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。     

赣江河流悬移质泥沙与水土流失的耦合关系动态分析

通过对赣江河流泥沙变化量的观测与分析，跟踪寻找出水土流失严重的河流为桃江、贡水、章水、平江、乌江、遂川江。11个观测站点多年观测结果表明，赣江多年平均输沙模数上游最大，上游各河均〉140t／km^2。赣江于流多年平均输沙模数自赣州市至南昌市，由上而下逐次变小，万安站144t／km^2，吉安站136t／km^2，峡江站131t／km^2，樟树站112t／km^2，外洲站114t／km^2。赣江河流泥沙颗粒多年平均值，各河大都在0．04～0．066mm之间。赣江流域输沙量年内分布规律表现为与降水量、径流量年内分配一致；此外，对水土流失状况、原因、发展态势进行了分析并提出了防治对策。     

黄河河龙区间输沙变化特征及归因分析

黄河中游河口镇—龙门区间(河龙区间)是黄河泥沙的主要来源区。近年来黄河输沙量急剧变化,为了识别黄河输沙量变化的原因,基于河龙区间15个流域1961—2017年的输沙和降雨数据,分析了研究时段内输沙模数的变化趋势和突变时间,定量区分气候变化和人类活动对输沙减少的贡献率。结果表明:研究区内15个流域的输沙模数均呈现显著的下降趋势,突变时间集中在80,90年代。降雨减少和水土保持措施的增加共同导致了输沙模数的下降,在多数流域,人类活动是导致输沙模数减少的主要因素,80年代后急剧增加的水土保持措施有效减缓了流域产沙。研究成果可为黄河流域生态恢复及水沙调控提供决策支持。     

三峡库区香溪河流域水沙关系变化及其驱动因素

[目的]分析降水量及水土保持措施等人类活动对流域水沙关系的响应,为水土保持措施效益评价提供科学依据。[方法]以香溪河流域兴山站输沙量数据为基础,采用Mann—Kendall趋势检验、线性回归、水文频率曲线及双累积曲线等方法,分析了1973—2010年香溪河流域面降雨量、径流量和输沙量变化,并进一步量化分析了流域水沙变化极其驱动因素。[结果]香溪河流域年降水量,年径流量和年输沙量均呈下降趋势,年降水量和年径流量变化趋势不显著,但年输沙量减少趋势显著;年输沙显著减少开始的年份是1994年,流域径流量开始减少的年份是1991年。[结论]水土保持等人类活动是香溪河流域水沙变化的主要驱动因素。     

罗玉沟流域水沙变化趋势及影响因素

[目的]探讨小流域水沙变化趋势及影响因素，为黄土高原丘陵沟壑区水土流失治理和水土保持措施布设提供参考依据。[方法]采取Spearman秩次相关检验方法、累积距平法和双累积曲线法等对黄土丘陵沟壑区罗玉沟流域1986—2016年降水量、径流量和输沙量变化趋势和演变过程进行分析。[结果](1) 1986—2016年罗玉沟流域年降水量趋势性变化不显著；流域年径流量和年输沙量变化具有明显的阶段性，以1993年为界，年径流量和年输沙量呈显著降低趋势。(2)降水和水土保持措施影响罗玉沟流域年径流量和输沙量，不同降水水平年，降水和水土保持措施对流域水沙变化的影响不同，水土保持措施使流域枯水年份径流量和输沙量减少最为显著。(3)水土保持措施对年径流量和年输沙量的减少贡献率分别为83.50%和80.97%。[结论]降水量变化不显著的情况下，水土保持措施对罗玉沟流域年径流量和年输沙量的减少起主导作用，水土保持综合治理对枯水年径流量和输沙量的影响幅度最大。     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系变化及其驱动因素

以长江干流寸滩水文站以上流域为研究对象,基于1953-2018年的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验和水沙关系曲线分析径流、输沙的时间趋势及其关系变化,并采用双累积曲线法分析水沙变化的驱动因素。结果表明:寸滩站以上流域多年平均径流量为3425亿m^3,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m^3,多年平均月输沙量为3013万t,且主要分布在6-10月,分别占年径流泥沙总量的70%和95%以上。趋势分析显示,流域年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势;月径流量在1-4月显著增加,其他月份变化不显著,而各月输沙量均呈显著减少趋势。水沙关系曲线均可用幂函数拟合,拟合参数受时间尺度影响,统计检验显示悬移质输沙量实测值与水沙关系曲线的估算值差异不显著。双累积曲线分析发现水利工程建设和水土保持等人类活动是寸滩水文站输沙减少的主要原因,其作用占69%~93%,其中2000年以来人类活动的贡献超过90%。     

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。     

土地利用和气候变化对黄土区典型流域水沙变化的影响

为了探究土地利用和气候变化对黄土高原地区水沙情势的影响,选择生态恢复效果非常显著的汾河上游岚河流域为研究区域,采用Mann-Kendall非参数检验法、滑动t检验法和YAMAMOTO指数法对该流域1955—2018年的年降水量、年径流量和年输沙量进行变化趋势分析和突变检验,在此基础上,利用径流/输沙历时曲线分析黄土高原生态恢复背景下流域水沙的演变规律,并根据双累积曲线法定量评价土地利用和气候变化对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:岚河流域年降水量在1955—2018年期间呈现不显著的增加趋势,而同时期年径流量、年输沙量均呈现极显著的减少趋势,年均减少率分别为0.65 mm和38.95 t/km²,并均在1983年和1999年附近发生突变,具有较好的水沙变化同步性。与基准期(1955—1982年)相比,水土保持效应期(1983—1998年)的年均径流量减少29.07 mm,年均输沙量减少5917.88 t/km²,退耕还林效应期(1999—2018年)两者相应减少33.18 mm和6967.34 t/km²,而分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期、平水期和枯水期径流量和输沙量均呈现减少趋势,且输沙量的减少程度大于径流量的减少程度。流域水土保持效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为83.21%和83.52%,退耕还林效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为117.88%和103.48%。由此可见,各时期土地利用变化是流域水沙变化的主导因素,而气候变化对流域水沙变化影响较小。在全球气候变化的大背景下,通过调整流域土地利用结构、优化土地利用方式,开展以植被恢复为主的水土保持措施,是实现黄土高原水土流失治理及生态保护的根本途径。     

降水和水土保持对黄土区流域水沙关系的影响

流域水沙关系对降水量变化和水土保持的响应可为水土保持效益评价提供科学依据。根据黄土丘陵沟壑区第三副区典型小流域桥子东沟和桥子西沟1987—2010年的水文泥沙数据,用Mann-Kendall法检验流域年降水量和水沙变化趋势,采用双累积曲线法分析径流量和输沙量之间的关系,探讨降水量变化和水土保持措施对流域水沙关系的影响。结果显示,年降水量和水沙变化趋势基本一致,降水量是流域产流和输沙的主要影响因素。桥子东沟在1987—2006年和桥子西沟在1987—2010年时期的年单位径流输沙量没有发生显著变化,表明降水量变化、坡面工程措施和植被措施对流域水沙关系没有显著影响;桥子东沟在2007—2010年期间的年单位径流输沙量显著减小,表明流域水沙关系发生显著改变,这是由于2006年建设的淤地坝通过拦蓄径流泥沙和减少下游沟道侵蚀,导致流域减沙比例大于减水比例。     

黑河流域上游水沙变化特征及成因分析

[目的]研究黑河流域上游干流的水沙时空变化特征及其成因,为流域生态保护和水资源开发利用提供科学依据。[方法]选取黑河上游干流主要水文站近60a的实测径流、输沙及降雨资料,通过采用Mann-Kendall秩相关检验法、累积距平法和相关分析法,研究水沙变化特征及驱动因子。[结果]黑河上游干流径流量总体上从20世纪80年代以后呈增加趋势;输沙量从20世纪70年代开始呈不显著增加趋势,但莺落峡水文站输沙量从2001年开始呈显著下降趋势。[结论]降水增加是影响黑河上游径流量增多的重要原因;水土流失导致了札马什克站和祁连站输沙量的增加,而水库拦沙是莺落峡水文站输沙量显著减少的主要原因。     

极端降雨条件下植被恢复流域结构和功能连通性间的关系

探明极端降雨条件下流域水文和泥沙连通性的相互关系，对新形势下黄土高原植被恢复流域水沙调控与水土保持高质量发展具有重要作用。该研究在泥沙连通性指数(index of connectivity,IC)的基础上，采用地形位置指数和植被覆盖因子改进的结构连通性指数(structural sediment connectivity,SC_st)，累计地表径流深因子改进的功能连通性指数(functional hydrological connectivity,HC_fn)，研究了极端降雨和植被恢复对流域水沙连通性的影响及输沙潜力的表征能力。结果表明：植被恢复流域归一化植被指数均值由2000年的0.29剧增到2020年的0.70，显著影响SC_st，其均值由2000年的-6.49下降到2020年的-10.03,Pearson相关系数-0.93；降雨径流显著影响HC_fn，年月尺度上HC_fn均值与降雨径流深的相关系数均大于0.70。HC_fn可动态反映流域径流输沙情况，平水年流域实...     

黄河未来输沙量态势及其适用性对策

[目的] 探索黄河输沙预测的新思路，预估黄河未来输沙态势与输沙量水平，为黄河流域生态治理规划提供参考。[方法] 结合黄河流域水土保持生态修复现状，采用单累积曲线法、滑动平均及频率分析方法，分析1950—2019年黄河主要来沙区间的实测输沙量变化特征及其未来态势。[结果] 1950—2019年黄河输沙量呈现阶梯式减少。1950—2019年黄河中游各站累积实测输沙量随时间的变化可用“左半抛物线”表征。黄河输沙量自1997年以来已进入相对稳定态势，目前已达企稳状态；黄河潼关站未来年输沙量在90%频率下为1.00×10⁸ t左右，在10%频率下为5.00×10⁸ t左右，未来多年平均输沙量为1.40×10⁸ t。[结论] 为了维持黄河输沙量低稳状态，提升水土保持措施质量与标准，补齐“后水土保持”短板，构建完善的水沙关系调控体系，维持黄河下游河道冲淤平衡，是黄河流域生态保护与高质量发展的保障。     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系

以长江干流寸滩水文站以上流域为研究对象,基于1953-2018年的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验和水沙关系曲线分析径流、输沙的时间趋势及其关系变化,并采用双累积曲线法分析水沙变化的驱动因素。结果表明：寸滩站以上流域多年平均径流量为3 425亿m³,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m³,多年平均月输沙量为3 013万t,且主要分布在6-10月,分别占年径流泥沙总量的70%和95%以上。趋势分析显示,流域年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势;月径流量在1-4月显著增加,其他月份变化不显著,而各月输沙量均呈显著减少趋势。水沙关系曲线均可用幂函数拟合,拟合参数受时间尺度影响,统计检验显示悬移质输沙量实测值与水沙关系曲线的估算值差异不显著。双累积曲线分析发现水利工程建设和水土保持等人类活动是寸滩水文站输沙减少的主要原因,其作用占69%~93%,其中2000年以来人类活动的贡献超过90%。     

近60年大凌河中上游水沙变化特征

辽西地区土壤侵蚀严重,一直是区域水土流失治理的重点。大凌河是辽西地区最大的河流,对大凌河流域水沙关系进行分析,可为流域水土流失防治及生态建设提供理论依据。朝阳水文站为大凌河中游控制站,采用1960-2016年大凌河朝阳水文站实测水沙数据,结合主要气象站汛期（6-9月）逐日降雨量,应用滑动平均和累积距平等方法,分析了大凌河中上游近60年水沙变化情况。结果表明:（1） 20世纪60年代,大凌河多年平均径流量和输沙量最大,输沙量变化极为显著,径流量在2010-2016年变化极为显著;（2） 流域水沙变化呈现阶段性特征,径流量年际变化表现为丰-枯-丰-枯4个阶段;输沙量年际变化表现为上升期-动荡期-上升期-下降期,且动荡期内下降时段持续时间较长;（3） 从线性趋势来看,径流量和输沙量在总体上呈下降趋势;（4） 自1993年大凌河中上游流域实施大规模水土保持措施开始,该段流域1993-2016年径流减少总量为51.47亿m³,平均每年减少2.14亿m³;输沙减少总量为9 703.15万t,平均每年减少约404.23万t。说明大凌河流域水土保持措施实施取得显著成效。     

近60年湘江流域水沙特性及其对人类活动的响应

湘江流域人类活动对湘江水沙变化具有显著影响。利用M-K次序法、Pettitt非参数检验法和双累积曲线法分析湘江干支流1953-2014年的年径流量、汛期径流量和非汛期径流量与输沙量的关系,并分析水土保持和水库建设等人类活动与水沙演变的关系。结果表明:1)湘江干支流水文站的年径流量、汛期径流量与输沙量的相关性强,且1990年后湘潭站径流量-输沙量的相关系数为0.83,而非汛期相关性较弱。1990年前,干流站点径流量和输沙量处于波动状态,1990年后干流站点径流量总体呈增加趋势,但输沙量呈减小趋势,且老埠头站的输沙量发生微幅突变。除个别站点之外,支流站点的径流量和输沙量发生突变的年份与变化规律均一致。2)水土保持以及水库建设对湘江流域的拦沙作用是输沙量减少的主要原因。相比支流,水土保持对湘江干流流域的输沙量减少影响更显著,水库建设与湘江干支流输沙量减少均密切相关。3)根据湘江流域输沙量突变点可划分A(1960-1987年)、B(1988-1996年)、C(1997-2013年)3个时期,在不考虑温度变化的影响下,以A时期1960-1987年为基准期,利用累积量斜率变化率比较法可知,相比基准期A时期,B、C时期水土保持和水库拦沙等人类活动对输沙量的减少的贡献率为88.58%和94.01%,人类活动为输沙量减小的主要因素。     

黄土高原小流域水沙关系空间变异研究

小流域水沙关系空间变异规律是建立黄土高原流域土壤侵蚀预报模型和评价水土保持效益的基础。以黄土丘陵沟壑区典型流域岔巴沟为例，结合野外实地水沙观测资料及相关分析法，对该流域次降雨水沙关系及其空间变异性进行了定量研究。结果表明，岔巴沟流域次降雨输沙模数与洪峰流量模数及径流深具有较强的相关性，这种相关性随不同支流域呈现明显的空间变异性，如何消除这种空间变异性是建立以次降雨水沙作用关系为基础的黄土高原流域水土流失预报模型亟待解决的主要问题。     

乌江流域1956—2014年降雨特征及输沙效应

[目的]研究乌江流域的降雨特征及输沙效应,为流域水土保持、生态恢复、防灾减灾、水资源合理利用等提供重要理论参考。[方法]采用累积距平法、双累积曲线法分析了乌江流域年际、年代、汛期降雨特征,以及降雨侵蚀力和人类活动对流域输沙效应的影响。[结果](1)1956—2014年,乌江流域年降雨量和年侵蚀性降雨量均呈现出波动下降趋势。研究时段内大致经历了少雨—多雨—少雨—多雨—少雨5个年际变化阶段。(2)乌江流域在1970—1979,1990—1999年为多雨时期,流域内59a中约有32.57%的降雨为侵蚀性降雨,且多发生于1960—1979年。(3)乌江流域汛期降雨以侵蚀性降雨为主,侵蚀性降雨主要发生在6月。(4)通过建立乌江流域年输沙量和年降雨侵蚀力双累积曲线方程,计算得出1984—1989,1990—1999和2000—2013年降雨侵蚀力的贡献率分别为15.55%,2.84%和12.46%;1990—1999年降雨侵蚀力对输沙变化的影响程度最低。[结论]乌江流域的降雨侵蚀产沙更多地发生在汛期,1983年后人类活动对输沙量的影响占据主导地位。     

基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口2个典型小流域2014—2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙(径流量和输沙量)、雨沙(降雨侵蚀力和输沙量)和能沙(径流侵蚀功率和输沙量)关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度。结果表明：1)长江流域3个典型流域及2个典型小流域,在绝大部分情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度修正的决定系数最大值分别可达到0.94、0.87和0.54。2)对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q₁分位点总是接近1且第二个流量Q₂分位点在0.5附近或者高于0.5。基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性...     

近30年苦水河水沙变化特征及成因分析

苦水河是宁夏境内重要的黄河一级支流,河流含沙量高,为了探究近30年来流域内水沙变化情势及其驱动机制,文章选取1989—2019年苦水河流域郭家桥控制站水文数据、吴中气象站降雨数据和Lansat系列卫星遥感数据,采用Mann-Kendall趋势检验、集中度分析、构建水沙关系曲线和土地利用转移矩阵等统计分析方法,分析了近30年苦水河流域水沙序列和水沙关系的变化特征。结果表明：(1)苦水河年径流(p<0.1)和输沙量(p<0.05)均显著减少。年径流和泥沙集中在5—8月,且输沙集中度很高。(2)分析水沙关系曲线,参数a有显著下降的趋势,表明流域内侵蚀程度降低。洪水场次下,顺时针和正“8”字滞回类型增加,显示河流输沙能力减弱,由短而急促渐渐转向平缓长久的输沙模式。(3)近30年苦水河流域内径流量和输沙量的减少,人类活动都是首要驱动因素,贡献度分别达到73.65%和95.67%。综上,流域南部山区大范围的农田转变为草地有效降低了苦水河流域上游来沙量,退耕还草措施对促进水土保持、协调水沙关系具有积极意义。     

赣江上游典型流域水沙过程及驱动因素

[目的]对赣江上游典型流域水沙过程及驱动因素进行分析,为该区域土壤侵蚀治理、土地利用和功能调整等工作提供科学依据。[方法]根据桃江流域1980—2015年逐日水沙实测资料,运用MannKendall突变检验法及其它统计方法分析了桃江流域的水沙变化特征,结合水文法、双累积曲线法对降水量、径流量和输沙量三者之间的相互关系进行探讨,并以此来确定桃江流域水沙变化的驱动因素。[结果](1)桃江流域输沙量呈现显著减小趋势,突变时间出现在2005年,径流量同样出现递减趋势,但其递减趋势不甚显著,其递减时间开始于2003年。(2)径流量和输沙量突变开始的时间不同,水沙特性的划分阶段亦不同:径流量可划分为1980—2002年和2003—2015年2个阶段,输沙量可划分为1980—2004年和2005—2015年两个阶段。(3)桃江流域径流量在2003—2015年时段内年均减少量为7.26×10~(10) m~3,输沙量在2005—2015年时段内年均减少量为8.82×10~7 t。(4)人类活动引起的减水量为5.77×10~(10) m~3/a,占总减水量的76.8%;减沙量为8.44×10~7 t/a,占总减沙量的95.7%。[结论]研究区内水沙均呈减少趋势,其中输沙量减少显著。降水与人类活动引起的减水减沙量的比值约为4∶1。