黄土高原泾河流域1960—2000年的年输沙量时空变化

为制订合理有效的水土流失治理政策,需定量了解流域的泥沙输移总量及其时空变化。以黄土高原多泥沙的典型流域泾河为例,按有连续水文观测数据的11个水文站的控制范围,把流域划分为11个河段,统计分析1960—2000年间的年均输沙量和输沙模数在不同年代的变化和空间上的差异。结果表明:1)20世纪60年代泾河流域年均输沙量为3.024 9亿t/a,年均输沙模数为6 672 t/(km2.a);输沙等级为强度,但空间分布不均匀,其中输沙等级为极强度和强度的河段面积占流域面积的72.6%,其年均输沙量占流域总量的86.0%;输沙等级为中度和轻度的河段面积占流域面积的27.4%,其年均输沙量占流域的14.0%。2)20世纪70年代以来,泾河流域年均输沙量开始减少,90年代已减至2.657 8亿t/a,较60年代下降了12.1%,减沙主要发生在输沙等级为极强度的河段,其减沙量占流域总减沙量的93.5%,尤其以降水较高、植被较好的西部地区为主要贡献区,而其他输沙等级河段的年输沙量基本保持不变。因此,在侵蚀性暴雨增加的气候变化背景下,植被稀疏、抵抗暴雨侵蚀能力差的半干旱地区应列为水土保持重点地区。     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

黄土高原径流侵蚀功率输沙模型的改进

水土流失对流域生态危害严重,输沙量模拟和预测可以为流域水土流失防治提供依据,因此精确的输沙模型是流域水土流失治理的重要工具。为了精确模拟变化环境下黄土高原年输沙量,该研究基于黄土高原19个水文站的径流和输沙数据,通过随机森林变量重要性度量方法评估年径流侵蚀功率、淤地坝指数、淤地坝相对指数、归一化植被指数、不透水地面积等因子对流域年输沙量的影响,使用非线性最小二乘法估算年输沙模型参数,对比分析不同因子组合的年输沙模型精度,提出适用性较强的黄土高原年输沙模型,据此开展年输沙量变化贡献率分析。结果表明：1）以幂函数形式构建的仅含径流侵蚀功率单因子输沙模型精度与流域面积有显著的负相关关系,相关系数为-0.505（P<0.05）,模型精度随着流域面积增大而下降,在大于7 000 km2的流域适用性较差;2）年径流侵蚀功率、淤地坝指数及不透水地面积因子组合建立的多因子年输沙模型在黄土高原适用性最佳,模型在率定期NSE平均值为0.84,RMSE平均值为0.21亿t,在验证期纳什系数平均值为0.79,均方根误差平均值为0.27亿t。3）影响研究流域年输沙量变化的因素依次是：年径流侵蚀功率、不透水地面积和淤地坝指数。研究可以为黄土高原不同区域水土流失防治和生态治理工作提供理论支撑。     

黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化及其驱动因素

[目的]探究黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化，探讨水土保持综合治理对流域水沙关系的调控，以期为黄土高原地区未来的生态恢复与水土保持综合治理提供参考。[方法]基于孤山川、佳芦河和西川河流域1974—1989年和2007—2019年的洪水水文要素资料，采用线性函数分析了流域不同时期水沙关系变化特征，采用皮尔逊相关系数法探讨了径流指标(年径流深、平均洪峰流量和平均流量)和输沙指标(年输沙量、平均最大含沙量和平均含沙量)间的相关性，辨析了不同流域水沙变化的驱动因素。[结果]2007—2019年各流域次洪事件的年均径流深和年均输沙量较1974—1989年均显著减少(p<0.05),孤山川流域变化最大，分别减少56.48%,95.03%;佳芦河流域的年均输沙量变化不明显且年均径流深有所增加，主要由于该流域植被覆盖较差、水土保持措施治理占流域比例小，加之近年来极端降雨量增加。[结论]各流域的水沙关系在经过水土保持综合治理后发生显著变化，径流深-输沙模数线性关系减弱，黄土高原水土保持措施的实施尤其是大规模植被恢复使流域产输沙能力下降，从而导致径流和输沙变化的不同步。     

秃尾河流域水土保持措施对河流泥沙变化的影响

水土流失治理的水沙效应研究是水土保持规划与治理实践的重要理论基础。以秃尾河流域降水、径流、泥沙等资料为基础,采用Mann-Kendall秩次相关法和距平累积方法分析降水、输沙特征及其变化。结果表明:秃尾河流域输沙量在多年变化中呈明显下降趋势;针对影响流域输沙变化的降水和人类活动因素,结合时间序列对比分析法和降水-输沙双累积曲线,定量计算出不同时段的输沙衰减量以及降水变化和水土流失治理导致的减沙量及其所占比重。分析表明:不同时段水土保持措施对秃尾河流域输沙变化的影响差异很大,流域20世纪70年代之后输沙衰减的主要驱动力是水土保持措施;水土保持措施对秃尾河流域7月、8月输沙量影响最大。     

松花江流域侵蚀产沙演变特征分析

利用松花江流域116个站点的降水资料和14个典型流域水文站的径流泥沙资料,在分析降水、径流和输沙时间变化特征的基础上,研究了该区侵蚀产沙演变特征及其主要影响因素.研究结果表明,1961-1990年松花江流域降水和径流无显著增长趋势,但输沙量增长显著,每10 a平均增长幅度为34.7%,丘陵漫岗区输沙量增长幅度较山区更为显著.流域输沙量自1979年开始显著增加,降水量变化不是输沙量快速增长的主要原因,人类活动导致的下垫面变化可能是输沙量增加的重要原因.     

泾河流域模糊关系方程输沙量预报模型研究

根据模糊数学基本理论，运用泾河流域１９５２～１９８４年的降雨、输沙资料，建立了泾河流域年输沙量的模糊关系方程预报模型，据此对流域１９８５～１９８９年的输沙量进行了预报，并预估了相应的产沙水平。经与实测值验证，结果令人满意。     

贵州山岖水流失影响因素综合评价研究

该研究以流域为单元，选定１７个中等流域，研究各流域地质，地貌、土壤、森林覆盖率、植被覆盖率、降雨量、旱坡耕地垦殖率、土壤垦殖率、人均占有粮食、人均纯收入、人口文化素质，人均乡镇企业产值、人均农业产值以及人均国民生产总值等多因素与河流输沙量的关系，建立了各单因素及复因素与输沙关系的数学模型，研究结果表明，影响河流输沙最显著的因素为旱坡耕地垦殖率，森林覆盖率和人口密度，其次为人均占有粮食和土壤类型，河     

变化环境下黄土丘陵沟壑区次暴雨输沙模型参数

气候变化和人类活动加剧了水资源时空分布的变化,使流域暴雨洪水规律更为复杂,因此开展变化环境下的次暴雨计算产流输沙规律研究十分必要.本文以黄土丘陵沟壑区6个典型流域为研究对象,采用径流侵蚀功率、Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变点检验法分析6个典型流域1984-2014年的次暴雨资料的变化特征.结果表明:6个典型流域次洪流量和输沙量总体呈减少趋势;洪峰、沙峰、洪量以及输沙量突变年份集中在1998和2003年;径流侵蚀功率和输沙模数之间满足幂函数分布,幂指数参数b能够表征降雨和下垫面因素对流域产沙和输沙的影响,参数b受气候变化和人类活动影响较大.突变前后径流侵蚀功率和输沙模数关系显示:突变前参数b倾向于0.60,突变后参数b倾向于0.85;因此次暴雨输沙模型中参数b可以作为水土保持防治以及改善水土流失区域生态环境的参考指标.     

嘉陵江流域输沙量演变规律分析

嘉陵江流域水土流失严重,是长江流域重点产沙区之一,研究流域输沙量演变规律及其影响因素,对揭示其水土流失规律及人类活动水文效应具有重要意义。基于嘉陵江北碚站月及年输沙量,分析了流域输沙量演变规律及流域内人类活动对输沙量的影响。结果表明:年输沙量总体呈降低趋势,1980s—1990s年输沙量波动程度相对较大;流域年输沙量在1992年发生突变,突变年份后年径流量有所增加,年输沙量明显减少,突变年份后年输沙量波动程度加剧;年内输沙量主要集中在汛期(7—9月),占全年72%以上,总体变化呈单峰型;根据北碚站1956—2008年降雨—输沙双累积曲线,流域输沙量相对降雨量在1984年发生突变,降水和人类活动在突变年份前后对输沙量衰减的影响分别为25%和75%,人类活动的影响占据了主导地位。     

黄河流域水库拦截泥沙量的计算及泥沙分布特征

根据黄河输沙量等观测资料,提出了一个简便的用于计算流域水库拦截泥沙量的公式。据对1950—2003年黄河流域水库拦截的泥沙量进行计算,54年来拦截的泥沙总量为196亿t,其中大约有70%的泥沙分布在三门峡和小浪底水库库区。研究指出,对现有黄河干流控制性水库制定科学的调水调沙方案,对在建和拟建的水库采取积极的调水调沙设计,制定黄河流域系统的水沙调配总体方案,将有利于解决黄河下游和三角洲地区与水沙有关的一系列环境问题。     

丹江口水库水沙淤积特性分析

丹江口水库是由汉江库区和丹江库区组成的并联水库.根据多年平均入库水沙资料,分析了水库的水沙特性和淤积变化.结果表明,丹江口水库入库水沙地区分布极不均匀,汉江库区来水量和来沙量占绝大多数.入库水沙年内分布也极不均匀,来水来沙量均集中于汛期.水库十流库区淤积量占全库的85%左右,支流库区淤积量在15%左右.在于流库区中,汉江库区淤积量占全库的70%左右,淤积主要发生在汉江库区.汉江库区泥沙颗粒组成常年回水区以泥土为主,占81.9%～100%;变动回水区以泥沙为主,占46.8%～98%.汉江干流库区纵向淤积特点是常年回水区淤积多,变动回水区少;从库容变化上来看,中间库段库容损失大;两头库段库容损失小.横断面淤积特点主要分布在两岸边滩.最后,对丹江口水库泥沙淤积变化进行了预测分析.     

人工模拟降雨条件下坡面产沙规律及侵蚀泥沙颗粒特征研究

利用室内模拟降雨试验,研究了坡面产沙规律及其与径流的相关关系,并对比分析了侵蚀泥沙与原土壤的颗粒特征。结果表明:1产流时间受降雨强度与坡度共同影响,降雨强度和坡度越大,产流时间越短,随降雨强度增加坡度对产流时间的影响越加明显。2不同降雨强度作用下,产沙量(4 min产沙量)均随降雨历时的增加呈现先增加后减少的趋势,但峰值不同,降雨强度越大峰值越大。3累计产沙量与累计径流量呈显著的幂函数关系,可用方程y=AxB来表达,相关系数R2均大于0.986,达极显著水平,系数A随降雨强度和坡度的增加而减小,系数B受降雨强度和坡度的影响无明显规律性变化。4不同降雨强度作用下的侵蚀泥沙颗粒级配不同,与原坡面土壤颗粒级配的差异程度表现为1.2 mm/min0.8 mm/min0.5 mm/min,随着降雨强度的减小,侵蚀泥沙中0.01 mm颗粒的相对含量有所增加,0.01 mm颗粒的相对含量减少,并且降雨强度越小,这种变化程度越明显。     

不同植被空间配置下的坡面产沙及泥沙连通性变化特征

植被是影响土壤侵蚀的重要因子，探讨坡面产沙和泥沙连通性对植被分布的响应对揭示土壤侵蚀过程机理及预测坡面侵蚀具有重要意义。通过室内人工放水冲刷试验，分析3种植被布设位置(坡上、坡中、坡下)在不同冲刷流量(3.2,5.2 L/min)和不同覆盖度(0,30%,50%,70%)下的减沙效益，结合坡面产沙潜力指数探究植被覆盖影响下的泥沙连通性变化特征。结果表明：(1)从不同盖度下的平均减沙效益及其稳定性来看，植被布局的减沙效益随盖度变化，且坡下植被空间分布最优。随冲刷流量增加，不同植被布局间的减沙效益差距缩小；(2)当植被盖度≤30%时，冲刷流量对坡面产沙的影响贡献较大；随盖度增加，植被的影响贡献程度大于冲刷流量，成为影响坡面侵蚀的主要因素；(3)坡面产沙潜力指数在不同植被盖度和分布位置下表现出明显差异。随盖度增加，产沙潜力指数减小，泥沙连通性减弱；坡下布设植被相比坡上和坡中产沙潜力指数最小，泥沙连通性最弱。该指数与产沙量之间存在显著的正相关关系，即产沙潜力越大，泥沙连通性越强，产沙量越大。研究结果可为深入探索土壤侵蚀机理及植被的生态效益提供科学依据，为黄土高原地区的生态建设提供参考。     

黄河中游输沙与减沙的时空分异特征

利用黄河中游主要水文站输沙量数据和48个雨量站降雨数据,分析了黄河中游1955年以来输沙与减沙特征,以及降雨与人类活动对输沙量变化的影响.结果表明:1955-2007年黄河中游输沙量总体呈下降趋势,20世纪70年代后较70年代前减沙46.8%,其中减幅较大的有汾河99.8%、岚漪河73.9%、州川河71.9%、三川河70.3%;退耕还林还草时期(1998-2007年)输沙量下降趋势最为明显,较70年代前减沙74.2%,除黄浦川,孤山川、佳芦河、屈产河、清涧河、延水之外,黄河中游大多数流域达到轻度侵蚀及以下;降雨因素和人类活动对输沙量变化的贡献率分别为37.6%和62.4%.     

前期降雨与不同沙源条件小流域产沙关系的对比研究

为了解不同沙源条件下前期降雨对小流域产沙的贡献和作用,本文利用不同沙源条件下2个典型小流域(云南蒋家沟流域和四川遂宁玉丰小流域)以及一组篱笆减少侵蚀试验的降雨和产沙资料,选取前期降雨、过程降雨、产沙历时以及雨强因子,运用主成分分析法 ,进行对比研究,并分析了其机理.结果表明,前期降雨在玉丰小流域渐变型产沙中,首属第1主成分;但在蒋家沟突变型产沙中首属第1主成分.     

韭园沟流域典型淤地坝淤粗排细作用研究

对韭园沟流域8座典型淤地坝坝内淤积物进行野外挖探坑观测取样,将坝内淤积物和马兰黄土颗粒级配进行对比,初步分析淤地坝的淤粗排细作用机理。在空间分布上,垂直分布,淤地坝坝内淤积物具有一定的沉积层理,即粉土层与黏土层相间分布;水平分布,同一沟道上游淤地坝较下游淤地坝淤积物粒径粗,单坝远坝处较近坝处淤积物粒径粗。工程结构上,有放水建筑物的淤地坝,控制面积决定了其淤粗排细效果;控制面积相近的淤地坝,有无放水建筑物决定了其淤粗排细效果;水毁坝也具有一定淤粗排细作用。     

细沟侵蚀动力过程极限沟长试验研究

由细沟产生的野外动力条件,设计了室内细沟侵蚀模拟冲刷实验。从能量角度,分析了不同动力条件下侵蚀产沙量随沟长的变化规律。采用黄土高原黄绵土,在实验室内用水槽进行了5种坡度、3种流量下不同沟长时的细沟土壤侵蚀产沙的模拟侵蚀试验,测量沟长为0.5～8m。提出了由细沟侵蚀产沙随沟长变化函数关系的回归结果,在给定误差限下,估计水流含沙量达到极限值——水流输沙能力的细沟长度的计算方法。并据此方法,求得了不同坡度、流量条件下细沟侵蚀产沙达到极限值的细沟长度,且在不同水动力条件下的R²均大于0.81。     

黄河中游多沙粗沙区粗泥沙输沙模数区域分布及产沙量分析

通过对黄河中游多沙粗沙区中d≥0.05 mm和d≥0.10 mm不同粗泥沙年输沙模数级的区域分布及产沙量的分析,得出d≥0.05 mm粗泥沙年输沙模数大于等于2 500、5 000和10 000 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.82万、1.97万和0.22万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的80.0%、35.6%和5.9%;d≥0.10mm粗泥沙年输沙模数大于等于350、700、1 400和2 800 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.80万、3.94万、1.88万和1.17万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的79.8%、58.3%、34.5%和24.2%。研究不同输沙模数级的区域分布、面积及产沙量,为粗泥沙集中来源区界定提供支撑。