SCS-CN模型在巢湖流域地表产流估算中的应用

降雨径流是引起土壤侵蚀的主要动力,因此预测不同降雨及下垫面条件下的径流量是土壤侵蚀预报和水土流失治理的关键。应用美国原水土保持局开发的流域水文模型SCS-CN模型对巢湖流域降雨—径流过程进行模拟。在ArcGIS 9.2软件支持下,估算2002—2006年巢湖流域地表年径流量并分析了不同土地覆被类型的产流状况。结果表明,巢湖流域地表降雨径流年际变化较大,径流量变化范围为591.323～1 557.136mm。不同土地覆被类型产流能力依次为:城镇用地>水田>未利用地>旱地>农村居民点>草地>林地>灌木林。     

黄河流域植被指数对气候变化的响应及其与水沙变化的关系

[目地]研究流域植被对气候变化的响应及其与水沙的关系,为黄河流域生态环境政策调整提供科学依据。[方法]基于归一化植被指数(GIMMS NDVI)、气温、降水和径流量、输沙量数据,利用线性回归和相关分析方法分析了黄河流域NDVI时空变化和对气温与降水的响应,及其与径流量和输沙量关系。[结果]①1982—2015年黄河流域及上、中游流域NDVI均呈显著线性增加趋势,中游流域增速最快,显著增加区域面积也最大。②1982—2015年黄河流域NDVI与年平均气温、年降水量呈显著正相关面积分别占22.39%和21.99%,集中分布在中北部区域。③2000—2015年黄河流域总体和上游流域年径流量均表现出增加趋势,上游和中游流域输沙量呈下降趋势。黄河流域水沙关系变化是多种因素共同作用的结果。[结论]气候变化背景下黄河流域1982—2015年植被总体呈改善趋势,但具有明显空间差异特征,植被变化与河流径流和输沙变化关系尚待进一步研究。     

黄土高原昕水河流域径流变化及其对环境要素的响应

以黄土高原昕水河流域为对象,采用有序聚类等数理统计方法,诊断了近60 a来实测径流的变化及其阶段性特征,在此基础上,分析了不同阶段实测径流与气候要素之间的响应关系,初步揭示了径流演变的驱动机制。结果表明:近60 a来昕水河流域实测径流量以1965年和1979年为分割点总体呈现阶段性减少趋势,其中,21世纪以来减少尤其明显。不同阶段的年降水、径流关系有一定差异,相比而言,汛期（6—10月份）的月降水量与径流量具有相对较好的相关关系,非汛期（11—5月份）的月降水径流关系点群散乱。积雪及融雪对河川径流量的影响存在±5℃阈值,当气温介于该阈值区间,气温变化对河川径流影响较大。昕水河流域汛期产流受高强度降水支配,非汛期径流量以地下径流和融雪径流为主。人类活动对河川径流的影响有增大趋势。     

水土保持措施对秃尾河径流的影响

在黄土高原地区,水土保持措施是影响流域产汇流的重要因素之一。本文采用双累积曲线、时间序列分析等方法,分析秃尾河流域降水及河川径流、暴雨洪水特征变化及其对流域水土流失治理的响应。结果表明:流域多年平均降水量406.4mm,河道多年平均径流量3.4亿m3,1977年后年径流量呈显著性减小趋势。与1977年之前相比,在水土保持措施影响下,汛期径流量占年径流量比例下降,枯水期径流量比例上升,季节分配趋于均匀。相似降水条件下,场次洪水总量、洪峰流量减少,洪水过程均化。     

黄河流域近40年土地利用/覆被时空变化特征

[目的]研究土地利用/覆被时空变化特征对于黄河流域土地资源保护与合理开发具有重要意义,可为黄河流域生态保护与高质量发展战略实施提供重要参考。[方法]基于黄河流域1980—2021逐年土地利用/覆被数据,采用Mann-Kendall和滑动t检验、地学信息图谱、标准差椭圆和重心迁移模型等方法,探究近40年黄河流域土地利用/覆被变化特征。[结果](1)1980—2021年林地、灌丛、水域、建设用地显著增加,耕地、草地、湿地显著减少。(2)流域土地利用/覆被变化时段可划分为1980—1992年,1993—2001年,2002—2012年,2013—2021年,数量结构逐渐呈现快速变化特点,建设用地、湿地和水域变化敏感。土地利用结构均衡度逐渐增强,呈现的阶段性变化与实施的重大战略措施关联性高,并与划分的阶段较符合。(3)流域中上游以2012—2021年和间歇变化型、耕地和草地的相互转换为主,下游以2001—2012年和2012—2021年变化型、耕地转为建设用地和草地为主。流域内宁夏北部、内蒙古东部及部分沿黄河水系分布的地区变化频繁。(4)湿地、水域和建设用地的重心向西迁移,分别呈现向西南集中分...     

黄土高原昕水河流域径流变化归因定量分析

近几十年来,黄土高原昕水河流域实测径流量减少显著,对区域生态环境及用水安全造成严重影响。采用水文模拟途径,还原了天然径流量系列,在此基础上,定量评估了气候要素和水土保持等人类活动对河川径流量的影响。结果表明,考虑融雪过程的水量平衡模型对昕水河流域径流量具有较好的模拟效果,率定期及检验期Nash-Sutcliffe确定性系数均在70%以上,模拟的相对误差也小于3%。径流量系列自1966年发生了较为明显的变化,1966—2010年流域径流量深较前期减少29.2 mm,其中,包括流域水土保持措施的人类活动对河川径流量变化的影响约站49.3%,气候要素变化的影响略微偏高,约占50.7%。因此,在未来流域治理及生态文明建设中,气候要素变化对流域水文水资源的影响必须引起足够的重视。     

泾河典型流域水沙变化及其景观格局分析

以黄河中游泾河流域的3个子流域为研究对象,借助GIS和RS技术与基本的水沙数据,分析各子流域水沙变化特点与土地覆被空间格局特征。结果表明:流域北部的环江上游、合水川与汭河的径流量和输沙量以及土地覆被空间格局分布差异显著;30多年来环江上游的径流量增加了60%而输沙量却增加了1倍多,汭河的径流量减少了约40%而输沙量却减少到1/5,合水川的径流量基本保持不变而输沙量略有增加;环江上游只有6种土地覆被类型以低密度草地和半荒漠草地为主,汭河有9种土地覆被类型以林地、农田和高密度草地为主,合水川有7种土地覆被类型以林地和郁闭灌丛为主。     

孤山川流域1980s以来次降雨-产流-产沙变化

[目的]研究入黄支流降雨—径流—产沙变化规律,揭示黄河水沙变化成因。[方法]获取孤山川流域1985—2010年115场降雨事件数据,运用径流系数、产沙系数和弹性系数指标,分析孤山川流域近30年降雨—产流—产沙变化。[结果](1)与1980s相比,1990s的降雨多为短历时、弱雨强类型,2000s的降雨多为长历时、中雨强类型;2000s的降雨—产流能力和降雨—产沙能力减小最为突出,其平均径流系数、平均产沙系数分别约为1980s的50%和23%。(2)1980s—1990s降雨—产流弹性系数和降雨—产沙弹性系数分别为0.13,4.21;1980s—2000s降雨—产流弹性系数和降雨—产沙弹性系数分别为1.73,6.19。(3)径流系数与林草面积比、植被盖度、梯田面积比和骨干坝控制面积比的相关系数分别为-0.662 3,-0.911 4,-0.801 0和-0.821 4,产沙系数与林草面积比、植被盖度、梯田面积比和骨干坝控制面积比的相关系数分别为-0.887 7,-0.998 5,-0.962 9和-0.971 7。[结论]1980s以来,孤山川流域的降雨—产流能力和降雨—产沙能力发生明显变化,尤其2000年后的变化最为突出;降雨—产沙能力比降雨—产流能力对雨强变化更为敏感;植被盖度变化是下垫面因素中影响孤山川流域产流产沙能力变化的主要原因。     

北洛河流域不同地貌和植被类型区径流演变特征及控制因素

采用水文统计法,以北洛河流域丘陵沟壑区、高塬沟壑区、阶地平原区以及林区等不同地貌类型和覆被区水文测站资料为基础,分析其近50年来流域径流变化趋势、程度以及极端降雨事件下的稳定性,对比辨析区域尺度流域径流演变特征和控制因素。结果显示,总体上北洛河流域年径流量呈显著减少趋势,年均变率为-0.19mm/a。林区流域径流比较稳定,而非林区流域,无论哪种地貌类型,均呈显著减少趋势,变幅为-0.11~-0.66mm/a。丘陵沟壑区年径流量发生跃变时间在1999年左右,高塬沟壑区和阶地平原区变化时间则在1994年。在水文序列的3个阶段,即1979年前、1979年后水土流失治理效应期以及1999年后的退耕还林时期,丰水流量(5%)不受地貌类型差异和森林覆被与否的影响,各流域均呈持续减小趋势。而枯水流量(95%),受水土流失综合治理影响,各流域首先表现出一致地增加趋势,然后受退耕植被恢复类型和程度影响,在不同地貌类型间有差异。以草灌恢复为主的丘陵沟壑区流域,枯水流量持续增加,以林灌恢复为主的高塬沟壑区和阶地平原区反而呈减少趋势。平水流量(50%)在各流域间反应均变化较小。多重分形临界指数分析认为,总体上阶地平原区和林区流域径流稳定性最好,其次为高塬沟壑区,丘陵沟壑区稳定性最差。区域水土流失综合治理和植被恢复,对各流域1%~5%和5%~50%频域下的降雨-产流调控作用均比较有效,而对≤1%极端降雨事件的作用有限。结果表明,森林覆盖与否及植被恢复类型等生态因素,而不是地貌类型,控制着区域尺度径流演变过程和程度。     

黄河中游地区年径流对土地利用变化时空响应分析

以黄河中游河龙区间为研究区,以水土流失综合治理及生态环境建设导致的土地利用/覆被变化为背景,采用非参数统计法,基于区内38个水文站20世纪50年代至2000年水文数据,分析流域年径流对土地利用/覆被变化响应的时空变异特征,估算影响因素贡献率。结果表明：其中29条流域年径流量呈显著减少趋势,变率为0.17～2.61 mm/a;28条流域年径流量具有显著跃变时间,无定河流域各水文站跃变时间多在1970—1973年间,其余则多为1978—1985年,最晚为1994年;在5%、50%和95%的发生频率上,跃变前后时段年径流量减少幅度以30%～60%普遍,最大分别为73.2%、63.5%和69.7%;河龙区间整体呈显著减少趋势,变率为0.79 mm/a,跃变时间发生在1979年,3个频率上的减少幅度分别为46.5%、42.4%和24.1%。估算的11条流域中有9条土地利用/覆被变化等人类活动对流域径流减少影响程度超过50%。水土保持措施面积的增加,尤其淤地坝等水利水保工程措施的持续修建,对区域地表径流变化具有明显影响。     

佳芦河流域特大暴雨洪水对下垫面治理的响应

根据实测水文资料,从下垫面治理入手,对佳芦河流域“2012-7-27”暴雨洪水进行了实地调查和成因分析。采用回归分析方法分析了流域洪水泥沙关系和汛期降雨产流关系及其变化,采用“指标法”计算了流域水土保持措施减洪减沙量,并分析了水土保持措施减沙能力和植被措施对流域洪水泥沙的削减作用。结果表明:（1）“2012-7-27”暴雨的雨量、雨强和笼罩面积都很大,但洪峰流量、最大含沙量、洪水量和洪水输沙量却明显减小;流域汛期降雨产流关系具有明显的分区特征,以场次洪水对应的面平均雨量为参数,可以分为暴雨区、大雨区和一般降雨区等3个区。（2）流域水土保持措施削洪减沙作用十分明显。“2012-7-27”暴雨中水土保持措施减洪减沙效益分别达到26.8%和38.3%,其中坝地减洪减沙所占比例最大,分别为71.0%和51.9%,林草等植被措施（包括封禁治理）减洪减沙所占比例其次,梯田减洪减沙所占比例位居第三。（3）植被措施对流域洪水泥沙削减作用显著,但梯田、林地减沙能力均未达到其最大减沙能力,抵御暴雨洪水的空间仍然很大,草地减沙能力约为其最大减沙能力的1.8倍,需要继续加大植被措施建设力度。同时,在流域治理中要继续加大治沟骨干工程建设力度,大力实施“坡改梯”工程。     

锡林郭勒平原水土流失浅析

锡林郭勒平原水土流失浅析甄国志（内蒙古锡林郭勒盟水土保持站，锡林浩特市０２６０００）蓝天白云，绿草红花，空中百鸟飞，草地遍牛羊。这是诗人、画家对昔日锡林郭勒草原美丽富饶的赞美，同时也确实是昔日锡林郭勒草原的真实写照。现在，锡林郭勒草原已严重退化，严重...     

黄河中游晋西北地区水沙变化及流域综合治理效益分析

采用水文法对黄河中游河龙区间晋西北地区实测水沙资料进行分析,与１９６９年以前相比,１９７０～１９９６年区域年降雨量减少８１％,相应的年均洪水径流量减少２８２９３万ｍ３,其中流域综合治理影响占４９６％,降雨影响占５０４％;年均输沙量减少９９４５万ｔ,其中流域综合治理影响占５６６％。降雨减少虽比水保措施对水沙的影响来得直接、强烈,但当流域综合治理达到一定程度时,人们所期望的蓄水减沙目标是可以实现的。     

Driving forces of nature and human activities on water and sediment changes in the middle reaches of the Yellow River in the past 100 years

Purpose

The runoff and sediment load of the Yellow River have changed greatly in recent decades and therefore it is important to understand the drivers of such changes. In the assessment of water and soil erosion, multiple questions can only be addressed given a better understanding of the past.

Materials and methods

In this study, taking the He-Long section of the Middle Yellow River as the research site, the vegetation coverage in the He-Long district since 1888 was reconstructed based on tree rings, and the natural and social driving factors of water and sediment change were analyzed with hydrometeorological data, reconstructed vegetation coverage, and data on population; cultivated land; policy systems; and other factors over the last 100 years.

Results and discussion

The results show that there was no significant change in the precipitation-sediment loads and runoff relationship during the period from 1919 to 1970, whereas the vegetation coverage fluctuated significantly (from 42 to 49%). The runoff and sediment in the He-Long area decreased significantly from 2000. The annual average vegetation coverage in the He-Long section was 51.6%, reaching the highest level in the past 100 years. But the effect of vegetation on runoff and sediment reduction may have been overestimated, considering that the average vegetation coverage at this stage was only slightly higher than the vegetation coverage (49.8%) from 1946 to 1957. The reduction of sediment may be the result of the combined impact of vegetation, terrace farming, and check dams.

Conclusions

Human activities play a leading role in the reduction of runoff and sediment in the He-Long section of the Yellow River owing to vegetation coverage, terrace farming, and check dams, but the single human activity factor on runoff and sediment reduction is not significant. Reasonable spatial distribution and optimal allocation of multiple soil and water conservation factors are dominant in the runoff and sediment load reduction.

     

基于混合产流模式的黄土高原流域水沙过程耦合模拟

为深入理解黄土高原干旱半干旱地区复杂地貌条件下流域水沙运移规律。基于垂向混合产流机理和运动波方程，构建分布式流域水文模型，耦合流域土壤侵蚀和泥沙输移过程模拟模块，并考虑梯田对水沙过程的影响，建立适用于黄土高原的分布式流域水沙过程模型。选取黄土高原延河支流西川河流域多年实测场次洪水过程的径流泥沙资料，对模型进行率定和验证。径流模拟的纳什效率系数在0.56以上，平均值超过0.70,模拟次洪过程的峰形、峰值、峰现时间与实测过程具有较好的一致性；侵蚀产输沙模拟精度较低，其纳什效率系数均值率定期为0.79,但验证期仅为0.45,模拟结果整体趋势与实测值较一致，但输沙量模拟峰值比实测值偏低。模型可以较精确地模拟黄土高原流域洪水产汇流过程，但输沙量模拟值偏低，一方面由于产汇流模块的误差传递；另一方面，对重力侵蚀考虑不足。因此，未来模型将考虑滑坡、崩塌等重力侵蚀过程，提升模拟精度和效率，为流域水沙过程模拟与流域综合治理提供有效工具。     

基于耦合协调度的大理河流域径流和输沙关系分析

深入研究流域水沙关系变化是解决黄河流域高质量发展关键问题的重要科学途径之一。自20世纪50年代以来,黄河中游地区实施了大规模的水土保持工程,径流和输沙显著减少,水沙关系发生变化。该研究利用Mann-Kendall趋势检验法分析了1960—2015年来大理河流域的径流输沙变化趋势,并构建基于耦合协调度理论和Pettitt检验方法的径流输沙关系变异诊断方法,识别大理河流域径流和输沙关系的突变点,并通过Copula方法进行验证。结果表明:1)大理河流域径流输沙在月尺度和年尺度呈现显著的下降趋势;2)大理河流域径流和输沙关系在1996年发生显著突变;3)径流输沙关系发生突变后,径流和输沙均明显减少,输沙的减少幅度比径流的减少幅度高29.19个百分点,径流对输沙贡献程度下降幅度为5.10%,单位径流的输沙能力降低;4)淤地坝建设和植被恢复是造成大理河流域水沙变化的主要因素,修建淤地坝和恢复植被对减少泥沙具有积极作用。研究成果可以为进一步深化理解大理河流域水沙关系变化以及水土流失治理提供依据。     

坡面草被覆盖对侵蚀产沙影响的模拟试验

为了探究坡面植被及其布设位置对坡面侵蚀动力过程的影响,通过室内放水冲刷试验,分析了不同植被覆盖度(0,30%,50%,70%,90%)和不同坡面覆盖位置(坡上、坡中和坡下)下的坡面产沙及其水动力学参数的变化。结果表明:植被覆盖度、径流动能、径流流速、弗汝德数、阻力系数、糙率系数、剪切力等与坡面侵蚀产沙量密切相关。随覆盖度的增加,径流流速、径流剪切力、单位水流功率和径流动能逐渐降低,曼宁糙率系数和阻力系数逐渐增加,产沙量呈直线下降。当覆盖度从0增长到50%时,植被的减沙效益显著提高,当盖度增加到70%时,植被保持水土的作用不随覆盖度的增加显著提高,不同坡面覆盖位置下坡面侵蚀产沙表现为植被位于坡面中下部的产沙量小于植被位于坡面上部的,可用包含植被覆盖度、单位水流功率和径流动能等参数建立的联合公式模拟预测坡面侵蚀产沙量。研究结果可为阐明植被减沙的临界盖度和合理位置以及黄土高原水土流失治理和黄河流域高质量发展提供参考。     

湟水流域输沙特征分析

湟水青海省境内面积 15 3 4 2km2 ,是黄河中上游地区主要产沙区之一 ,年输入黄河泥沙 2 0 40万t。流域径流主要产生于 6～ 9月 ,占年径流总量的 5 3 % ;下游地区面积占流域总面积的 41 2 % ,年径流量占流域年径流总量的 42 4%。上游地区面积占全流域面积的 5 8 8% ,年输沙量仅占全流域年输沙量的 2 1 6% ;下游地区年输沙量 160 0万t,占流域年输沙总量的 78 4%。流域内灾害性天气频繁 ,水热配置不利于植物生长 ,大面积植被退化 ,人类经济活动频繁等 ,是导致下游地区水土流失严重的主要原因     

内蒙古十大孔兑水土流失危害及治理对策

内蒙古伊克昭盟境内自南向北汇入黄河干流的 10条山洪沟 (蒙语称孔兑 ) ,流域形态相似 ,沟道比降大 ,上游有大面积砒砂岩出露 ,中游是库布齐沙漠 ,水土流失严重 ,泥沙颗粒粗 ,流量大于 15 0m3 /s时含沙量均在 10 0 0kg/m3 以上 ,暴雨洪水常造成泥流淤堵黄河 ,曾使黄河干流断流 ,危害严重。主要治理对策是 :上游丘陵沟壑区 ,开展以小流域为单元的综合治理 ,加强沟道坝系建设 ,拦蓄洪水泥沙 ;中游沙漠区 ,引洪入沙 ,既治沙又减少泥沙下泄 ;滩山结合区 ,大力开展引洪漫地 ,减少入黄泥沙。     

重新认识黄河

 要研究黄河下游治理方向,首先需要重新认识黄河。黄河现在的特点是干旱年份上中游一些支流径流量减少幅度大于降水量减少的幅度,社会经济用水和生态植被用水量在增加,入黄泥沙减少的同时径流量也减少。对于今后黄河的治理,需要研究下游的年均水量及汛期水量的可能变化,减沙量与减水量的变化幅度和增加下游汛期水量的可行性。按照“与自然和谐共存”的思想,总结了黄河流域治理开发以及水土保持、植被恢复等生态环境建设中的基本教训。