黄河水沙变化及研究展望

黄河水沙变化是事关黄河治理开发与管理的基础性战略性问题,水沙变化研究也是我国水科学领域的重大科学问题。从黄河水沙变化研究的热点出发,总结了几十年来黄河水沙变化研究的主要成果,包括黄河水沙变化主要特征、水沙变化主要评估方法及原理、水沙变化成因及其影响因素贡献率,以及黄河未来水沙变化趋势预测等,分析了黄河水沙变化研究中存在的不足,在此基础上,考虑黄河流域复杂的水沙环境及水沙变化新情况,提出了利用复杂性科学的理论和方法开展黄河水沙变化研究的思路,以及需要进一步研究的主要问题。     

近60年长江荆江三口水沙变化过程及对洞庭湖的影响

荆江三口的水沙变化过程是影响洞庭湖发育的重要环节,对洞庭湖的稳定扮演着重要的角色。通过对荆江三口五站1951—2014年的水沙观测数据进行系统分析,着重研究长江荆江三口近60年水沙变化过程及影响因素,并探讨水沙变化对洞庭湖的影响。结果表明:近60年荆江三口分泄长江径流量、输沙量均呈显著的减少趋势,也导致三口五站中的四站出现功能性断流,且断流天数呈明显增加的趋势;洞庭湖区降水量减少、水利枢纽工程等人类活动是影响三口水沙变异的主要驱动因素;荆江三口水沙变化对湖盆结构及洞庭湖形态起着重要的调控与制约作用,其分泄水沙能力的减小也导致了洞庭湖湖面面积萎缩、容积缩小,不过洞庭湖寿命随着水沙的衰减而增加。正确认识荆江三口水沙变化规律及其对洞庭湖的影响,可为三口地区水资源的开发利用、洞庭湖的综合管理提供理论基础和实践经验。     

流域降雨侵蚀产沙过程水沙传递关系研究

利用窟野河王道恒塔站以上流域20多次径流含量大于300kg/m^3的降雨径流泥沙资料，初步分析了流域降雨空间分布及其影响雨量对流域产沙的影响，并建立了流域降雨侵蚀产沙过程的水沙传递关系，研究结果表明，降雨空间分布及前期影响雨量对水沙传递关系的影响是显著的，此顶研究对提高流域侵蚀产沙预测预报精度和可靠性具有得要的意义。     

渭河流域产流产沙模型及径流泥沙变化原因分析

考虑渭河水沙变化特性,根据水量平衡原理及产沙机制,应用天然时期的气象、水文资料建立了渭河产流产沙模型;采用水文模拟途径外延了人类活动影响期间的天然径流、泥沙过程,进而分析了渭河变化原因。结果表明：1970－1995年,渭河华县站平均径流、泥沙量较前期分别减少25.9亿m^3和1.11亿t,其中58.3%和55.7％是由人类活动影响所致,人类活动是渭河近年来水沙减少的主要原因。     

环江流域综合治理蓄水减沙效益研究

通过对甘肃环江流域降雨产沙特性的分析,发现流域产流产沙量与流域最大24h平均降雨量关系最为密切,由此建立了一种简单实用的降雨产流产沙数学模型,并用之计算了1970-1989综合治理的蓄水减沙效益,对流域90年代水沙变化趋势和水资源利用也做了初步变化。     

坡面径流侵蚀产沙机理试验研究

利用野外模拟降雨试验,分析不同植被条件覆盖下坡面降雨入渗产流和侵蚀产沙过程特征及其互作关系,阐明不同植被类型对坡面降雨侵蚀产沙过程的调控机理及其差异。结果表明：荒地、草地和坡耕地坡面产流产沙过程线均较林地的强烈,呈现出多峰多谷的特点,产沙过程较产流过程波动更为剧烈;坡面累计产沙量随累计径流量增加呈幂函数显著递增趋势,坡面侵蚀产沙过程表现为发育期、活跃期和稳定期3个阶段。在水沙调控方式上,林地主要通过植被根系削减侵蚀动力、增加入渗、削减径流及减缓流速等途径实现水沙调控,具有蓄水减沙的水土保持功效;草地植被主要通过地表植被冠层拦截实现水沙调控,具有直接拦沙的水土保持功效;植被空间结构对水沙调控作用有明显差异,其中植被根系的存在对发挥植被水土保持作用至关重要。     

水库修建对黄河水沙问题的负面影响

修建水库是我国乃至世界各国治理水患、满足生产生活用水和用电需求重要途径之一。水利工程固然可以产生可观的经济效益,然而巨大的环境代价不容忽视。尤其近几十年在“水沙异源、水少沙多、时空分布不均匀”的黄河上修堤筑坝、修建水库,改变了黄河的水沙条件,严重影响了水沙运行环境。主要从水库尤其是龙羊峡、刘家峡和三门峡水库的修建与运作对黄河中下游水沙问题与流域造成的环境影响着手,通过近几十年来黄河径流、流域来水来沙情况及河道形态等在时间和空间序列上的数据分析,指出水库建设对黄河水沙状况带来的负面影响,降低了黄河中高流量频次,使得黄河径流出现显著均匀化、可控化的特征;影响黄河天然的来水来沙状况,造成河道淤积增强;加剧黄河断流;从而更加恶化黄河洪水和泥沙问题。从可持续发展的角度提出了黄河水沙问题的相关解决对策。     

黄土区工程堆积体陡坡坡面径流调控工程措施的减沙效应

定量分析减少径流和改变水沙关系在泥沙调控中的不同作用,对于深刻理解径流调控措施的水土保持效益具有重要意义。以黄土区工程堆积体陡坡坡面(36°)为例,探讨了野外模拟径流冲刷试验条件下,不同工程措施及其组合调控坡面径流的水沙效应及其作用效率。结果表明:1)不同工程措施均能较好地调控坡面径流侵蚀过程,不同情形下的产流时间控制比为2～20,径流量控制比为0.45～0.78,产沙量控制比为0.20～0.59;平均含沙量控制比为0.38～0.79;2)减流控沙作用是工程措施调控坡面侵蚀产沙的主要原因,水沙关系调沙作用则受减流控沙作用的制约;3)水平阶类措施的水沙关系调沙量与减流控沙量呈线性正相关,当减流控沙量超过一定临界值时,水沙关系才开始发挥调沙作用;水平沟类措施的水沙关系调沙量与减流控沙量呈二次函数关系,水沙关系调沙量存在极大值;4)水平沟类措施调控泥沙的作用效率高于水平阶类措施,水平沟+鱼鳞坑的组合可很好地发挥减流控沙和水沙关系调沙作用的潜力(55%),使二者在较高的水平上维持相对平衡;因此,不同工程措施与组合的实际应用应以具体的水土保持效益和防治目标为布设依据。研究可为堆积体陡坡治理的工程措施优化提供理论参考。     

黄河中游多沙粗沙区1997-2007年的水沙变化趋势及其成因

基于近期水文泥沙和降水资料对黄河中游多沙粗沙区水沙变化进行了研究,结果表明,1997年以来,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化出现了新的特点,产沙量变化趋势发生了改变,表现出明显的减小趋势。1986-1996年间,河口镇至龙门区间平均产沙量为5.08亿t/a;1997-2007年间,减小为2.33亿t/a,减小幅度达54.1%。在总体上来看,从1970年开始,河口镇至龙门区间产沙量具有明显的减小趋势。但在总体下降的趋势中,表现出次一级的变化趋势,即产沙量先下降,在1986年达到最低值后再增大,在1996年达到最大值后再减小。1998-2006年,产沙量与降水量之间的决定系数仅为0.017,二者不相关,产沙量的变化与降水量变化的关系不大。这说明,人类活动已经完全改变了产沙量与降水量关系,成为支配产沙过程的主导因素。1997年以后,水沙关系也发生了根本性的变化。1970年以来,河龙区间水土保持措施的减沙效益表现出复杂的变化,减沙效益先增大,达到峰值后减小,减小到最小值后再增大。人类活动对产沙量变化的贡献率呈增大趋势,1998-2006年间人类活动对产沙量变化的贡献率达到65%,年降水量变化对产沙量变化的贡献率减小为35%。1997年以来河口镇至龙门区间产沙量的大幅度减少,与水土保持措施的加强、大面积退耕还林草的实施、淤地坝建设力度的大大加强、大面积封禁治理的实施和大规模农村剩余劳动力的转移有密切的关系。     

红壤坡地柑桔园长期试验下水沙动态变化特征分析

以红壤清耕柑桔园坡地为对象,研究其长期定位试验下2001—2015年径流和泥沙流失量的动态变化过程以及坡面水沙与降雨关系的变异特征。结果表明:幼树期是红壤清耕柑桔园水土保持防治的关键期,该时期的土壤侵蚀程度达到极强烈,而盛果期侵蚀强度可降低到区域土壤容许流失量以下。柑桔树从幼树期、初果期到盛果期,坡面年径流量和土壤侵蚀模数均呈显著幂函数下降趋势,在盛果期趋于稳定。果树坡面水沙与降雨的关系均在第4年发生了突变,而裸露坡面水沙与降雨关系没有发生突变。柑桔园各年的减沙效益均大于减水效益,减流、减沙效益均随着时间表现出先快速增加后维持相对稳定的指数函数关系,这表明免耕果树的减流、减沙效益具有很大的时间变异性,不仅可通过减水来减沙,而且可通过改变水沙关系来减沙。研究结果将为果园水土保持措施效益评估提供依据,为水土保持措施的合理配置提供参考。     

汀江流域长汀段水沙变化特征及其影响因素

河流水沙变化直接反映流域的生态环境状况和土壤侵蚀程度.为探讨南方典型水土流失治理区水沙变化特征及其驱动机制,以汀江流域长汀段1982年1月至2014年12月径流、输沙数据为研究对象,采用CEEMDAN法、Mann-Kendall检验法、Pettitt检验法及构建水沙关系模型分析水沙的变化特征,通过双累积曲线法定量研究降...     

青海省境内黄河干流水沙量变化历史分析

青海省境内黄河干流主要控制站唐乃亥水文站多年平均年径流量 2 .0 7× 10 10 m3 ,占黄河流域年径流量 5 .80× 10 10 m3 的 34 .5 % ,占青海境内黄河干流年径流量的 91.0 %。唐乃亥以上是黄河水量的主要供给地和水源涵养区之一。统计分析了唐乃亥站 1919— 1999年 81a来径流量和输沙量的变化特征 ,结果表明 ,年径流枯水年和偏枯水年出现最多的年份是 2 0年代和 90年代 ,丰水年和偏丰水年出现最多的年份是 40 ,6 0年代和 80年代。境内年输沙量的变化主要取决于年径流量的变化 ,水沙量变化是同步的 ,相关关系显著。 90年代青海境内黄河干流来水来沙减少主要是由于年径流丰、平、枯的周期性变化引起的。 90年代属偏枯水期 ,与历史上丰、枯水程度对比分析 ,90年代偏枯水期属正常 ,境内年径流量的变化没有向减少趋势发展 ,水沙量的变化是稳定的。     

沂河流域水沙变化趋势及成因分析

为了揭示变化环境下沂河流域径流量和输沙量减少的原因,选取反映该流域水沙变化趋势的代表水文站——临沂站,利用50余年来的实测年径流量及年输沙量资料,采用滑动平均法、Mann-Kendall非参数秩次相关检验法,对该流域水沙变化趋势进行了研究。结果表明:在一定显著性水平下,沂河流域径流量与输沙量在多年变化中均呈明显下降趋势。最后,针对影响水沙变化的降水与人类活动因素,应用不同时段的雨—水—沙关系,定量计算了不同时段的水沙衰减量以及由于雨水衰减影响和水土保持影响的减沙量所占比重。针对临沂的实际情况,应继续加强水土保持工作,实施流域综合治理。     

中国北方地区水土保持措施减沙水代价分析

水土保持措施是减少河流泥沙的主要措施。水土保持措施在减少土壤侵蚀的同时也会减少地表径流和地表水资源量。根据目前我国北方地区水土保持对径流量和泥沙量的研究结果，比较分析了在坡面和沟道上梯田、造林、种草和坝地等水土保持措施减沙水代价，并对不同流域尺度水土保持综合措施减沙水代价进行了综合分析。研究表明，同一区域不同水土保持各单项措施减沙水代价不同；同一措施和综合措施减沙水代价存在明显的区域分异，通过选择减沙水代价较小的水土保持措施的类型和区域配置，可以在减少相同泥沙量的同时，相对增加河流水资源量。     

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。     

大理河流域不同时间尺度水沙变化影响因素及趋势研究

近几十年来黄河中游水沙特征有所改变,以黄河中游典型流域大理河为例,通过分析流域气候及下垫面变化.探求流域产流、产沙量变化的原因及趋势.结果表明:流域水土保持措施的减水、减沙效益从1972年后开始显现,1960年代至1990年代,大理河流域产流、产沙量出现了一个先减少再增大的过程.以1960年代为基准,1970年代降雨与下垫面产流能力对流域产流量减少的影响比较接近(51.7%.42.2%),而在1980,1990年代降雨的影响要小于下垫面产流能力的影响(1980年代为27.0%,64.1%;1990年代为38.4%,54.9%);但在汛期尺度上,降雨、下垫面产流能力对流域产流量的影响此消彼长,随时间变化看不出什么规律.受气候以及水土保持措施等的影响,未来大理河流域多年平均尺度下流域产流量、产沙量将会减少,但在某些小的时间尺度(次暴雨)内的产流量、产沙量将有增大的可能;水力侵蚀将会减少,但风力侵蚀却有加强的趋势.     

黄河中游多沙粗沙区输沙模数变化分析

该文根据绘制的黄河中游输沙模数与粗泥沙模数等值线图,研究分析了黄河中游多沙粗沙区输沙模数与粗沙模数变化规律。     

红壤坡地水土保持措施减流减沙效果研究

根据多年定点观测数据,定量分析了不同水土保持措施的减流减沙效果及差异。地面植被尤其是近地表植被的覆盖有着极其显著的减流减沙作用,只有当不同层次的植被优化配置时,才能达到最佳的减流减沙效果;等高横坡间作的减流减沙作用较顺坡间作更为明显;梯田的减流减沙效果明显,梯壁植草效果更好。     

上方来水来沙对细沟侵蚀产沙过程的影响

利用双土槽系统径流小区 (供沙土槽和试验土槽 ) ,定量研究了不同上方来水含沙量和不同降雨强度下 15°坡面上方来水来沙对坡下方细沟侵蚀产沙过程的影响。结果表明 ,坡上方来沙量不但被径流全部搬运 ,且坡上方来水在坡下方细沟侵蚀槽引起另外的侵蚀产沙量 S。坡面细沟侵蚀过程以侵蚀—搬运过程为主。上方来水对细沟侵蚀产沙的贡献受上方来水含沙量和降雨强度的影响。降雨强度的增加或上方来水含沙量的减少 ,使 S值的增加更为显著     

黄河(内蒙古段)水沙运动过程特征及演变趋势

近年来受上游水库、河道控导工程和气候变化等因素影响,黄河(内蒙古段)呈现水沙异源、水少沙多的特性,导致河道萎缩和泥沙淤积严重,河道形态演变剧烈,严重威胁夏汛及凌汛行洪安全,也对河道及两岸的生态环境造成严重影响。选取黄河(内蒙古段)干流入境石嘴山水文站和出境头道拐水文站水沙过程为研究对象,分别采用频谱分析法、R/S极差分析法和Markov链分析法系统研究2009-2016年两站逐月水沙运动变化的时序、运动状态和演变特征,讨论影响水沙运动变化过程的关键因素。结果表明:石嘴山站和头道拐站输沙量的变化周期均为1年,而径流的变化周期分别为1年和6个月;石嘴山和头道拐站径流Hurst指数值分别为0.576和0.515,输沙量Hurst指数分别为0.519和0.249;黄河(内蒙古段)丰水低沙和枯水高沙概率之和约为50%;水沙运动演化过程中,丰水高沙与枯水低沙极限概率之和大于0.8。受期间特殊的来水来沙过程、水文气候特征及人类活动的影响,黄河(内蒙古段)水沙运动时序特征呈现非同步性和不协调性,未来水沙运动过程趋势逐渐向协调演变。