长江上游干支流近期水沙变化及其与水库修建的关系

基于水文站实测的长系列水沙资料,运用统计方法研究了长江上游干支流的近期水沙变化.屏山站年输沙量的变化自1999年以后开始减小,扭转了1980～1998年的增加趋势.高场站年输沙量由1990～2000年的减小趋势,变化为2000～2007年的增大趋势.北碚站的年输沙量呈进一步减少的趋势.武隆站年输沙量改变了1990～2000年的增加趋势,2000～2007年显著减小.宜昌站的年输沙量延续了从20世纪80年代中期以来的减少趋势,2002～2007年急剧减小.采用输沙量-径流最双累积曲线方法进行了分析,发现各站双累积曲线上最近一次转折点的出现,均与水库的修建有关.基于双累积曲线估算了近期各站的减沙量(或增沙量).研究还发现,近期屏山、北碚、武隆、宜昌4站含沙量均呈现减小趋势,与水库的拦沙作用密切相关.但是,岷江近期水电梯级开发的大规模展开,巨量弃土、弃渣进入河道,导致了2002～2007年间含沙量的增大.建立了宜昌站年输沙量与长江上游流域内累计水库库容量及宜昌站年径流量之间的回归方程,估算出它们对于长江上游产沙量变化的贡献率分别为71.4%和28.6%.这表明,水库拦沙是导致长江上游产沙量减小的主要原因.     

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。     

吉兰泰盐湖防护体系阻沙效应及输沙粒度特征

风沙危害是制约荒漠盐碱湖区资源开采的重要因素,研究盐湖防护体系风沙运移规律及其颗粒运动方式对实现盐湖资源可持续开采具有重要意义。以吉兰泰盐湖防护体系为研究对象,通过野外定位监测结合室内分析的方法,逐月对防护体系不同部位输沙通量进行观测,探究吉兰泰盐湖防护体系沙粒运动方式及各月输沙通量变化规律,以期为吉兰泰盐湖防护体系效果评估提供数据支撑。结果表明：（1）从流动沙垄至盐湖湖心风速表现为先减小后增加的趋势,除白刺灌丛外,其余样地风速基本不受风向影响。（2）除防护林带外,季节变化对防护体系50 cm高度以上输沙通量影响较大。（3）防护体系各样地0—40 cm高度的输沙通量占总输沙通量的53.43%—96.63%,区域内沙粒运动方式以跃移为主。（4）从流动沙垄至盐湖湖心,沙物质粒径分布曲线整体呈双峰型,且沙物质颗粒粒径表现为先增大,至盐碱滩地时达到最大,后略减小的趋势。吉兰泰盐湖防护体系50 cm高度以上输沙通量受季节影响较大,但整体仍可拦截95.79%—99.93%的沙粒,从而有效避免盐湖湖面积沙。     

近60年来汾河入黄河水沙演变特征及驱动因素

基于汾河河津站1950～2005年的实测径流和输沙数据,采用Mann-Kendall检验等多种统计方法分析了汾河入黄河的水沙演变特征及驱动因素.结果表明:入黄河水沙量年际波动较大,呈明显减少趋势,且输沙减少的趋势性要强于径流;径流与输沙发生重要突变的时间都是1980年,说明径流量的减少在一定程度上直接影响着输沙量的变化.降水量的减少是径流减少的重要原因,但二者的变化并不是完全一致的, 20世纪60年代以来尤其是1980年以后,降水对径流的影响有所减弱,在其他自然条件(如蒸发)相对不变的情况下,人类活动是径流减少的主要驱动因素.根据理论分析,受人类活动的影响, 1961～1980年的累积减沙量为108 610×104 t,平均每年减少5 430.50×104 t, 1981～2005年的累积减沙量为93 324×104 t,平均每年减少3 732.96×104 t.     

黄河下游河道输沙功能的时间变化及其原因

以输出某一河道的泥沙总量与进入这一河道的泥沙量之比来定义河道输沙功能,以此为指标研究了黄河下游输沙功能的时间变化。研究表明,近50年来黄河下游河道输沙功能表现出随时间而减小的明显趋势。在总的减小趋势中,由于水库运用方式与下游水沙组合的不同,河道输沙功能指标具有明显的差异,可以划分为6个阶段。1986¹997年,由于降水偏少,且人类大量引水,黄河下游进入连续枯水的水文系列,河道萎缩,输沙功能迅速降低,此时段中输沙功能指标的时段平均值为0.62,为有水沙记录以来最低的时期。对于黄河下游输沙功能指标与流域因子和河道特性因子的时间变化系列进行了比较,以揭示输沙功能减小的原因。结果表明,黄河下游河道输沙功能指标与流域平均年降水量、兰州站和三门峡站汛期径流占年径流百分比、游荡段典型断面平滩水位下断面面积、花园口站和高村站水面比降等因子有同步减小的关系,并随流域水土保持面积、人类引水量及其占天然径流量比率的增大而增大,说明这些因子的变化导致了黄河下游输沙功能的减弱。     

人类活动对长江上游近期输沙变化的影响

利用1956-2007年径流—输沙序列,分期定量研究了长江上游近期主要干支流输沙变化及其原因,结果显示:①长江上游1994-2002年输沙量减少1.43亿t/a,人为减沙占91.2%,主要来自嘉陵江措施减沙;2003-2007年减沙4.50亿t/a,径流减沙占14.1%,前期持续的人类活动减沙占39.8%,三峡水库蓄水拦沙、金沙江措施减沙等新增人为减沙占46.2%。②金沙江1983-2000年输沙量增加0.48亿t/a,人为增沙占74.7%,主要是工程增沙;2001-2007年输沙量减小1.183亿t/a,全部为人为减沙,包括二滩等各型水库拦沙、水保减沙和工程增沙减少。③嘉陵江1985-1993年输沙减少0.827亿t/a,人为减沙占81.4%,主要人为减沙包括农村社会经济因素变化导致的土壤减蚀和水库拦沙;1994-2007年输沙量减少1.285亿t/a,其中自然径流减沙占29.6%,前期持续人类活动减沙占42.1%,宝珠寺等新增水库拦沙和水保减沙占23.4%,另有4.9%的人为减水减沙。     

乌兰布和沙漠东北缘地表风沙流结构特征

在国家林业局磴口荒漠生态站长期监测的基础上,利用多种积沙仪,对乌兰布和沙漠东北缘流动沙丘、油蒿半固定沙丘、白刺半固定沙丘、油蒿固定沙丘、白刺固定沙丘5种典型下垫面近地面（0～100 cm）的风沙流输沙量进行了实地观测和对比分析。结果表明：（1） 输沙率（q）随高度（h）增加呈幂函数（q=ah^-b,R²≥0.8409）规律衰减,随风速（v）增大呈幂函数（q=av^b,R²≥0.9256）规律增加,42.8%～70.7%的输沙量分布在10 cm高度内,67.6%～90.0%的输沙量分布于30 cm高度内。当地表植被盖度达到40%以上时,输沙率下降至无植被覆盖地表输沙率的6.6%以下,可有效阻止地表风蚀。（2） 沙物质主要由粒径为50～250 μm的细沙和极细沙构成,各高度层风蚀物粒度组成服从单峰态分布,峰值在100～250 μm。随高度增加,风蚀物粒径范围趋于变窄,粒径趋于更细。（3） 起沙风多出现在WSW和NW方向,占全年起沙风的53.19%。风沙流中跃移输沙、蠕移输沙的空间分布在理论上应与风向频率分布基本一致,差异性主要由各方位风的强度和持续时间等因素导致。研究结果可为该区域防沙工程设计提供理论参考。     

2008—2018年河北昌黎海岸输沙势时空变化与沙丘形态演变

输沙势的时空变化特征是研究风积沙丘形态类型及其时空变化规律的重要指标。以中国河北昌黎海岸沙丘分布区为研究对象,利用邻近区域3个气象站记录的2008—2018年风资料分析输沙势时空变化,借助高分辨率的Google卫星影像提取同期横向沙脊和新月形沙丘形态的变化信息,结合区域风速、降水量变化及人类活动等因素,综合分析海岸沙丘分布格局和形态变化的驱动机制。结果表明：（1）研究区输沙势（DP）以春、冬两季最高,潜在风沙作用最活跃;（2）3个气象站中,乐亭站向岸合成输沙方向（RDD）代表研究区主要输沙方向,昌黎站离岸合成输沙方向为次要输沙方向,这两个输沙过程控制了研究区海岸沙丘分布的基本格局;（3）研究区向岸的和离岸的输沙势、合成输沙势（RDP）总体呈现衰减趋势,合成输沙方向没有明显变化;（4）近10年来昌黎海岸沙丘整体呈明显的风蚀消减特征,但气候变化的影响十分有限,而人工植树造林、防风固沙活动导致上风向沙源的减少则是主要原因。     

1954-2011年间珠江入海水沙通量变化的多尺度分析

基于高要（西江）、石角（北江）和博罗（东江）水文站1954-2011 年的连续径流量和输沙率资料,采用Mann-Kendall 非参数秩次检验和小波分析的方法,分析珠江流域的入海水沙通量变化特征。结果显示：（1）1954-2011 年珠江的入海径流量没有明显变化趋势,但输沙率呈明显下降趋势,其间不同阶段的变化趋势不同：1954-1983 年珠江水沙均处于增长阶段,该阶段气候变化和人类活动对输沙的贡献率分别是70%和30%;1984-1993 年珠江水沙通量呈先降后升（1989 年是转折点）波动阶段,主要与气候变化有关;1994-2011 年珠江的水沙通量均呈下降趋势;气候变化和人类活动对输沙率下降的贡献率分别是20%和80%。（2）龙滩水库蓄水后的2007-2011 年与2006 年以前相比,珠江年均入海径流量减少了14%,而年均入海输沙率是减幅达到70%。这一时期水库蓄水和水土保持对输沙率减少的贡献率达到90%以上;（3）珠江的水沙通量变化具有明显年代际周期和年际周期变化特征,且不同子流域的周期有所不同。例如西江的径流量主要存在24 年和13 年的年代际周期以及4~7 年的年际周期,而输沙率主要存在16 年左右和10 年左右的年代际周期和4~7 年的年际周期;北江径流量主要存在12 年左右年代际周期和2 年左右以及8 年左右的年际周期和和输沙率年代际周期主要13-16 年,而年际周期是4~7 年和2~3 年;东江的径流和输沙率主要存在12 年左右年代际周期和2 年左右以及6 年左右的年际周期。这些年代际和年际变化周期与珠江流域降雨量的变化周期有较好关联性。     

庐山雨凇景观变化特征及日预测模型

利用逐日庐山站雨凇及常规气象观测资料和南昌探空资料,分析了庐山雨凇景观日数的变化特征,为庐山雨凇景观短期气候预测提供技术支撑,并根据雨凇概率显著变化的临界点建立了日预测模型。主要结论:1) 1970—2017年庐山雨凇景观日数在1981年存在一突变点,即1970—1981年庐山雨凇景观日数基本偏少,1981—2017年初庐山雨凇景观偏多偏少基本持平; 2)庐山雨凇景观日数存在2～4年、6年左右的年际变化,及12～14年的年代际变化; 3)当环境条件分别满足日最低温度4. 0℃、日平均温度0℃、日最高气温8. 5℃、相对湿度95%、日降水量5 mm、日平均风速2. 5 m·s-1时,有利于庐山雨凇景观的出现。4)借助于雨凇概率显著变化的临界点来建立庐山雨凇景观的日预测模型,能有效提高对庐山雨凇判断的准确率。     

长江干流日径流序列的多重分形特征

基于长江干流寸滩、宜昌和大通三个主要控制水文站多年的日径流资料,运用多重分形消除趋势波动分析 (MF-DFA)等方法,识别长江流域不同空间尺度上径流序列的多重分形特征,并采用推广的乘积阶次模型,对多重分形谱进行拟合。结果表明: (1)长江干流的日径流序列具有自相似的多重分形特征,该多重分形特征是由序列内在的长程相关性引起的;(2)长江干流日径流序列的多重分形谱可用推广的乘积阶次模型进行描述,模型拟合的参数a、b可作为该水文站点的特征参数,能够对降雨径流模型有效地进行检测;(3)长江干流日径流变化的复杂程度具有空间差异性。下游大通水文站径流序列的奇异性大于上游两站点,其径流变化过程更为复杂,而上游两站奇异性相差不大。造成三个站点径流过程变化复杂程度差异的主要原因,包括集水面积、来水组成、降水特点和下垫面状况等。     

海河流域产沙模数尺度效应的空间分异

基于流域完整性、地形的相似性,将整个海河流域分为9 个分区,分析了各分区产沙模数的尺度效应。结果表明,在双对数坐标系上,产沙模数与流域面积的关系呈现出3 种类型：① 线性负相关,即产沙模数随流域面积的增大而减小;② 无显著相关,即产沙模数随流域面积的增大基本保持不变;③ 线性正相关,即产沙模数随流域面积的增大而增大。从地形、分区的位置以及土地利用状况方面对所有分区产沙模数的尺度效应进行分析,并对1000 km²标准面积下产沙模数进行校正。基于校正后的数据,利用ArcGIS 的Kriging 空间插值法,绘制了校正后的产沙模数图。校正结果显示,流域侵蚀模数的空间分布总体表现为自西向东逐渐减小的趋势,这与流域地形的总体变化趋势是一致的。流域西部以山地为主,因而侵蚀强度大,产沙模数高;东部以平原为主,是泥沙的淤积区域,因而产沙模数低。最后,对图中产沙模数的高值区域,从气候、植被和侵蚀作用力3 个方面进行了成因分析。     

人类活动干预后的塔里木河水资源持续利用问题*

人类活动的加剧,使干旱区河流原有的水文状态发生了很大变化.而如何持续利用变化后的地表水资源,是保证干旱区持续发展的前提之一.该文分析了人类活动对新疆塔里木河流域水文干预的后果,认为人类活动使河流下游径流量减少,水量的时空分布改变,径流规律趋于复杂化.指出,维持一定的河流水量,整治河道和改变用水模式是持续利用塔里木河水资源的保证.     

长江上游的战略地位与生态环境功能

长江上游地区是我国未来经济发展中具有巨大潜力的地区 ,也是我国主要的生态脆弱地区 ,是实现《全国生态环境规划》 ,将“环境与发展”有机结合的攻坚地段。本文论述了长江上游地区在我国 2 1世纪国民经济发展、长江产业带建设中的战略地位 ,以及在我国西南、西北和整个西部地区开发、山区脱贫和民族地区经济发展中的特殊意义 ;并从生态环境的过渡性、敏感性和脆弱性 ,长江和长江流域生态环境保护的重要屏障、水资源保护的核心区作用 ,生物多样性保护与物种、基因库 ,全球环境变化及其响应和影响 ,环境与发展等方面论述了长江上游地区的生态环境功能及其保护的意义     

黄河沙漠宽谷段水沙变化特征及驱动因素

根据定位观测、第一次全国水利普查、遥感影像解译的数据,利用MWP、双累计曲线、水土保持分析法、数学模拟等方法,分析了黄河上游水沙变化特征,评估了多元驱动因素对2000-2012年黄河下河沿-头道拐沙漠宽谷段水沙变化的贡献率。结果表明:与20世纪70年代以前的基准期相比,2000年以来径流量、输沙量同步减少,水沙关系也发生变化,单位径流量的输沙量明显减少;沙漠宽谷段径流量减幅沿程不断增加而输沙量减幅沿程变化不大,水沙年内分配较基准期发生倒置,来沙系数不断减小;灌区引水引沙、水土保持措施、水库拦沙、支流来水来沙、水库调蓄及河道冲淤是沙漠宽谷段水沙变化的主要影响因子;经济社会发展用水对沙漠宽谷段径流量减少的作用最大,贡献率为81%,其次是水库蓄泄量,占15%以上;水库拦沙对头道拐输沙量减少的贡献率最大,占41%,其次是支流水土保持措施,贡献率约占13%,入黄风沙减少的贡献率并不大,约为6%,而河道淤积量、灌区引沙量较基准期都是减少的,贡献率分别约为-41%和-8%;近10多年来降雨等自然因素对水沙变化的作用相对不大,起主要作用的是水库运用、水土保持、经济社会发展等人类活动因素。     

黄河中游流域环境要素对水沙变异的影响

目前 ,黄河中游地区流域的水沙变化主要以水文法和水保法研究为主。由于黄河中游具有明显的自然地带性分布特征 ,流域系统的水沙过程受到环境要素的综合影响。本文根据黄河中游河口镇至龙门区间已控一级支流的测站资料 ,采用地理环境要素法分析水沙变异及成因。研究表明 ,河龙区间流域径流量和输沙量与地理环境因子的影响密切相关。 2 0世纪 70年代以来 ,降雨减水减沙作用不断减小 ,随着水土保持措施的提高 ,人类活动减水减沙所占比重不断增大。 70年代与 80年代气候波动和人类活动影响的平均减水减沙作用分别为5 3 4 %、 2 8 6 %和 4 6 6 %、 71 4 %。     

洞庭湖年径流泥沙的演变特征及其动因

通过对洞庭湖1951~1998年径流泥沙演变过程及其驱动力的全面分析表明, 径流泥沙关系密切, 其相关系数r = 0.9013。年径流量、年输沙量总体均呈同步减少趋势, 在演变过程中表现出明显的阶段性。由于湘、资、沅、澧四水流域产水量大, 森林覆盖率达52%以上, 连年兴建的水利工程及工农业、生活用水量的增加, 未能对四水河流水文特征产生根本性的影响, 其入湖径流泥沙基本处于稳定状态, 故没有对湖泊径流泥沙的演变造成深刻影响。而由长江中游河段的调弦口堵口, 下荆江系统裁弯和葛洲坝截流所引起的3次江湖水沙关系调整, 即是导致洞庭湖径流泥沙缓减速减的主动因子。     

长江干流江苏段44年来河道冲淤变化的时空特征

通常认为气候变暖引起的海平面上升将导致下游河道的淤积, 流域水土保持和水库建设引起的上游来沙量的减少将导致下游河道的冲刷。然而, 长江下游河道是如何对海平面上升和上游来沙量的减少做出响应的, 至今还没有直接的确凿的证据。在地理信息技术支撑下, 对长江干流江苏段(约330 km) 5 个时期1:25000~1:60000 的河道地形图进行了数字化, 建立了1959、1970、1985、1992 和2003 年河道数字地形图, 对河道的冲淤变化进行了计算分析。 结果表明, 长江干流江苏段在1985 年前后发生过明显的河道冲淤转换: 由1959-1985 年之间的平均淤积状态转变为1985-2003 年之间的平均冲刷状态。主要原因是1985 年以后该河段的上游来沙量的减少。1959-1985 年之间长江干流江苏段河道的淤积过程, 存在着由上游向下游推进的“顺流堆积”现象。1985-2003 年之间, 下段冲刷速率大于中段和上段。     

基于InVEST模型的黑河流域上游水源涵养量

黑河流域上游生态系统具有重要的水源涵养功能,对维系流域生态平衡有着重要的意义。基于InVEST模型估算了黑河流域上游水源涵养量,分析了水源涵养量的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明：2001—2015年黑河流域上游草地、林地、灌丛面积分别增加了1 665.00、381.75、162.75 km²,而荒漠和农田分别减少了2 165.25、20.50 km²;2001—2015年黑河流域上游水源涵养量年均值为228.64 mm,在空间上呈现东南高、西北低的分布特征,高值区位于祁连山一带,肃南裕固族自治县北部条带状为上游水源涵养量的低值区;从变化趋势来看,研究区水源涵养量以7.60 mm·a^-1的速率减少;近15年来,研究区潜在蒸散、降水量分别呈现增加和减少趋势,速率分别为1.45、-0.67 mm·a^-1,水源涵养与潜在蒸散以负相关为主,而与降水量正相关,降水量主要影响上游的中东部、北部的祁连山高寒地区,而潜在蒸散主要制约西北部的水源涵养量。     

渭河与泾河流域水沙变化规律及其差异性分析

依据渭河和泾河流域1956—2016年实测水文资料、水利水保统计数据、TerraClimate年平均温度和Landsat地表反射率数据集,分析了流域水文要素、气温及植被覆盖度的历年变化规律,采用双累积值曲线法、累积距平法、有序聚类法、Lee-Heghinan法、秩和检验法等数理统计方法,确定了流域年径流量和年输沙量变化...