黄河河口镇至龙门区间水沙变化及发展趋势

本文分析了近十几年米黄河河口镇至龙门区间水沙变化特征,探讨了引起变化的原因,对今后发展趋势作了预测.     

黄河河口三角洲水沙资源综合利用初探

在分析黄河河口三角洲地区水沙资源基础上认为，水沙资源的综合利用是三角洲开发的核心问题，每年２００～２２０亿ｍ３的入海洪水资源是今后三角洲开发的水源保障。考虑现有社经状况的发展规划，提出建立总库容为１５亿ｍ３规模的平原水库为解决问题的主要措施。     

1765-2010年黄河中游5-10月面降雨序列重建与特征分析

基于清代黄河流域水位志桩设置与报汛制度运作情况考证,梳理出清代陕州（陕县,今三门峡市）“万锦滩”水位志桩水尺记录数据,重建了黄河中游1765-2010年5-10月面降雨量变化序列。累积距平法分析显示,面降雨量变化具有较明显阶段性,3个降雨趋增阶段为1816-1863年、1902-1918年、1938-1989年;3个降雨趋减阶段为1765-1815年、1864-1901年、1919-1937年;Morlet小波分析显示,面降雨有5种时间尺度的周期特征,平均周期分别为72.7年,46.8年,30.3年,22.5年和11.2年;滑动t-检验显示面降雨序列存在1824-1826年、1856-1874年和1933-1937年3处突变时段最显著。通过与其他代用指标反映降雨序列及外部因子比对,在1810s、1840-1850s、1880-1900s、1920s、1970s及1990s等几个时段,各序列十年尺度变化趋势比较吻合,显示出基于历史文献和自然指标等不同代用资料重建结果基本一致,亦反映了历史气候变化研究中的不确定性特征。     

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.     

黄河中游河口-龙门区间多年平均流域水平衡特征 ——-区域蒸散量估算模型验证与下垫面参数校核

采用黄河中游河口镇至龙门区间1980-2000 年间径流及气象数据, 通过对Zhang 等2001 建立的区域(流域) 多年平均蒸散量估算模型进行验证和下垫面参数校核工作, 探索了干旱半干旱地区水循环要素相应于不同土地覆被类型的结构变化及水平衡特征和规律。结果表明, 由于研究区处于干旱半干旱气候区, 采用原模型及参数对蒸散量的预测能力好于对径流的预测能力。使用优化后的下垫面参数使原模型对河龙区间蒸散量和径流预测能力得以改进, 一致性指标分别从0.89 和0.21 提高到0.94 和0.63。对实际蒸散量进行预测的相对误差和均方误从3.6%和17.2 mm 减小到1.5%和7.9 mm, 对径流进行预测的相对误差从42.7%减小到18.0%。聚类分析和下垫面参数优化结果表明, 河龙区间流域水循环要素变化特征受不同土地 覆被影响可以分为3 个明显不同的区域。由于大面积林地截流蒸发的作用, 南部林地覆被区具有较高蒸发系数, 适用下垫面参数值为1.61。西北部风沙地貌区受粉沙覆盖层和地下径流补给影响, 使该区蒸发系数较小, 适用值为0.1。中部典型黄土丘陵覆盖区适用值为0.45。     

近60 年黄河入海水沙多尺度变化及其对河口的影响

基于1950-2008 年利津站月均径流量和输沙量的时间序列资料,采用小波分析的方法研究了黄河入海水沙多尺度变化,并结合不同年份的黄河口岸线和口门地形资料分析了水沙变化对河口演变的影响。结果表明：黄河入海水沙具有3 个不同时间尺度的显著周期变化,其与厄尔尼诺事件有关,不同尺度下的入海水沙丰枯变化不同;受流域降水和人类活动的影响,入海水沙长期呈减少趋势,并具有阶段变化的特征;入海水沙变化深刻影响着河口演变,不同时期行水河口的岸线延伸速率与河口来沙量有关,亿t 泥沙岸线延伸量与来沙系数显著相关,自1976 年清水沟流路入海以来,河口水下三角洲表现为淤积,淤积程度与入海水沙量密切相关。     

气候和人类活动对黄河中游区间产流量变化的贡献率

黄河中游产流量在过去几十年发生了明显减小的变化趋势,鉴于迄今有关气候及人类活动对该区产流量减小的影响比重仍存争议,本研究利用累积距平方法分析了研究区近60年来的产流量变化趋势,识别出1971年和1985年两个拐点年份,利用累积量斜率变化率分析方法(SCRCQ)估算了降水量和人类活动在产流量变化中的贡献率。与基准时期1950-1970年(T_A)相比,在不考虑蒸散量影响的情况下,降水量和人类活动对黄河中游区间产流量变化的贡献率在1971-1985年(T_B)分别为25.94%和74.06%,在1986-2009年(T_C)分别为25.13%和74.87%;如果考虑蒸散量的影响,则人类活动的贡献率在T_B和T_C时期分别增大到91.74%和93.41%。显然,人类活动是该区间地表产流量减小的最重要影响因素。人类活动对黄河中游区间产流量变化的主要影响方式是拦蓄滞留,这些拦蓄滞留的水量大多数最终通过蒸散作用而从地表径流循环进入大气循环,即人类活动改变了部分水循环的途径。     

黄河中游河口镇至龙门区间不同岩层对河流粗泥沙贡献的分析

对黄河中游河口镇至龙门区间的产沙岩层与河流悬移质输沙进行了耦合平衡分析,确定了该区间各种产沙岩层的产沙数量,并推算出黄土、基岩和风沙对河流粗泥沙(d>0.05mm)的贡献率分别为61.2%、34.2%和4.6%。同时,分析了该区间侵蚀产粗泥沙的分布规律。     

黄河中上游流域夏季异常降水的变化特征及环流分析

 从中国气象局信息中心提供的全国地面台站逐日观测资料中选取黄河中上游流域66 个台站资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,运用小波分析等统计方法,对黄河中上游流域夏季降水异常的变化特征、周期分布及影响降水的因子进行分析,研究结果表明：（1）流域旱涝年夏季降水空间分布上差异显著,易涝区位于河套平原,易旱区位于黄土高原东北部;（2）1960-2008年,流域夏季降水量线性趋势变化不明显,但年际间波动较大,多雨年少雨年相间出现,近50 a中降水整体呈现平稳—少雨—多雨—平稳—多雨—少雨的过程;（3）黄河中上游流域降水变化周期复杂多样,总体以2 a周期振荡为主,异常少雨年多表现为9 a周期振荡,异常多雨年多表现为15 a周期振荡,且流域主周期的空间分布可能与地形地貌、海拔高度及流域分布等地理因素有关;（4）丰、枯雨年环流形式差异显著,影响流域降水的环流系统有季风,西太平洋副高,温带气旋及贝加尔湖低压。     

黄河中游悬移质泥沙粒径与流域环境的关系

以黄河中游多沙粗沙区为研究区，在流域泥沙粒径、降雨、地面物质组成、地面形态、植被和高含沙水流等资料采集的基础上，采用“环境要素法”和多元回归分析来阐明泥沙粒径空间分异的机理。研究表明，随降雨不均匀系数的减小，断面最大含沙量的减小，流域内黄土覆盖面积的增大，以及植被盖度的增大和沟谷密度的减小，悬移质泥沙粒径趋于变细，反之，趋于变粗。其中，流域地面物质对泥沙粒径组成起最重要的控制作用，其次是植被，高含沙水流、沟谷密度和降雨影响作用相对较小。     

地貌格局与流域侵蚀产沙过程关系定量分析——以黄河中游河龙区间为例

以河龙区间42个流域为对象,在流域地貌格局信息提取和侵蚀产沙过程特征指标计算及其相互关系分析的基础上,探讨地貌格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:①在河道系统水平,河流数量、长度等几何特征指标和河流分叉率(Rb₁₂)、分级率(Rd₃₂)、相邻级别间的河流长度比等形状特征指标与流域侵蚀模数显著相关;②在流域系统水平,坡度粗糙度、相对高差、圆度比、高长比是影响流域侵蚀产沙过程的主要指标,其中坡度粗糙度是最根本的解释变量;③各地貌格局因子间相互作用复杂,且对侵蚀过程的影响要强于泥沙输移过程,其通径分析模型对流域侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比变化的解释度分别为65%、33%和20%。这对正确认识影响流域侵蚀产沙过程的格局因素和建立准确的过程模型,具有重要参考价值。     

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。     

黄河上中游人工造林对年径流量的影响

流域年径流量是水资源评价与合理配置利用的重要依据,而人工造林的减水作用又是估算水土保持对河川年径流量影响的基础。在综合分析了人工造林减水作用现有主要研究成果,对黄河上中游进行生态环境建设分区的基础上,求算了各分区人工造林减水定额,黄土丘陵沟壑区为93.82 m3/hm2、黄土高塬沟壑区为58.54 m3/hm2、土石山区为168.87 m3/hm2。并结合《2003中国林业统计年鉴》、《2005年中国森林资源报告》,计算了各分区截止2003年人工林地累计面积,黄土丘陵沟壑区、黄土高塬沟壑区、土石山区、河源区分别为119.10×104hm2、45.29×104hm2、34.08×104hm2、2.56×104hm2。最后求得黄土丘陵沟壑区、黄土高塬沟壑区、土石山区、河源区现状人工造林减水量分别为11 173.96×104m3、2 651.28×104m3、5 755.09×104m3、432.31×104m3,全流域现状人工造林减水量为20 012.64×104m3。     

黄河源区径流年内分配变化规律分析

河川径流的年内分配特征与特定的径流补给条件关系密切。在气候变化以及人类活动的影响下,河川径流的年内分配特征也发生着相应的变化,直接影响水资源的开发利用以及生态系统的健康。本文根据黄河源区主要测站1952～1997年的月天然径流资料,分析了年内分配不均匀系数、集中度和集中期、变化幅度等特性。结果表明:1)黄河源区径流的年内分配特征20世纪90年代和70年代较为接近,而80年代则与60年代较为接近。2)90年代的径流年内分配特征出现了较大的变化,突出表现在汛期径流量的减少;3)玛曲水文站径流年内分配的不均匀性、集中度以及相对变化幅度都略高于唐乃亥,而绝对变化幅度则较小。     

位山引黄灌区浅层地下水资源调控研究

在论述位山引黄灌区水资源基本特点和利用现状的基础上,分析了区域地表水供水系统和地下水供水系统供需平衡状况。研究表明,位山引黄灌区上、下游地区水资源极不均衡,上游地区水资源丰富,地下水未充分利用,下游地区水资源贫乏,地下水被过度开采。为解决区域水资源供需矛盾,文章提出了该灌区内要加强管理、统一调控地表和地下水资源,在灌区上、中、下游地区分别设立井灌区、井渠结合区、限制开采区。并对不同区域的渠灌、井灌要制定不同的经济负担政策。     

人类活动对黄河中游高含沙水流的影响

以黄河中游干流和渭河、无定河的资料研究了人类活动对黄土高原河流高含沙水流的发生频率的影响。人类破坏森林植被，大量拦截黄河上游清水来源区的清水基流，使得高含沙水流发生频率增大，大规模水土保持措施的实施则使高含沙水流发生频率迅速减小。近50年来黄河干流和一些支流的高含沙水流随时间的变化可以用一个三阶段模式来概括，即20世纪50-60年代，由于人类破坏植被，使高含水流频率增大；20世纪60年代末至80年代中期，大规模水土保持措施的实施使高含沙水流发生的频率减小；20世纪80年代末期以来，人类大量拦截利用清水资源，使高含沙水流的发生频率又复增大。     

黄河流域天然径流量突变性与周期性特征

突变性和周期性是水文时间序列的两个重要特征。黄河流域面积广阔，各区域水文水资源系统演变规律各不相同，它们的突变和周期变化及其形成的物理机制遍异，因此系统分析各区域水资源突变性和周期性特征及其影响机制具有重要意义。把黄河流域划分为15个区域，计算出各区域1951—1998年的年天然径流量系列。利用Mann-Kendall非参数检验方法检测黄河流域各区域年天然径流量的突变年份，结果表明各区域的突变年份不完全一致，主要在1953—1955年、1979—1983年、1991—1993年等发生了突变，这些突变与北半球气候突变具有一致性，且由于下垫面改变、人类活动等影响而复杂化。利用Morlet小波分析各区域年天然径流量的变化周期，发现主要存在3～4a、7～9a、11a的周期，形成这些周期的物理因子有太阳黑子、海—气相互作用和下垫面因素等。通过分析黄河流域主要产流区不同时段小波系数变化，发现20世纪80年代之后年径流量主要以短周期变化。     

黄河中下游地区降水变化的周期分析

根据利用清代雨雪档案重建的黄河中下游及其4 个子区域1736~2000 年的逐年降水序列, 采用小波变换方法, 分析了该区降水变化的周期特征, 探讨了影响降水周期变化的可能 驱动因子。结果表明: 黄河中下游地区的降水, 具有2~4 年、准22 年及70~80 年等年际与年代际的振荡周期。其中, 2~4 年周期与El Nino 事件关联, 在El Nino事件发生的当年或第二年, 黄河中下游地区的降水比常年偏少; 而准22 年及70~80 年的周期, 与wolf 太阳黑子相对数的周期变化及太平洋年代际振荡(PDO) 信号有关。但在70~80 年的周期尺度上, 太阳活动与降水变化的对应关系在1830 年以前表现为太阳活动偏强(弱) 时, 降水偏少(多); 1830 年以后, 太阳活动的周期演变为80~100 年的更长周期, 因这一阶段可能受到由于人类活动加 强而致的温室气体浓度升高等因素的干扰, 太阳活动与降水之间的关系明显减弱; 而PDO 与降水的对应关系则表现在全时域上, 且在近100 多年, PDO 与降水之间的相关关系逐渐加强, 特别是在1940s 以后达到最大。