黄土丘陵第Ⅲ副区典型流域水沙演变过程及其驱动因素分析

流域水沙演变过程是构建区域水土流失模型及评价水土保持措施效益的基础。为探讨气候与下垫面变化对流域水沙变化的影响,以黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区罗玉沟流域为例,采用水文要素累积距平、Mann-Kendall趋势性检验和双累积曲线等方法,分析了1986—2010年间流域水沙关系演变过程及驱动因素,并定量分析了驱动因素的影响。结果表明:1)流域径流量在1993年发生突变,其中1994—2010年(后期)较1986—1993年(前期)不同降水水平年的径流量和输沙量减少率大多超过50%;2)土地利用结构优化可改变流域水沙过程和水沙量,而沟道淤地坝工程的运行改变了水沙搭配关系,使流域单位径流输沙量显著降低;3)降水和土地利用变化对流域径流减少贡献率分别为18.48%和81.52%;降水和土地利用变化对泥沙减少贡献率则分别为27.15%和72.85%。     

无定河流域1961～2012年水沙变化归因分析

为探究在气候变化和人类活动共同影响下的水沙变化问题,基于无定河流域1961~2012年的水文气象数据及水土保持措施数据,分析了流域径流泥沙的变化,并定量分解了气候变化及人类活动对流域径流泥沙影响的贡献率。结果表明:1961~2012年无定河流域径流量、输沙量均显著减小;径流量和泥沙量的突变分别发生在1986年和1978年。根据弹性系数法和敏感性分析法得出人类活动对径流减少的贡献率分别为78.75%和79.02%,气候变化的贡献率分别为21.25%和20.98%。根据累积量斜率变化率方法得出人类活动与气候变化对输沙量减少的贡献率分别为87.78%和12.22%。     

无定河流域1961～2012年水沙变化归因分析

为探究在气候变化和人类活动共同影响下的水沙变化问题,基于无定河流域1961²012年的水文气象数据及水土保持措施数据,分析了流域径流泥沙的变化,并定量分解了气候变化及人类活动对流域径流泥沙影响的贡献率。结果表明:19612012年的水文气象数据及水土保持措施数据,分析了流域径流泥沙的变化,并定量分解了气候变化及人类活动对流域径流泥沙影响的贡献率。结果表明:1961²012年无定河流域径流量、输沙量均显著减小;径流量和泥沙量的突变分别发生在1986年和1978年。根据弹性系数法和敏感性分析法得出人类活动对径流减少的贡献率分别为78.75%和79.02%,气候变化的贡献率分别为21.25%和20.98%。根据累积量斜率变化率方法得出人类活动与气候变化对输沙量减少的贡献率分别为87.78%和12.22%。     

黄土丘陵沟壑区典型流域气候和土地利用变化 对径流泥沙产量的影响

为探讨气候和土地利用变化对流域径流与泥沙产量的影响,了解黄土高原区域水土资源变化规律, 以黄土丘 陵沟壑区罗玉沟流域为研究对象, 采用数理统计、双累积曲线、灰色关联度分析、多年平均水量平衡模型等方法分 析了流域1986—2008 年间降水、径流、泥沙年际变化特征, 并量化分析了气候与土地利用变化对流域径流、泥沙的 影响。结果表明: 1)1986—2008 年间,流域年均降雨量变化趋势不显著(P = 0.22); 流域径流、泥沙呈减少趋势, 减少趋势显著程度分别达到P =0.025 和0.087, 且二者均在1994 年发生减少突变; 2) 除降水外,径流与潜在蒸 散敏感性最强,而输沙量大小与日照时数关系更为密切; 3) 气候变化对径流、泥沙变化的贡献率分别为33.1% 和 32.5%, 土地利用变化贡献率则分别为66.9%和67.5%      

渭河陕西段水情对气候变化的响应

根据20世纪中期以来渭河降水、径流、泥沙、洪水等方面的资料,对陕西省渭河的水情动态变化进行了统计分析,并对水情变化的主要原因进行了探讨,以揭示其对环境因素的响应关系。结果表明,渭河流域水沙输送主要集中于降水量较大的汛期,年内分布相对集中;年际变化较大,20世纪50～90年代期间径流量和输沙量总体均呈下降趋势,90年代径流量下降明显;洪水演变出现新的特点;流域径流量、输沙量、洪水等水情要素与气候变化之间存在密切的响应关系。     

黄土丘陵沟壑区典型流域土地利用/土地覆被变化对径流产沙的影响

该文以黄土丘陵沟壑区第三副区内的桥子东、西沟为例,分析不同土地利用/土地覆被变化对流域径流输沙的影响.研究结果表明,土地利用/土地覆被对年径流输沙有显著影响,治理流域比未治理流域在丰水年、平水年和枯水年的年输沙率分别减少约44%、75%和86%;流域在土地利用后期(1995—2004年)比前期(1986—1994年)在平水年和丰水年的输沙量减少较大.从年内径流输沙变化来看,治理流域比未治理流域的减沙效应在5月和9月更为显著;而对于治理流域的两期土地利用时期,各月降水越多,后期时的流域月均输沙量比前期减少越多.暴雨洪水过程线和输沙过程线分析表明,土地覆被对流域暴雨洪水过程和输沙过程具有较强的调控作用.降雨和洪水流量频率分析表明,治理流域在前后两期土地利用时期,若具有相同频率分布的雨强,则任一重现期下流域后期土地利用时期的洪水平均含沙量小于前期.      

陕西渭河流域水沙动态变化对环境的响应

根据1954～1996年的降水、径流和泥沙等方面资料,对陕西省渭河流域的水沙动态变化进行统计分析,并对水沙变化的主要原因进行探讨,进而揭示水沙变化对环境因素的响应关系。结果表明,渭河流域水沙输送主要集中于降水量较大的汛期,年内分布相对集中;年际变化较大,从20世纪50年代到90年代总体均呈下降趋势;流域径流量、输沙量与环境要素之间存在密切的响应关系。     

大通河流域上游径流变化特征与突变分析

【目的】分析大通河流域上游径流变化特征,明晰其演变规律,为大通河流域水资源规划与管理提供科学依据。【方法】利用累积距平、滑动平均、R/S法、Cramer法和小波分析法等方法,对大通河上游流域径流的年内年际变化特征、趋势、突变状况及周期进行分析,并针对径流变化的成因进行了探讨。【结果】大通河上游流域径流量存在以下特点:(1)径流量年内分配不均,81.6%~87.2%的径流量主要集中在汛期;年际变化波动频繁,1956-2010年经历了"丰-枯-丰-枯"4个循环交替;(2)近半个世纪以来,大通河流域上游径流呈减少趋势,尕日得和尕大滩站径流年均递减系数分别为0.010 2和0.006亿m3/年,两站Hurst指数分别为0.70和0.58,表明径流减少趋势具有正持续性;(3)大通河上游径流在1989年出现突变,原因是1989年汛期发生大面积集中降水,因此突变不具有持续性;(4)大通河上游流域年径流量在6,18及30年左右时间尺度上周期振荡明显;(5)气候变化是大通河上游流域径流减少的主要原因,而人类活动(主要是外调水工程)直接导致了上游径流的减少。【结论】受人类活动和气候变化影响,大通河流域上游径流量已经发生明显变化,在大通河流域水资源开发利用和管理中应引起重视。     

气候变化和人类活动对丹江流域泥沙变化影响的定量分析

以丹江流域9个气象台站的降水资料和荆紫关水文站实测的径流、泥沙数据为基础,运用Mann-Kendall非参数趋势检验法、Pettitt变点检测法分析了丹江流域1980~2009年的径流量、输沙量和降雨量的变化趋势,检测了输沙量的突变点,并使用水文分析法定量分离了气候变化和人类活动对流域输沙量的影响。结果表明:丹江流域径流量、输沙量均显著下降,降雨量有不显著的下降趋势;输沙量在1989年发生突变,与基准期1980~1989年相比,丹江流域1990~2009年的径流量、输沙量以及降雨量分别减少了57%、57%和11%。输沙量和径流量相关性较高(R~2=0.47),而与降雨量的相关性相对较低(R~2=0.28),降雨对输沙量的直接作用较小。气候变化对丹江流域的输沙量的变化起主导作用(60%),但人类活动的作用仍不可忽视(40%)。     

凌河保护区水量综合管理研究——凌河流域水沙特性分析

通过对凌河流域代表水文站的实测径流量和输沙量分析,得出凌河流域的水沙变化规律.探讨了凌河流域典型水文站(朝阳水文站)流域径流量、输沙量和含沙量的年内和年际变化趋势,比较了不同水文站径流量、输沙量和含沙量的年际变化.同时,探讨了凌河流域径流量、输沙量的沿程变化规律,并对大、小凌河流域的径流量和输沙量等水沙特性进行了比较.结果表明,凌河流域径流量和输沙量年内分配不均,多集中于汛期(6～9月),且年际变化较大,径流量随沿程增大;而输沙量在山丘区随沿程增大,到达平原区随沿程减小.     

黄土高原典型流域次降雨径流侵蚀产沙规律研究

【目的】研究黄土高原地区小流域次降雨径流侵蚀产沙规律,建立适宜于该地区的侵蚀产沙预报模型。【方法】根据岔巴沟流域32年实测的水沙资料,采用径流侵蚀功率、地貌分形信息维数的计算模型及多元非线性回归方法,分析了黄土高原地区岔巴沟流域的次降雨径流侵蚀产沙规律。【结果】岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙模数Ms与径流侵蚀功率E、地貌形态分形信息维数Di有很好的相关性,模型具有较高的精度和一定的适用性。【结论】基于流域径流侵蚀功率与地貌形态分形信息维数的岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙预报模型,能够近似反映不同尺度流域次降雨径流侵蚀产沙特性及水沙传递的关系,为建立具有广泛适用性和较高预报精度的黄土高原流域次降雨径流侵蚀产沙预报模型提供了理论依据。     

干旱半干旱区坡面覆被格局的水土流失效应研究进展

植被恢复与建设是控制水土流失的重要措施.在干旱半干旱地区,植被在空间上的分布呈现离散特征,在坡面上形成的裸地-植被镶嵌和植被条带分布等覆被格局对水土流失过程具有重要影响.覆被格局与水土流失关系研究是景观生态学格局与过程研究的重要内容.从植被斑块、坡面覆被格局对水土流失的影响与耦合覆被格局与水土流失的手段和方法三个方面对国内外相关研究进行总结分析.从中发现,植被类型、层次结构和形态特征是植被斑块尺度上影响径流泥沙的关键因素;不同覆被类型的产流产沙特征与覆被格局的准确描述是研究覆被格局水土流失效应的重要基础;坡面覆被格局对水土流失的影响关键在于其改变了径流泥沙运移和汇集的连续性,应重点关注径流泥沙源汇区的连通性和空间分布在水土流失中的作用;以坡面的精确覆被制图为基础,建立基于水土流失过程的覆被格局指数和耦合格局信息的径流与侵蚀模型是定量研究覆被格局影响的有效手段.今后应加强以下研究:以动态系统的观点研究覆被格局的变化对水土流失的影响,系统理解覆被格局与水土流失之间的相互联系与反馈机制,探讨两者间动态关系随尺度变化的规律性并发展尺度上推方法;构建过程意义明确且简单实用的格局指数,将覆被格局与水土流失过程有机联系起来;发展覆被格局的动态信息与产流产沙过程相结合的水文模型,加强对格局与径流泥沙反馈系统的耦合,建立真正意义上的覆被格局-水土流失过程耦合模型.     

小流域容许产水产沙量的概念与确定方法

提出了小流域容许产水产沙量的概念及确定方法,指出小流域容许产水产沙量的主要影响因素为：成土速率、土地生产力、水体水质、泥沙输移量、水资源量。     

坡耕地不同水土保持措施对径流泥沙与土壤碳库的影响

自然降雨条件下,采用标准径流小区法,研究了迤者小流域不同水土保持措施试验区水土流失和有机碳的流失特征.结果表明:(1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,导致泥沙结合态有机碳的流失量占总有机碳流失量的82.0％以上,最高达97.33％;(2)与裸露荒地(CK)相比,坡面林草措施和等高反坡阶措施均具有一定的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率分别为94.47％、61.70％,减沙率分别为94.81％、64.80％;(3)与CK相比,2种坡面措施均具有减少土壤有机碳储量损失的作用,并在一定程度上减缓了土壤有机碳库的负效应.雨季前后,CK坡面小区有机碳储量的减少率达14.39％,明显高于林草坡面3.83％的减少率和反坡水平阶坡面6.25％的减少率.因此,坡面水土保持措施的实施通过改变下垫面及地表微地形,减少坡面径流及径流所携带的泥沙与养分元素,进而减少坡耕地有机碳的输出.     

土地利用变化对生态系统服务功能的影响——以密云水库流域为例

生态系统服务功能与人类福利息息相关,土地利用变化是生态系统服务功能退化的主要驱动力之一,以人地关系紧张,生态系统服务功能变化剧烈的密云水库流域为对象,分析流域1990-2009年土地利用的变化,采用空间显式的生态系统服务功能评估软件InVEST中的“产水量”、“土壤保持”、“水质净化”模型,研究流域土地利用变化对生态系统服务功能的影响.结果表明1990-2009年密云水库流域土地利用变化剧烈,农田、草地和水体的面积分别减少了30％、48％、61％,林地、建筑用地和裸地的面积增加,增幅分别为30％、230％、282％.随着土地利用变化,生态系统服务功能相应产生着显著变化,研究期内,土壤保持功能和固碳服务分别增加46％和19％,但水资源供给服务和水质净化功能分别减少了3％和25％.农田面积的减少和森林的扩张改善了土壤保持服务,森林面积的增加同时也改善了固碳服务,但会削弱水资源供给服务,建筑用地的扩张会大幅度削弱水质净化功能,为维持和改善流域整体的生态系统服务功能,应加强对森林和建筑用地的控制.其研究为密云水库流域土地利用科学管理决策提供参考.     

晋西黄土区不同植被格局坡面产流产沙特征

  目的   研究不同植被格局对坡面产流产沙特征的影响,为黄土高原水资源匮乏地区坡面水土保持植被格局的优化配置提供依据。   方法   采用野外模拟降雨试验,测定5种植被格局（2种块状镶嵌格局、横条带状格局、顺坡带状格局和裸地格局）的产流产沙特征及土壤入渗特征,探讨坡面不同植被格局和破碎度对产流、产沙、入渗的影响。   结果   （1）植被具有良好的蓄水减沙效益,植被的减沙效益为47.44% ~ 91.67%,蓄水效益为25.67% ~ 62.94%,植被的减沙能力强于蓄水能力。（2）植被格局对坡面的产流产沙量均有显著性影响（P < 0.05）,试验所设置的几种格局的蓄水减沙效益依次为:块状镶嵌格局 > 横条带状格局 > 顺坡带状格局。块状镶嵌格局水土保持效果最佳。（3）不同植被格局的产流过程均呈现“快速上升—相对稳定”的趋势,植被格局有助于延迟坡面径流峰值的出现时间。（4）植被斑块的破碎化指数与侵蚀产沙呈反比,植被斑块破碎化程度越高,侵蚀产沙量越低,蓄水减沙效益越好。（5）不同植被格局的入渗系数为:块状镶嵌格局 > 横条带状格局 > 顺坡带状格局 > 裸地,Horton模型对不同植被格局土壤入渗的拟合效果较好。   结论   通过以上研究发现,块状镶嵌格局的蓄水减沙效益明显优于裸地和顺坡带状格局,因此在水资源有限的黄土区,可以采取植被与裸地交替分布的方式种植植被,以达到蓄水、减沙效益最大化。      

黄土高原流域土地利用变化水文动态响应--以甘肃天水吕二沟流域为例

黄土高原是我国水资源短缺以及土地利用变化水文影响敏感区域.为正确认识土地利用变化对水资源的影响,并为今后该地区土地利用规划、管理提供依据,该研究以黄土高原吕二沟流域为例,分析了1982和1989年两期土地利用变化的水文动态响应.经剔除不同时期降水因素对径流的影响后,研究结果表明:土地利用变化对年径流有显著影响,后期土地利用较前期土地利用径流系数下降57%,林地面积较多、植被条件较好的后期土地利用总体年产流减少27.09%～100%,且随着降雨的增多,土地利用与植被变化对径流的影响效应增强;土地利用变化对径流产量的影响表现为季节性,在同一降水条件下两期土地利用的产流量仅在生长季具有明显差异.虽然不同土地利用时期枯水季节径流系数具有不同表现,但作者认为此时的径流系数并不代表实际的降雨-产流能力,推断这种分布可能与降水的丰、枯情况有关;经洪水频率分析,认为若前后两期土地利用具有相同频率的降水,则一定频率范围内的洪峰流量将可能对土地利用与植被变化产生明显响应.      

SWAT模型灵敏度分析模块在黄土高原典型流域的应用

SWAT模型是基于水文过程的、具有很强物理机制的流域分布式水文模型.SWAT2003以SWAT2000为基础,增加了灵敏度分析、自动校准和不确定分析3个全新模块.该文主要介绍SWAT2003模型灵敏度分析模块的原理,并在罗玉沟流域应用与验证.通过灵敏度分析,辨析出影响该流域产流产沙模拟结果精度的主要参数因子:径流曲线数(CN2)和土壤可利用水量(SOL-AWC)对罗玉沟流域模拟产流产沙值的影响最为显著,且对产沙值的影响大于对径流值的影响;而基流α系数(ALPHA-BF)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)、坡度因子(SLOPE)和坡长因子(SLSUBBSN)对模拟产沙值的影响也十分显著,但对径流值的影响并不明显.依据上述结论调整参数值,采用连续15年的实测月流量数据对模型进行了校准和验证,结果表明,模型对月流量模拟的相对误差在模型校准期和验证期均小于15%,相关系数R2和Nash-Suttcliffe系数Ens均高于0.8,SWAT2003模型对罗玉沟流域产流的模拟结果良好.因此,灵敏度分析模块的应用极大地提高了模型在黄土丘陵沟壑区的可用性,具有一定的推广意义.