口区间淤积严重,汉口至大通区间为微冲。长江干流的河道冲淤与流域总的来沙具有显著的相关关系,但各段河道的冲淤对流域来沙的响应各不一样。上游的冲淤与流域的径流量和来沙量均没有很好的相关性,宜昌-汉口段河道冲淤的变化与宜昌站的来沙具有显著的相关性;影响汉口-大通间河道的冲淤变化的主要因素是流域的来水量,河道的冲淤与大通站径流量的存在显著的负相关关系。三峡水库蓄水后整个长江干流的冲淤形势发生了根本的变化。三峡水库的蓄水运用有效地减轻了洞庭湖的泥沙淤积,同时也降低了洞庭湖的对长江干流泥沙的调节作用;长江上游干流河道淤积增强,中下游河道出现冲刷,但不同的河段表现不一;中下游河道冲刷量小于预测值,三峡水库的蓄水运用直接导致了长江入海泥沙的减少。     

长江口悬沙浓度变化的同步性和差异性

近年来长江流域入海沙量呈现阶梯性减小趋势,三峡水库蓄水后加剧了这一减小趋势,并通过传递效应影响河口悬沙浓度变化。基于长江口1950-2013年悬沙浓度数据,结果表明：① 长江口南支河段及口外海域悬沙浓度为减小趋势,且越向海域减幅越小,同时与流域入海沙量减幅差距加大;② 北支优势流变化不大,但悬沙浓度为减小趋势,主要为南支和海域大环境悬沙浓度减小所致;③ 拦门沙河段悬沙浓度的峰值区域因径流减小、潮流相对增强,2003-2012年较1984-2002年期间峰值位置向口内上溯约1/6经度,上溯距离洪季 > 年均 > 枯季;④ 1999-2009年南槽进口悬沙浓度减小,主要是再悬浮和滩槽交换引起的悬沙浓度增量小于流域和海域悬沙浓度锐减引起的减量,中段该作用相反,悬沙浓度为增加趋势;⑤ 北槽进口由于分流分沙比减小、流域和海域悬沙浓度减小及再悬浮量减小等综合影响下,1999-2012年逐年的8月份悬沙浓度呈减小趋势,中段越堤沙量作用明显高于外部坏境引起的减小量,为增加趋势。