气候变化和人类活动对黄河上游十大孔兑水沙过程的影响

随着气候的变化以及人类活动的加剧,世界上一些河流的径流和输沙量发生了明显的改变。查明流域的水沙特征、变化趋势及驱动因素是流域治理和管理中面临的重要问题。以黄河上游的十大孔兑为研究对象,利用1958-2015年的实测资料,采用线性趋势法、非参数Mann-Kendall趋势检验法对典型孔兑毛不拉、西柳沟、罕台川的年降雨、径流、泥沙、洪水过程进行了系统分析。结果表明：毛不拉和西柳沟年水沙序列下降趋势显著,罕台川下降趋势不显著,但近10 a比之前水沙明显减少;三个孔兑21世纪和20世纪观测到的2次洪水过程相比,产生洪水的降雨差别不大,但后一次洪峰流量和含沙量都显著降低;与1990年之前相比,1991-2015年各孔兑高强度降雨变化程度相对水沙变化不大。通过遥感影像解译,发现自20世纪90年代以来,随着退耕还林还草、封禁、休牧等水土保持工程陆续实施,十大孔兑土地利用变化显著,植被盖度明显增加,由此改变了该区域降雨-产流-产沙过程,引起1990年以后产水产沙的剧烈减少。     

砒砂岩地区降雨与植被耦合关系对侵蚀产沙的影响

研究降雨--植被耦合关系对侵蚀产沙的影响,为侵蚀治理提供数据支持.基于TRMM降雨数据和MODIS 250 m NDVI,分析降雨和植被的年内分布模式和匹配关系,并构建降雨--植被耦合指数RV,用于反映侵蚀产沙状况.进一步利用年降雨量,NDVI以及其分布参数(峰度系数和偏斜度)与输沙量进行相关分析和多元回归分析.结果显示:降雨的集中,偏斜程度和波动性要比植被更为明显;RV与实际输沙量的相关系数为0.84,可以很好地反映侵蚀产沙的相对大小;年输沙量与降雨的分布参数相关性最高,达到0.94和0.87,对提高回归模型的拟合程度影响也最大;考虑降雨量,NDVI及其分布参数的模型的拟合程度最好,R_a²达到0.9232.因此,降雨与植被的年内匹配模式对侵蚀产沙具有重要影响.     

黄土高原沟道流域产沙过程的初步分析

黄土高原的主要产沙地区是河口镇至龙门黄河干流两侧和泾、洛、渭河中上游,产沙时间集中7—9月或一、二次暴雨期。流域产沙量与河道断面输沙量基本一致。产沙最与降雨量加径流深组合因子成正比相关,并随坡度增大而增加,坡度超过25—28度水流面蚀强度减弱。砂黄土的可蚀性最大,黄土其次,粘黄土最小。灌木林的防蚀效果最好。近三十年来黄土高原的产沙量进一步增加,其中由人类活动而增加的沙量约占黄河平均输沙量的23～35%。沟道流域的产沙过程具有垂直分带规律。沟间地以细沟侵蚀产沙为主,沟谷地是水力、重力和洞穴侵蚀综合作用的场所。黄土丘陵区沟谷地的产沙量此沟间地大59.0%左右;黄土塬区产生的泥沙绝大部来自沟谷地。     

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.     

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。     

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。     

风蚀水蚀共同作用下沙漠河流泥沙级配特征

以水蚀风蚀区内蒙古河段重要入黄支流西柳沟为研究对象,通过对西柳沟流域产沙地层及河流水文站悬移质泥沙采样分析和激光粒度仪测定,对研究区河道纵向、横向断面沉积的泥沙级配特征进行了分析,揭示了流域沉积泥沙粒径分布变化规律。结果表明：西柳沟流域沉积泥沙的中数粒径从上游丘陵沟壑区到下游农田区逐渐减小;河流右岸泥沙粒径较大,左岸泥沙粒径相对较小,河床泥沙粒径介于二者之间;流域沉积泥沙粒径主要分布在0.125~0.5 mm,而流域出口水文站悬移质泥沙粒径72.5%在0.025 mm以下,说明西柳沟进入黄河干流的泥沙主要为细泥沙。     

基于TETIS模型的黑土区乌裕尔河流域径流与侵蚀产沙模拟研究

为科学地认识中国东北黑土区流域土壤侵蚀特征,探讨TETIS模型在该区的适用性,本文以乌裕尔河流域为例,利用1971-1987年日径流与泥沙实测数据对TETIS模型进行了校正与验证,进而分析了流域土壤侵蚀强度特征及其与坡度、土地利用方式的关系。研究结果表明：TETIS模型在乌裕尔河流域适用性好,日径流与日输沙量的纳什效率系数在0.52~0.70之间,决定系数在0.60~0.71之间,体积误差均不超过15%。流域平均侵蚀模数为397.2 t/(km²·a),流域以微度和轻度侵蚀为主,约90%的产沙来自于坡面。平均土壤侵蚀模数随坡度的增大而增大,流域侵蚀量主要来自于0°~5°坡面。不同土地利用方式具不同的土壤侵蚀模数,耕地土壤侵蚀模数最大,达556.3 t/(km²·a)。坡度较大的耕地和植被覆盖度较低的区域是水土流失治理的重点。研究表明,TETIS模型在黑土区模拟土壤侵蚀产沙应用前景好,可为研究区制定水土保持措施提供科学依据。     

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。     

岔巴沟流域次暴雨坡面土壤侵蚀经验模型

坡面土壤流失预测、水保效益评估,无不需要坡面侵蚀模型。本文以岔巴沟流域坡面径流场降雨水文资料为基础,建立了次侵蚀性降雨坡面土壤侵蚀模型、次降雨坡面细沟侵蚀模型,并对各模型的精度进行了分析。结果发现模型具有较好的预报精度,对大侵蚀产沙事件预测很准;坡度、最大10分钟雨强、植被覆盖度是影响次侵蚀性降雨主要因子,坡度、最大10分钟雨强、降雨量是影响细沟侵蚀主要因子,植被覆盖对细沟侵蚀产沙影响很小。     

沙层特性对沙盖黄土坡面产流产沙变化贡献的定量分析

沙盖黄土坡面产流产沙方式独特,侵蚀过程复杂,量化降雨过程中该类坡面产流产沙变化影响因素贡献的大小对揭示其侵蚀机理具有重要的意义。基于室内模拟降雨试验,定量分析沙层厚度（2 cm、5 cm和10 cm）和粒径组成（100%粒径≤ 0.25 mm、75%粒径≤ 0.25 mm +25%粒径> 0.25 mm、50%粒径≤ 0.25 mm+50%粒径> 0.25 mm、未处理原沙和100%粒径> 0.25 mm）在降雨过程中对产流产沙变化的影响和贡献。结果显示：沙层厚度增加能明显延长产流时间,减少总产流量,增加总产沙量,增大降雨过程中产流产沙的变异性;随沙层粒径组成变粗,初始产流时间和产沙量无明显变化规律,产流量有增大趋势。沙层厚度、粒径组成及二者交互作用对初始产流时间变化的贡献率分别为68.03%、15.77%和3.85%。沙层厚度对降雨不同时段15 min产流量和不同历时总产流量的贡献率分别在23.89%~52.22%和41.10%~48.94%之间,对相应产沙的贡献率分别在29.19%~62.01%和13.53%~30.31%之间。整体上沙层粒径组成变化对产流产沙量变化的贡献率小于沙层厚度,且无明显规律。沙层厚度和粒径组成交互作用对产流量和降雨中前期产沙量的影响显著（p < 0.05）,其对产流产沙变化的贡献率分别在13.12%~26.62%和3.22%~43.12%之间,不同降雨时段变化明显。研究结果说明,沙层厚度决定沙盖黄土坡面产流产沙过程,其和沙层粒径组成对产流产沙的影响和贡献随坡面沙层的侵蚀演化而动态变化,且二者的交互作用也不容忽视。     

Erosion and sediment yields as influenced by coupled eolian and fluvial processes: The Yellow River,China

Based on data from the middle Yellow River, a model of erosion and sediment yield is proposed to describe coupled eolian and fluvial processes in a transitional zone from arid to sub-humid climates, and to explain rapid erosion and a high sediment yield in the zone. In the study area, wind action predominates from March to June, which erodes weathered bedrock and transports eolian sand to gullies, river channels and floodplains. In the following summer, especially from July to September, rainstorm runoff in gullies and river channels transports large quantities of fine loessic material, in the form of hyperconcentrated flow. As a result, most of the previously stored eolian sand and material supplied by mass-wasting of loess can be transported to the major tributaries and the main stream of the Yellow River, resulting in the high specific sediment yield. There exists an optimal grain size composition which maximizes suspended sediment concentration in the study area, resulted from the combined wind–water processes.     

长江上游干支流悬移质含沙量的变化及其原因

河流含沙量的变化是流域自然与人文因子变化的反映。以长江上游干支流1956~2000年的水沙和降水资料为基础,运用时间系列分析和统计分析方法进行研究。研究发现,干流宜昌站和4条主要支流含沙量的变化不是同步的,4条主要支流含沙量的变化呈现出复杂变化图形。流域面平均年降水量的变化,仅能解释含沙量变化的15.86%~37.21%,说明气候因素的变化不是长江干支流含沙量变化的主要原因。运用双累积曲线分析方法,研究了人类活动 (如水库修建,交通、矿山和城市建设,水土保持,植被破坏和恢复等 )对含沙量变化的影响。人类活动影响在不同的流域有较大差异。与4条主要支流相比,长江干流宜昌站含沙量的变化较小,反映了尺度效应的影响。多元回归分析表明,屏山 、高场、北碚、武隆4站的年均含沙量变化对宜昌站年均含沙量变化的贡献率分别为28.5%、12.6%、44.2%和14.7%。     

土地覆盖与气候变化对黄河源区径流的影响

After dividing the source regions of the Yellow River into 38 sub-basins, the paper made use of the SWAT model to simulate streamflow with validation and calibration of the observed yearly and monthly runoff data from the Tangnag hydrological station, and simulation results are satisfactory.Five land-cover scenario models and 24 sets of temperature and precipitation combinations were established to simulate annual runoff and runoff depth under different scenarios. The simulation shows that with the increasing of vegetation coverage annual runoff increases and evapotranspiration decreases in the basin. When temperature decreases by 2℃ and precipitation increases by 20%,catchment runoff will increase by 39.69%, which is the largest situation among all scenarios.     

Impact of land-cover and climate changes on runoff of the source regions of the Yellow River

After dividing the source regions of the Yellow River into 38 sub-basins, the paper made use of the SWAT model to simulate streamflow with validation and calibration of the observed yearly and monthly runoff data from the Tangnag hydrological station, and simulation results are satisfactory. Five land-cover scenario models and 24 sets of temperature and precipitation combinations were established to simulate annual runoff and runoff depth under different scenarios. The simulation shows that with the increasing of vegetation coverage annual runoff increases and evapotranspiration decreases in the basin. When temperature decreases by 2oC and precipitation increases by 20%, catchment runoff will increase by 39.69%, which is the largest situation among all scenarios.     

鄱阳湖流域水沙时空演变特征及其机理

运用改进的Mann-Kendall(M-K)趋势与突变检验以及线性回归分析等方法,系统分析了鄱阳湖流域的赣江、抚河、信江、饶河和修河等五大支流的5个主要水文控制站(外洲、李家渡、梅港、虎山、万家埠)1956-2005年的水沙序列,在系统搜集流域内水库信息的基础上,深入探讨了流域内水沙变化的原因.研究结果表明:(1)鄱阳湖流域各支流的水沙变化特征相异;除李家渡站径流无明显变化外,其余4站都有增加趋势(但未达到95%的置信度水平1.五大支流的输沙量变化比较复杂,外洲站、李家渡、梅港站和虎山站的输沙量在1985年以后减少的趋势显著,而万家埠站的输沙量直到1999年才开始减少;(2)森林覆盖率对输沙量变化的影响远远大于其对径流变化的影响,森林对减少湿季径流量的作用不明显,但对枯季径流量增加的影响显著.(3)水利设施(尤其是水库)对五大支流的水沙变化影响很大,尤其对输沙量的影响最为明显,这也是鄱阳湖流域大部分水文观测站输沙量减少的主要原因.     

黄河河源区变化环境下分布式水文模拟

将黄河河源区划分为38个自然子流域,利用分布式水文模型模拟径流量,采用唐乃亥水文站逐年、月实测径流资料进行验证,得到了较好的模拟效果。文章建立了5种土地覆被情景模型及24组不同气温和降水的情景组合,分别模拟不同情景下的年径流量。模拟结果表明,随着植被覆盖度的增加,流域年径流量减小,蒸发量增加。当气温降低2_oC且降水增加20%时,流域径流量增加得最大,增加39.69%。     

藉河流域水沙输移特征及其影响因素分析

本文以1962-1989年水文资料和雨量站资料为基础,分析了藉河流域水沙的季节及年际变化规律,并且对降雨与人类活动导致的年径流泥沙变化影响进行了估算.研究结果表明,藉河流域水沙年内分配极不均匀,7-10月径流量占全年的61.6%,6-9月泥沙量占全年的87.9%;水沙年际变化剧烈,输沙量和径流量的变差系数分别为0.72...