水土保持综合治理对闹德海水库径流泥沙特性的影响

闹德海水库是典型的多沙河流上的滞洪水库。为了分析水土保持综合治理对闹德海水库径流泥沙特性的影响,以1961-2009年系列为基准,对入库径流和输沙量进行统计分析。统计分析结果表明水库输沙总量呈现减少趋势,其原因除了降雨等自然气候因素影响外,与柳河流域的治理有很大关系。1983年国家将闹德海水库以上的柳河流域列为国家水土保持八大重点治理区,经过多年综合治理,从根本上改变了柳河流域的生态环境。1984-1993年水土保持效益分析,治理区的蓄水效率为67.7%,保土效率为66.8%。流域的综合治理减少了产沙量,对闹德海入库水沙特征变化起重要作用。     

近50年泾河流域降雨-径流关系变化及驱动因素定量分析

为明确变化环境下流域降雨—径流关系变化特征,定量分析影响因素,该文提出利用滑动偏相关系数法诊断泾河流域降雨—径流关系变异情况,与双累积曲线法相互验证,引入Copula函数分析降雨-径流关系变化特征,在此基础上定量计算气候变化和人类活动对径流变化的影响。研究结果表明:泾河流域降雨—径流关系于1996年发生变异,主要由流域内持续增加的用水量以及大规模的水利水保工程致使的径流衰减性变化造成,降雨年际、年内变幅不明显;降雨-径流关系变异后(1997-2010年),相较1960-1996年,相同降雨条件下流域产流能力减弱,年降雨量≥400 mm时,产流量相对减幅达40%以上;降雨、径流联合分布发生明显变化,不同时段相同量级降雨、径流遭遇概率变化显著;1997-2010年与1960-1996年相比,人类活动对径流减少的贡献率达到80.96%,气候变化影响程度仅为19.04%。该研究可为合理进行流域水资源开发利用与水土保持工作等提供科学依据。     

水土保持措施对无定河流域沟道-河道系统泥沙收支平衡的影响

流域系统可以分为坡面系统和沟道-河道系统2大单元,可以分别建立泥沙收支平衡关系。结果表明：1）实施水土保持措施以后,无定河流域系统泥沙收支平衡中各变量均随时间而变化。沟道-河道系统泥沙输移比发生了极显著的减小趋势,泥沙存储量发生了显著的增大趋势,流域产沙量的变化发生了较显著的减小趋势,坡面净侵蚀量有所减少,但变化趋势不显著。2）对于不同的泥沙收支平衡变量的变化而言,水土保持措施变化和降雨变化的贡献率是不同的;对坡面净侵蚀量的变化而言,汛期降雨的变化起着决定性的作用,贡献率高达90.82%,坡面水土保持措施的贡献率仅为9.18%;对沟道河道系统泥沙存储量的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达76.16%,汛期降雨变化的贡献率仅为23.81%;对流域产沙量的变化而言,汛期降雨和水土保持措施的变化都起着重要作用,前者贡献率为57.84%,后者贡献率为42.16%。3）对沟道-河道系统泥沙输移比RSDRc的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达87.27%,汛期降雨变化的贡献率仅为12.73%。     

基于Budyko假设的金溪流域径流变化归因分析

[目的]探究金溪流域径流变化特征及其原因,对于水库运行调度及水资源管理具有重要指导作用。[方法]基于1982—2015年流域气象水文数据以及植被NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验及滑动T突变检验法分析径流变化特征,进一步采用Budyko水热耦合平衡方程计算各影响因子对流域径流变化的贡献率。[结果]金溪流域年径流深、降雨量均呈不显著上升趋势,变化速率分别为3.89 mm/a, 8.43 mm/a。潜在蒸散发量呈显著上升趋势,变化速率为1.17 mm/a。通过突变检验可将金溪流域径流序列分为基准期1982—2002年和变化期2003—2015年。金溪流域径流变化归因分析表明：下垫面变化对径流变化的贡献率为123.55%,潜在蒸散发的贡献率为33.83%,降雨贡献率为-57.38%,流域下垫面变化主要源于植被情况显著改善,其中NDVI在基准期上升速率为0.005/10 a,在变化期上升速率为0.024/10 a。[结论]导致金溪流域径流变化的主要源于植被情况的显著改善,金溪流域径流变化的归因分析为金溪流域的水资源利用提供了理论支持。     

砚瓦川流域水沙演变特征及其驱动因素分析

为了探究降水变化和水土保持措施对黄土高原地区产流产沙的影响,选择我国水土流失最为严重的区域——甘肃省庆阳市的砚瓦川流域为研究区,对该流域1981—2012年的年降水量、年径流量和年输沙量进行趋势分析及突变检验,分析黄土高原沟壑区水土流失治理背景下流域水沙的演变规律,定量评价降水和水土保持措施对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:在1981—2012年期间年降水量和年径流量均没有发生显著变化,而年输沙量呈现显著减少趋势,年径流量和年输沙量的突变时间分别在1996和1997年,具有很好的同步性。与基准期(1981—1996年)相比,变化期(1997—2012年)的年径流量和年输沙量分别减少了17.0%和76.0%,分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期和平水期的径流量逐时段减少,而枯水期径流量却持续增加,输沙量在整个时段则大幅度减少。该流域降水和水土保持措施对年径流减少的贡献率分别为-37.9%和137.9%,而对年输沙量减少的贡献率为-35.0%和135.0%,因此,水土保持措施的实施是该流域年径流量和年输沙量减少的主要原因。其中,植被措施(林地和草地)对径流影响显著,占径流减少总量的61.04%;工程措施(梯田和坝地)对产沙影响显著,占产沙减少总量的102.84%。研究结果表明,黄土高原地区水土流失治理已在区域尺度上表现出一定程度上削洪补枯和减少侵蚀产沙的水文效应特征。同时在水土保持措施建设过程中,合理配置植被措施和工程措施比例,充分发挥各项水土保持措施的优势,是开展适应性流域管理的关键。     

近60年汾河中上游水沙变化趋势及其驱动因素

为了揭示近60年汾河中上游水沙变化趋势及其驱动因素,使用Mann-Kendall检验法对汾河中上游年径流量和年输沙量序列进行了趋势和突变分析,并采用双累积曲线法定量计算了气候变化和人类活动对汾河中上游水沙变化的贡献率。结果表明:1963—2016年期间汾河中上游的年径流量和年输沙量均呈现明显的减少趋势(p0.01),突变发生年份分别为1981年和1980年;气候变化对汾河中上游的年径流量和年输沙量减少的影响微弱,而社会经济发展、水利工程建设和各项水土保持措施实施等人类活动是导致汾河中上游的年径流量和年输沙量减少的主要原因;气候变化和人类活动对汾河中上游径流量减少的贡献率分别为29%,71%,而二者对年输沙量减少的贡献率分别为22%,78%。研究成果可以为汾河中上游流域的水资源合理开发利用、水环境有效管理保护与水土保持工作宏观科学规划提供科学依据。     

滦河流域气候变化与人类活动对径流的影响

以滦河流域为研究区域,应用敏感性分析和双累积曲线法分析气候变化和人类活动对研究区径流变化的影响。结果表明:研究区流域径流存在明显的下降趋势,与基准期(1956—1979年)相比,变化期(1980—2013年)径流量减少了52.59mm(50.43%);滦河流域径流对降水的敏感性系数Q/P为0.336 1,对潜在蒸散发的敏感性系数Q/E_0为-0.123 5,气候变化影响量为22.23mm;滦河流域径流变化过程中,人类活动影响量为32.07mm,其贡献率为57.26%,远大于气候变化的影响39.69%,人类活动的影响是导致滦河流域径流减少的主要因素。     

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。     

气候和土地利用变化对潮白河流域径流变化的定量影响

为量化气候和土地利用变化对流域径流的影响,该文以华北土石山区潮白河流域为研究对象,利用AWY(annual water yield)模型及分离评判法定量分析了1956-2010年气候和土地利用变化对流域年径流的影响。结果表明:研究时段内,潮白河流域年降水量和年径流量呈显著下降趋势;流域年径流量在1979年发生减少突变;气候变化是潮河、白河流域年径流减少的主要原因,贡献率分别为59.3%和93.5%;土地利用变化贡献率相对较小,分别为40.7%和6.5%;不同土地利用类型对流域年径流变化的影响差异较大:林地对径流变化贡献率平均达到67%,耕地和草地分别为18%和15%,水域、未利用地因所占面积比例小,与流域年径流变化相关性并不显著。研究结果可为流域内水土资源规划及管理提供参考。     

气候变化及生态建设措施对宁夏典型入黄流域径流变化影响

为分析气候变化及植被和淤地坝等生态建设措施对径流变化的影响，选取宁夏典型入黄流域清水河和苦水河为研究对象，采用Pettitt突变方法分析研究流域气象水文和生态建设措施等要素的变异点，基于Budyko理论，通过建立水热耦合控制参数与生态建设措施的多元线性回归方程，构建耦合生态建设措施下的降水—径流模型，并对模型进行适用性评估，采用弹性系数法，量化不同生态建设措施对径流变化的贡献率。结果表明：研究流域径流均呈减小趋势，且年径流突变均发生在2000年；水热耦合控制参数与NDVI和淤地坝指数呈显著的正相关关系，引入NDVI和淤地坝指数构建的降水—径流模型模拟值接近实测值；清水河流域生态建设措施实施对径流减少的贡献率高达78.25%,其中，植被和淤地坝对径流减少贡献率分别为23.11%,46.50%,生态建设措施对径流的影响远大于气候变化对径流产生的影响。苦水河流域降水对径流减少贡献率可达47.30%,生态建设措施对苦水河径流减少贡献率为59.57%,植被和淤地坝贡献率分别为18.57%,13.96%,其他生态建设措施对径流减少贡献率为27.04%。生态建设是引起宁夏入黄流域径流变化的主要驱动因...     

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.     

黄土高原典型流域水沙变化归因对比分析

近几十年来,黄河中游黄土高原地区水沙变化显著。众多学者以该地区典型流域无定河开展了大量研究,但局限于方法的突破而忽视了方法间的对比分析。为此,该研究采用双累积曲线法、水文法、弹性系数法和水保法对无定河流域1957—2010年水沙变化进行归因对比分析。结果表明:无定河流域年降水量未发生显著变化,年潜在蒸散发、年径流量和年输沙量呈显著减少趋势且突变年份依次为1982、1971、1971年。径流归因对比分析表明,水文法与弹性系数法结果较为接近,水保法人类活动贡献率偏小;输沙归因对比分析表明,水保法与其他3种方法结果一致。归因分析表明,人类活动是流域水沙变化的主控因素且逐年增强,人类活动中对径流变化起主导作用的是灌溉引水和造林;对输沙变化起主导作用的是淤地坝和造林。淤地坝的淤满或失效对流域水保措施减水减沙效益影响较大。因此,未来无定河流域的治理应继续落实退耕还林还草政策,并加强淤地坝等工程措施的布局优化和后期维护。     

降水和土地利用变化对罗玉沟流域水沙关系的影响

为探讨降水和土地利用变化对流域水沙关系的影响,以黄土高原丘陵沟壑区罗玉沟流域为研究区域,利用流域25年(1986—2010年)的年降水量、年径流量和年输沙量以及土地利用变化资料,分析罗玉沟流域水沙演变规律和水沙关系变化。结果表明:在1986—2010年罗玉沟流域年降水量和汛期降水量基本保持平稳,无明显的增减趋势,而流域年径流量和年输沙量整体呈波动递减的变化趋势,降水与径流相关分析得出,汛期产流产沙对流域年径流量和年输沙量影响最显著。对不同时期流域水沙变化分析,土地利用方式改变,主要是梯田、林草等水土保持措施,对于流域减水减沙作用有限,梯田和林草面积的增加并未明显改变流域水沙关系,淤地坝等工程措施对黄土高原丘陵沟壑区流域减水减沙具有重要作用。研究结果可为黄土丘陵沟壑区水土流失治理及水土保持措施布设提供理论依据。     

紫色土区小流域侵蚀产沙对水土保持措施的响应

探讨降雨量与水土保持措施对流域水沙关系的影响,对流域水土流失预报和水土保持效益评价具有十分重要的科学意义,但在紫色土区这方面的研究还相当薄弱。以鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟实测降雨径流泥沙数据为基础,分析了水土保持措施对流域径流、泥沙及水沙关系的影响。结果表明:流域治理后期,降雨产流量变化率、降雨产沙量变化率均减小,随着降雨的增多,水土保持措施对径流、产沙的影响效应增强;暴雨强度愈小,降雨量愈少,水土保持径流拦蓄作用愈显著;但降雨量愈大,泥沙拦蓄作用愈显著;流域减水量一般在30%~70%,而减沙量都高于90%,减沙量明显高于减水量;由于水土保持综合治理的作用,1989年后的多年平均径流量较1989年前减少33.11%,多年平均产沙量减少90.50%。     

黄土高原泾河流域气候和土地利用变化对径流产沙的影响

研究黄土高原流域水沙对气候和土地利用变化的响应机理,对生态调控决策制定及区域水土保持措施优化配置具有重要意义。以黄土高原泾河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验、累积距平和双累积曲线等方法,定量分析了流域近40年降水、径流和输沙的演变规律及土地利用变化特征,探讨了流域气候和土地利用变化对流域水沙量的影响。结果表明:（1）泾河流域径流深和输沙模数年际均呈显著下降趋势,在20世纪80,90年代尤为明显;（2）泾河流域土地利用结构发生了重大变化,具体表现为坡耕地向梯田的转换、耕地向林地草地的转换和沙地裸地向草地灌丛的转换;（3）人类活动影响下的土地利用变化对径流泥沙贡献率分别为82.90%,94.10%,气候因素影响很小。     

人工毛竹林生态水文过程对气候变化的响应

为揭示生态水文过程与气候变化的关系,以广西猫儿山典型流域人工毛竹林为研究对象,利用Hydrus-1D模型模拟了毛竹林土壤水分及其他水文要素,在此基础上,针对设定的不同气候变化情景,分析了人工毛竹林对气候变化的响应。结果表明:Hydrus-1D模型可满足人工毛竹林生态水文分析,人工毛竹林蒸散发量占总降水量的28.40%,径流以基流为主。在不同气候变化情景下,气温升幅控制蒸发和蒸腾的增幅,且冬季增幅大于夏季增幅。径流对降水变化更敏感,降水变化会更多地影响夏季径流,而气温则更易影响冬季径流。降水对夏季土壤储水量影响大于冬季,气温则更多地影响冬季土壤储水量。气温降水耦合情况下,土壤储水量对降水减少气温升高时敏感性最明显,总体表现为冬季土壤储水量更易受影响。研究结果可为区域生态规划、水资源开发利用等提供参考依据。     

基于水土保持的延河流域治理水文响应模型

 以建立一种科学的较简单的评价方法为目的,以延河流域水文站20世纪50-80年代30余年降水、径流、水土保持主体措施面积(梯田、造林、种草、淤堤坝)资料为基础,运用相关分析、因子分析等方法,建立了流域雨量站各月降雨量权重指标体系、流域4大水土保持措施面积权重指标值,并构建了以水土保持面积指标、降雨量指标为参数的流域水文响应评价模型,进而分析水土保持措施对流域径流量的效应。结果表明:水土保持措施拦蓄径流量的作用,在过去30余年逐渐增强,水土保持措施拦蓄径流量,占降雨径流量各时段平均值为6.48％。各年代分别为:50年代0.74％,60年代3.11％,70年代8.84％,80年代16.52％。20世纪70年代,由于降雨量减少引起的径流量减少幅度为12.9％,80年代为14.0％。而水土保持措施加强与降雨量减少,使径流量在20世纪70年代较50-60年代为基期减少了20.6％,80年代初则减少了28.2％。     

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。     

Trend and uncertainty analysis of simulated climate change impacts with multiple GCMs and emission scenarios

Trends and uncertainty of the climate change impacts on hydrology, soil erosion, and wheat production during 2010-2039 at El Reno in central Oklahoma, USA, were evaluated for 12 climate change scenarios projected by four GCMs (CCSR/NIES, CGCM2, CSIRO-Mk2, and HadCM3) under three emissions scenarios (A2, B2, and GGa). Compared with the present climate, overall t-tests (n = 12) show that it is almost certain that mean precipitation will decline by some 6% (>98.5% probability), daily precipitation variance increase by 12% (>99%), and maximum and minimum temperature increase by 1.46 and 1.26 °C (>99%), respectively. Compared with the present climate under the same tillage systems, it is very likely (>90%) that evapotranpiration and long-term soil water storage will decease, but runoff and soil loss will increase despite the projected declines in precipitation. There will be no significant changes in wheat grain yield.Paired t-tests show that daily precipitation variance projected under GGa is greater than those under A2 and B2 (P = 0.1), resulting in greater runoff and soil loss under GGa (P = 0.1). HadCM3 projected greater mean annual precipitation than CGCM2 and CSIRO (P = 0.1). Consequently, greater runoff, grain yield, transpiration, soil evaporation, and soil water storage were simulated for HadCM3 (P = 0.1). The inconsistency among GCMs and differential impact responses between emission scenarios underscore the necessity of using multi-GCMs and multi-emission scenarios for impact assessments. Overall results show that no-till and conservation tillage systems will need to be adopted for better soil and water conservation and environmental protection in the region during the next several decades.