流域降水和人类活动对黄河入海泥沙通量的影响

自从20世纪70年代以来,黄河入海泥沙通量表现出明显减少的趋势.研究表明,入海泥沙通量对于上、中游不同的水沙来源区降水变化的响应方式是不同的.在假定其他因素相同的情况下,龙门至三门峡区间的年降水量每减少10mm,入海泥沙通量将减少0.275亿t;河口镇至龙门区间的年降水量每减少10mm,入海泥沙通量将减少0.143亿t;兰州以上年降水量每减少10mm,入海泥沙通量减小0.174亿t.多沙细砂区降水的减少对于黄河入海泥沙通量的影响最大.通过多元回归分析建立了入海泥沙通量与年降水、梯田林草面积、淤地坝造地面积之间的定量关系:在其他因素不变时,梯田林草面积每增加10⁴hm²,入海泥沙通量将减少0.0019亿t/a;年降水量每减少10mm,入海泥沙通量将减少0.543亿t,淤地坝造地每增加104hm²,入海泥沙通量将减少0.0205t/a.这些数据可为未来各影响因子进一步变化后入海泥沙通量变化的估算提供依据,为黄河流域和河口的环境规划服务.     

不同来源水沙对黄河入海泥沙通量的影响

文中研究了黄河入海泥沙通量与流域上、中游不同来源区的水沙量之间的关系 ,并以年系列和洪水系列水文泥沙资料 ,建立了表达这一关系的经验统计模型。所建立的模型表明 ,来自不同来源区的泥沙 ,对于入海泥沙通量的影响是不同的。来自多沙细沙区的每 1t泥沙 ,输送入海的为 0 .85t(年系列 )和 0 .72t(洪水系列 ) ;而来自多沙粗沙区的每 1t泥沙 ,输送入海的仅为 0 .34t(年系列 )和 0 .2 1t(洪水系列 )。 70年代以来入海泥沙通量的减少 ,与多沙细沙区水土保持工作的开展有密切关系。将文中的模型与已建立的黄河流域水土保持减水、减沙模型相耦合 ,可以用来预测未来因人类活动和气候变化而使不同来源区的水沙进一步减少时 ,黄河入海泥沙通量的变化     

我国主要河流入海径流量、输沙量及对沿岸的影响

本文估算了我国主要河流多年平均入海径流量与泥沙量,每年入海径流量为14900亿立方米,输沙量为17.2亿吨,分析了入海径流量与泥沙量的多年及年内变化,丰、枯水(多沙、少沙)年交替出现,并有3-6年连续丰水(多沙)、枯水(少沙)期。近十年来,长江以北的主要河流,入海径流量、泥沙量均减少;长江及其以南的主要河流,除长江及闽江入海径流量略有减少外,其余入海径流量及泥沙量均增加。入海径流对沿岸的冲淡作用,在长江口扩及离岸80-100公里,径流的冲淡作用使北方河口区冬季冰情加重,因人类活动影响,黄河近十年4-6月入海水量仅及要求满足水量的43%,严重危及河口区的渔业生产,入海泥沙加速了陆架的沉积,近百年来,黄河每年入海泥沙约有2/3、长江约有1/3-1/2沉积在三角洲前缘。     

2005年黄河调水调沙期间入海泥沙扩散研究

针对黄河调水调沙试验开始前,黄河入海水沙通量非常少,调水调沙试验开始后,入海径流量和泥沙量增加近10倍的情况。通过2005年黄河调水调沙入海泥沙扩散的数值模拟,并结合收集到的黄河口卫星航片解译结果,研究结果表明,调水调沙实验开始后黄河入海水沙量急剧增加,由于地形及射流效应,入海水沙出河口后形成E和SE方向为主扩散的泥沙流,但其扩散范围有限,呈现以河口为中心的扇形分布格局,最大影响距离约20km×40km。风作为悬浮泥沙扩散的驱动力,成为泥沙扩散运动方向和大小的重要决定性因子。     

黄河入海水沙通量变化规律

根据利津站1950-2003年的水、沙实测资料,采用水文学和数理统计学相结合方法,对黄河入海水沙通量进行分析,分别得出了水、沙通量的年代变化、年际变化、季节变化规律以及水、沙通量之间关系.结果表明：黄河入海水、沙通量递减趋势明显,尤其在近20a来这种趋势更加显著;年际、年内沙量变化幅度都大于水量;黄河入海水沙主要集中在汛期,汛期与非汛期的水沙量差异将会持续减小;年输沙量和年径流量、多年平均月输沙量和径流量分别以乘幂、多项式回归,各月多年输沙量和径流量以多项式、指数回归,相关性都很高.     

黄河在调水调沙影响下的入海泥沙通量和粒度的变化趋势

基于1950-2013年的黄河水文泥沙资料,系统研究了黄河实施调水调沙以来入海泥沙在通量、粒度组成和时间分布上的变化特征,揭示了调水调沙影响下黄河入海泥沙的变化趋势。在2002年黄河实施调水调沙以来,6-11月平缓均衡的持续性高水沙量取代了调水调沙之前7-10月峰值尖瘦的汛期特征,汛期与非汛期差异减小,入海水沙通量的季节性特征显著改变。随着调水调沙的逐年实施,河床泥沙颗粒粗化,临界起动功率不断增大,而调水调沙期间的径流量峰值基本稳定,径流对下游河床冲刷效率不断降低,导致入海泥沙通量持续降低、泥沙颗粒变细。可以预见,黄河河口的淤积将会大大减缓,入海的泥沙将更多地沉积在远离河口的区域,维持河口三角洲叶瓣冲淤平衡的临界泥沙量将会加大。     

黄河下游泥沙输移特征对入海泥沙通量的影响

黄河下游河道是黄河流域系统中的一个重要的泥沙沉积汇，泥沙在这一沉积汇中的沉积对于入海泥沙通量有重要影响。作者引进河道排沙比来表示入海泥沙通量比率，并以黄河下游实测资料为基础，运用经验统计方法对人海泥沙通量比率与影响因子的关系进行了研究。入海泥沙通量比率与悬移质中大于0．05mm粗泥沙和小于0．025mm细泥沙的百分比有密切关系，粗泥沙部分所占比例越高，则入海泥沙通量比率越低，而细泥沙所占比例越高，则入海泥沙通量比率越高。洪水事件中最大含沙量和来沙系数越大，则入海泥沙通量比率越小。在黄河上、中游的4个水沙来源区中，两个清水区来水为河道提供了输沙动力，有助于减小淤积，有时甚至会发生冲刷，从而有利于输沙入海，增加入海泥沙通量比率。两个多沙区的来沙增大了下游河道的输沙负载，使泥沙容易淤积在河道中，从而降低入海泥沙通量比率。以年系列和洪水系列资料，建立了一系列表达上述影响的经验统计关系，运用这些关系可以解释和预测流域来水来沙及泥沙粒度因子的变化对入海泥沙通量比率变化的影响。研究发现，近30年来黄河入海泥沙通量比率呈减小趋势。由于黄河下游来水量不断减小，导致了河床的萎缩和输沙功能的衰退，使得输送入海的泥沙占下游来沙的比率减小。     

最近60年来气候变化和人类活动对山地河流入海径流、泥沙的影响——以胶东半岛南部五龙河为例

采用Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法、有序聚类分析法及线性回归等数学方法,以胶东半岛五龙河流域为例,对最近60年来气候变化和人类活动对山地河流入海径流、泥沙的影响进行了研究。结果表明,20世纪50年代以来五龙河入海径流、泥沙量均呈现出显著的阶段性逐级减少趋势。最近60年来,五龙河年径流量和输沙量主要集中在6—9月;主要受年降水量变化影响,年径流量从1980年开始显著减少,并在1966年出现较大波动;受年降水和径流变化影响,年输沙量也分别在1966和1980年呈减少突变;总体来看,年输沙量减少的趋势性要强于径流量。除气候变化影响外,1966年以来流域内大面积坡耕地改梯田和园地、林地建设等人类活动,也是造成河流径流、泥沙减少的重要原因。整体而言,最近60年来,气候变化和人类活动因素对五龙河入海水沙总量减少的贡献率分别为70%—80%和20%—30%。     

气候变化和人类活动对黄河中游输沙量影响的甄别

根据黄河流域1951-2011年间的主要水文站实测降雨量、径流量和输沙量的月际和年际序列资料,采用水文法和对比分析法,发现在4个阶段(1951-1968、1969-1986、1987-1999、2000-2011年)内汛期5-9月份的产沙率变化为80.97%、78.04%、89.31%、97.42%。建立了基准期的汛期"降雨量-输沙量"关系统计模型,据此估算人类活动对其输沙量的减少贡献快速上升,2000-2011年期间基本上完全受人类活动(小浪底水库调蓄)控制,气候变化(主要为降雨)的影响已不足3%。研究结果表明,过去的61年来黄河河流系统发生重大调整,河流输沙量的变化由过去的气候因素控制快速转变为人类活动控制,导致黄河入海泥沙通量在快速减少,对黄河三角洲的冲淤演变产生了根本性的影响。     

近百年来黄河改道及输沙量变化对山东半岛泥质楔沉积物粒度特征的影响

对山东半岛泥质楔柱状样进行沉积物粒度分析,并在210Pb测年基础上结合黄河年输沙量、悬浮泥沙粒径、河口位置及沿岸流强弱替代指标等数据研究近百年来黄河改道及输沙量变化对远端沉积区沉积特征的影响。研究结果显示,研究区沉积物粒度的变化是黄河入海泥沙特征和沿岸流等水动力作用共同影响的结果。1884–1939年及1947–1999年,研究区沉积物粒度特征的变化主要受到沿岸流强弱的影响;1939–1947年及1999–2012年,受1938–1947年花园口决堤以及20世纪90年代末以来黄河年输沙量持续偏低致使源区泥沙不足的影响,沉积物粒度相对粗化,与沿岸流强度的相关性减弱。与黄河入海泥沙近端沉积区不同,研究区粒度特征对黄河尾闾改道事件不敏感,且对花园口决堤及年输沙量低于临界值的响应有一定程度的延迟,这与该区沉积物经历了再悬浮过程及中间复杂的物质混合有关。黄河改道及输沙量变化仍然是远端沉积区沉积特征演化不可忽视的因素。     

黄河入海泥沙对渤海和黄海沉积作用的影响

渤海平均水深18m，最大水深70m，是一个较浅的海湾。黄海平均水深38m，其中部为水深大于50m的盆地。它们的共同特征是陆地环绕。沿岸河流输沙特征对沉积作用过程有重大影响，特别是黄河入海泥沙的影响尤为显著。 关于黄河人海泥沙对渤海和黄海沉积作用的影响，前人已从不同角度进行过讨论。黄河是世界上著名的多沙性河流。由于黄河尾闾长期以来不断发生变迁，纵横摆动于华北平原之上，交替注入渤海和黄海，因此，在讨论黄河入海泥沙在中国近海沉积中的作用时，必须把渤海和黄海作为一个整体，甚至南涉东海。本文试图在以往工作的基础上，概括讨论黄河入海泥沙对渤海和黄海海底沉积作用的影响。     

废黄河口海域的悬沙输运机制研究

废黄河三角洲是南黄海内陆架的重要物源。为深入探索废黄河口海域沉积物输运机制,利用2015~2016年夏季与冬季在废黄河口外海域10个站位获取的现场沉积动力数据,计算潮不对称参数、余流、悬沙输运量等。分析结果表明,废黄河口海域沉积物输运模式存在显著的空间差异,大部分海域悬沙沿等深线向南输运,仅在近岸侧局部悬沙向岸或向北输运、离岸最远处站位向北输运但输运率较小;近岸浅水海域以平流输沙为主,其他离岸区域以再悬浮作用为主。由于流速和悬沙浓度之间的相位差,导致余流(净水输运)方向与净悬沙输运方向存在差异。研究沉降速度与悬沙输运涨落潮不对称的关系,发现沉降速度越大,悬沙输运的不对称性就越显著;沉降速度是造成近底部流速与悬沙浓度相位差的主要原因,导致废黄河口外净悬沙输运存在显著的垂向差异。     

黄河清水沟流路稳定性分析

根据１９８９年５月和８月枯、洪水两个季节黄河拦门沙区及河口海区地质和水文调查资料，结合黄河利津水文站近几年的径流量和输沙量变化，对黄河清水沟流路稳定性及其影响因素进行综合分析研究。结果表明，近年来黄河来沙量渐少是清水沟流路稳定的重要因素之一，随着河口向南转向海动力作用较弱的莱州湾，海水沿河上溯力逐渐减弱，河流泥沙得以更顺利入海，并在口门外沉积；现流路河口海域的水动力作用虽然较弱，但涨，落潮流的分布     

黄河调水调沙期间黄河入海水沙的扩散与通量

以2007年夏季黄河调水调沙期间黄河三角洲海域3断面连续站及渤海南部24个大面站观测的流场、温度、盐度及含沙量资料为依据,分析了调查区水沙扩散特征,计算了各连续站的拉格朗日余流及泥沙输送单宽通量。结果表明,黄河入海泥沙扩散范围非常有限,主要分布在南至莱州湾西南部、北至北纬38°附近离岸约20km以内的带状沿岸区域;但黄河冲淡水出现大面积扩散,覆盖了整个莱州湾的北部和中部,最远可至龙口附近,黄河入海水沙扩散不同步。在现行河口和钓口流路废弃河口存在两个高浓度泥沙中心,分别对应于黄河入海泥沙和废弃钓口流路海域底质再悬浮产生的两个泥沙来源。河口及三角洲近岸切变锋的阻隔及辐聚作用,是大部分黄河入海泥沙沉积在河口及沿岸13m水深以内的主要动力因素。受余流方向及水体垂向湍动较弱的影响,两个高浓度泥沙中心很少有泥沙交换。冲淡水的大面积扩散主要受表层余环流的影响。余流及悬浮泥沙通量计算显示,夏季黄河入海水沙在近岸主要向东北方向扩散。     

48年来黄河入海水沙过程及其对流域人类活动的响应

黄河下游入海水沙现今出现急剧减少的趋势.水沙的季节性变化影响着年内的径流量、输沙量的分配情况.这种变化的影响因素有自然因素和人为因素两方面,而后者占主要地位.水沙的锐减对河口生态环境的变化有着负面影响.黄河干流已建成的大中型水库尤其是龙羊峡水库对入海水沙起着负面作用.     

黄河不同粒径组入海泥沙通量的变化及其对三角洲造陆的影响

以黄河流域1955~1990年的资料为基础,研究了不同粒径组入海泥沙的变化趋势及其成因以及各粒径组泥沙对三角洲造陆过程的相对贡献率.研究表明,四个粒径组入海泥沙通量都呈减少的趋势,各粒径组入海泥沙通量减少趋势的显著性按由细到粗的顺序递减,即细颗粒泥沙入海通量的减少趋势要比粗泥沙明显.20世纪70年代以来,水土保持面积增大、人类引水增大和年降水量减少是黄河各粒径组入海泥沙通量减小的原因.大规模的水土保持措施实施以后,细泥沙入海通量的减少幅度要大于粗泥沙.多元回归分析结果表明,年降水量变化对小于0.010,0.010~0.025,0.025~0.050及大于0.050 mm四个粒径组泥沙入海通量变化的贡献率分别为58.52%,62.05%,71.16%,83.37%,随粒径的变粗而增大;水土保持措施变化对小于0.010,0.010~0.025,0.025~0.050和大于0.050 mm四个粒径组泥沙入海通量变化的贡献率分别为41.48%,37.95%,28.89%,16.63%,随粒径的变粗而减小.四个粒径组泥沙入海通量与人类净引水量之间的相关系数也按泥沙粒径由细到粗的顺序减小,即人类引水的变化对细泥沙入海通量的影响较大,对粗泥沙入海通量的影响较小.四个粒径组泥沙入海通量与年降水量之间的相关系数按泥沙粒径由细到粗的顺序增大,即年降水的变化对细泥沙入海通量的影响较小,对粗泥沙入海通量的影响较大.建立了黄河三角洲造陆速率与利津站年径流量和小于0.010,0.010~0.025,0.025~0.050及大于0.050 mm四个粒径组的泥沙量之间的多元回归方程.计算结果表明,入海泥沙量和径流量对三角洲造陆速率变化的贡献率接近相等.在四个粒径组中0.010~0.025 mm的泥沙对三角洲造陆速率变化的贡献率最大,0.025~0.050 mm粒径组次之,大于0.050 mm的粒径组再次之,小于0.010 mm的粒径组最小.中等粗细的粒径组对三角洲造陆的贡献率最大.     

55年来黄河下游逐日水沙过程变化及其对干流建库的响应

以55年来(1950-2004年)黄河下游花园口和利津水文站逐日水沙资料为依据,将黄河下游水沙变化分为5个阶段,分别与4个黄河干流水库的开始运作时间对应,分析和对比了花园口和利津两站5阶段逐日水沙记录和图谱特征和变化。结果显示黄河下游逐日水沙特征在干流水库的运作下发生显著的阶段性改变,至小浪底水库建成后发生了根本性变化,主要是洪峰和沙峰消失,传统汛期与非汛期季节划分趋于模糊,调水调沙短期内的输沙量占全年输沙量的2/3以上,下游由淤积变为冲刷、可能产生泥沙异重流的天数大幅度减少。下游河道有显著的削峰、滞洪和淤沙作用,花园口/利津站36月逐日水沙量差距分阶段快速加大,最大可达20倍,表明下游耗水增加并集中在春灌时段,是入海水量减少的主因之一。目前,水库联合调水调沙期间是河口异重流发育的最佳时段。55年来黄河下游逐日水沙过程的变化表明,黄河逐日水沙特征发生了受控于人类活动的根本性变化。