淤地坝坝系在小流域综合治理蓄洪拦沙中的作用——以岔巴沟流域为例

淤地坝坝系的形成改变了流域的下垫面条件,使黄土高原地区产汇流及输沙特性发生了很大变化。为研究淤地坝坝系在小流域综合治理蓄洪拦沙中的作用,选取位于黄河中游的岔巴沟小流域为研究对象,通过对流域坝系形成前后相同量级洪水的产流产沙情况进行对比,并结合流域淤地坝发展情况,对该地区淤地坝坝系的水土保持蓄洪拦沙效果进行分析,研究和揭示黄土高原典型小流域在库坝工程影响下的水沙变化情况,以期为揭示近期黄河水沙量锐减的原因提供科学依据。     

不同历史时期坡面措施减沙效果综合评价研究

以黄河中游粗沙集中来源区黄土丘陵沟壑区第一副区4条小流域为对象,针对不同历史时期坡面治理措施为减沙指标,采用综合评分指标体系评价方法对4条流域不同历史时期坡面措施拦沙进行评价。结果显示,2011年小流域坡面综合评价指标与1953年相比提高5倍,其减沙效果提高100倍以上;小流域坡面综合评价指标达到0.3以上,流域输沙减少到1000 t/(km2.a)以下,达到多沙粗沙地区允许土壤流失量范围内,综合评价指标达到0.55以上,流域水土流失得到有效控制,流域将基本不向下游河道输送泥沙。     

不同历史时期坡面措施减沙效果综合评价研究

以黄河中游粗沙集中来源区黄土丘陵沟壑区第一副区的韭园沟、王峁沟、辛店沟和裴家峁沟4条小流域为研究对象,针对不同历史时期坡面治理措施的减沙指标,采用综合评分指标体系评价方法对坡面措施拦沙进行评价,结果表明:小流域坡面综合评价指标与治理初期相比提高5倍,其减沙效果可提高100倍以上;小流域坡面综合评价指标达到0.3以上,流域输沙可减少到1 000 t/km2.a以下,达到多沙粗沙区容许土壤流失量范围;综合评价指标达到0.55以上,流域水土流失得到有效控制,将基本不向下游河道输送泥沙。     

基于GIS的黄土高原多沙粗沙区沟道分级阈值选取——以岔巴沟流域为例

从黄土高原多沙粗沙区的现状及淤地坝坝系在治理黄土高原水土流失中的作用出发,探讨了坝系建设中的沟道分级方法及存在问题,进而介绍了基于GIS的沟道分级方法,以多沙粗沙区的典型流域——岔巴沟流域为例,进行沟道分级尝试,并对分级过程中的重要指标(分级阈值)进行了详细的探讨。     

黄河流域水土保持科研进展及成效

从新时期黄河治理国家战略对水土保持工作的需求出发,回顾了黄河流域水土保持科研进展,包括水土流失规律研究、淤地坝拦沙减蚀作用研究、土壤侵蚀预测预报技术研究、水土保持减水减沙效益分析、水土流失治理技术研究、水土保持科研平台建设等。同时,对近年来取得的重大科研成果进行了系统总结,包括黄河多沙粗沙区分布式土壤流失模型、粗泥沙集中来源区界定与水沙变化、黄河流域砒砂岩区辨识与抗蚀促生关键技术及应用等。对黄河流域水土保持科研进展及成效进行了梳理,以期为保障黄河长治久安、推动黄河流域生态保护与高质量发展提供参考。     

乌兰木伦河流域产流产沙模型研究

根据黄河中游多沙粗潲区的地貌特征及降雨特征，以窟野河上游乌兰木伦河流域为研究对象，提出了考虑降雨时空分布不均的流域产流模型，建立了次暴雨径流产沙概念模型，经实测资料检验精度良好，该模型可用于较精确的估算多沙粗沙区次降雨条件下的流域产品量及其在时程上的变化，对黄河中游水土保持的治理规划，神府煤田的开发等具有应用价值。     

岔巴沟流域地貌形态分形特征量化研究

分形理论和方法为地貌学的非线性研究开辟了新的思路。本文基于分形基本理论和GIS技术,对地处黄土高原丘陵沟壑区第一副区的岔巴沟流域地貌形态分形特征进行了量化研究,提出了流域地貌形态特征分形信息维数的计算模型和方法,并依此获得了岔巴沟流域及各支流域的地貌形态特征分形信息维数。研究表明,岔巴沟流域及各支流域的地貌形态特征分形信息维数均小于1,且与流域面积保持很强的正相关;分形信息维数揭示了流域地貌形态复杂本质的量化特征,为黄土高原小流域侵蚀产沙预报模型中宏观地貌形态因子的量化提供了新的思路和方法。     

黄土高原小流域次降雨侵蚀产沙分段预报模型研究

建立具有广泛适用性的流域尺度侵蚀产沙预报模型是土壤侵蚀和水土保持研究的前沿领域。本文以黄土高原丘陵沟壑区第一副区岔巴沟流域为例,建立了流域侵蚀产沙人工神经网络模型,并运用缺省因子检验法分析各因子对流域侵蚀产沙的敏感程度;建立了基于敏感因子与分形信息维数的流域次降雨侵蚀产沙分段预报模型,并加以验证。研究表明,人工神经网络模型具有较高的精度,能够很好地定量描述流域水沙耦合关系;径流侵蚀功率和径流深对流域次降雨侵蚀产沙的敏感程度与流域地貌形态的复杂程度有关;以分形信息维数为界限,分段引入径流侵蚀功率和径流深,当Di0.8308时,采用径流侵蚀功率预测精度要高于采用径流深的预测精度,当Di0.8140时,采用径流深预测精度要高于采用径流侵蚀功率的预测精度。该侵蚀产沙分段预报模型的建立和方法的提出具有一定的合理性和可靠性,对其他侵蚀产沙模型有一定的借鉴之处。     

黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙的地貌分带研究

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律,将晋西羊道沟小流域划分为坡面、沟坡和沟道3个大的地貌单元;并在坡面、沟坡和沟道不同的地貌部位建立了相应的侵蚀产沙关系式;在GIS空间分析的基础上,计算出流域的汇流网络,并引入到地貌分带研究中,计算结果反映了小流域不同地貌单元的侵蚀产沙规律,揭示了水沙汇流在小流域产沙中的重要意义.     

“7·26”暴雨调查对黄土高原水土保持工作的启示

2017年陕西省绥德、子洲等地发生了“7·26”特大暴雨,此次暴雨集中于黄河多沙粗沙区尤其是粗泥沙集中来源区,是黄土高原地区近年来发生的一次较大规模的暴雨和水土流失事件。选择暴雨引发灾情比较严重的位于黄土丘陵沟壑区第一副区的清水沟、王茂沟、裴家峁沟、韭园沟、小河沟、岔巴沟等小流域,通过对其在“7·26”暴雨后的洪水流量、土壤侵蚀、治理措施等进行对比,分析黄土高原地区的水土流失治理现状和措施,根据调查结果建议:开展坡耕地、坡地经济林治理;加大老旧梯田改造和田间道路整治;从流域角度开展淤地坝坝系工程建设;开展黄土高原适宜树草种及其植被演替研究;加强封禁治理,强化水土保持自然修复;增加治理投资,科学管护水土保持设施;开展治理模式和新技术研究。     

极端降雨情形下黄土区水土保持治理的减沙效益估算

极端降雨情形下水土流失治理的效益评估对黄河治理具有重要意义,但由于缺乏有效的针对降雨事件尺度的定量评估方法,该问题长期存有争议。2017年陕西榆林"7·26"特大暴雨致灾严重,引发广泛关注。该研究提出了一种适用于事件尺度的减沙效益计算方法,并以岔巴沟流域为研究对象,计算流域水土保持治理在"7·26"暴雨事件中的减沙效益。研究结果表明,在流域未治理时段,高强度降雨事件具有较好的降雨径流关系,并且事件平均含沙量相当稳定,藉此可估计"7·26"洪水发生在未治理时段的产流量和平均含沙量,从而计算出相应的产沙量,估算出流域治理的总减沙效益。进一步,利用坡面措施(包括梯田和植被)和淤地坝减沙机制的不同,可分割其各自的减沙贡献。计算结果表明,"7·26"暴雨中,流域水土保持治理使得洪水平均含沙量减小83%,径流减小55.1%,流域治理的总减沙效益因此高达92.4%,与2007-2017年岔巴沟流域泥沙的减幅相当。总减沙效益中有55.1%来自坡面措施,37.3%来自淤地坝措施,2种措施均发挥重要作用。该方法不仅可以计算流域水土保持治理的总减沙效益,还能够分割不同水土保持措施的效益,可广泛应用于黄土区极端降雨情形下水土流失治理的效益评估。     

基于分形信息维数的流域地貌形态与侵蚀产沙关系

流域地貌形态的科学准确量化是建立具有广泛适用性的流域尺度土壤侵蚀预报模型的关键科学问题之一，分形理论的提出为流域地貌形态特征的定量描述开辟了新的思路。本文基于分形理论，利用GIS技术和多元回归统计方法，以黄土高原丘陵沟壑区第一副区的岔巴沟流域为例，对该流域以分形信息维数为量化指标的流域地貌形态与降雨侵蚀产沙耦合关系进行了初步探讨。研究表明，引入地貌形态分形信息维数的岔巴沟流域降雨侵蚀产沙与地貌形态耦合关系模型可将岔巴沟各支流域差异明显的水沙关系简化为统一的数学表达，消除了由于地貌形态等下垫面因素导致的空间变异性；基于该耦合关系模型的西庄和蛇家沟流域次降雨输沙模数预测值和观测值相对误差较小、总体吻合较好；将地貌形态分形信息维数作为流域土壤侵蚀预报模型中地貌形态因子量化指标不仅可行，而且可靠。     

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。     

宁夏清水河流域近60年降水量及入黄沙量变化

为了揭示黄河上游水沙变化成因,根据清水河流域的降雨、径流、输沙等实测资料,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、“水文法”、“水保法”等方法,分析了不同时段降雨特征值及入黄沙量的变化情况及沙量变化成因。结果表明:1958-2015年,年雨量、汛期雨量、主汛期雨量未发生显著变化及突变;流域控制站泉眼山的多年平均沙量为0.248亿t,1990-1999年来沙量最大,2010-2015年来沙显著减少;流域人类活动减沙量随时间呈先减小后增大的趋势,主要与下垫面的水利水保工程建设及流域坡面治理密切相关;2000年以来,流域水土保持坡面措施及淤地坝数量大幅增加,减沙效益日益显著,其中2010-2015年流域面上的水土保持措施减沙量为733万t,减沙贡献率达12%。清水河近期入黄沙量减少的主要原因是人类活动导致的下垫面变化,流域自2000年起逐步加大水土流失治理力度,2010年以来减沙效益显著增加。     

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。     

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。     

近年黄河下游输沙功能的时空变化及其影响因素分析

黄河下游河道输沙功能受自然和人为因素的扰动,对黄河的入海泥沙通量产生深远影响。为探明近年来黄河下游河道输沙功能的演变及其主导因素,基于黄河下游河段各站点2007—2020年实测径流与泥沙资料,计算历年黄河下游河道输沙功能,并结合流域降水、水土保持和引水引沙的变化情况讨论了各因素对输沙功能演变的影响。结果表明:黄河下游河道输沙功能指标在2007—2020年显著下降了约57%,其中花园口—高村段输沙功能指标和其降幅均高于高村—艾山段和艾山—利津段; 黄河下游河道输沙功能演变的主导因素是河床粗化、水土流失综合治理面积增加和引水量增大,三者的相对贡献率分别达37.6%,21.6%,17.5%。河床粗化与引水量增大使输沙功能减弱,与水土流失综合治理对输沙功能的增强作用相反,三者综合作用下黄河下游河道输沙功能近年来呈退化趋势。     

1960-2010年延河水沙特征及其对退耕工程的潜在响应

河流水沙特征与流域降水量和下垫面变化密切相关.为揭示流域降雨以及退耕还林对延河流域水沙特征的影响,本文以延河甘谷驿站控制区1960-2010年流域降水量、河流径流量和输沙量实测数据为基础,统计分析了延河水沙变化特征及其对流域降水量的响应,并对比分析了退耕前、后(以2002年为界)延河水沙变化.结果表明:在1960-2010年间,延河甘谷驿站控制区年及汛期(6-9月)降水量、径流量和输沙量呈波动递减趋势,汛期降水量、径流量和输沙量值约占年值的64.8％、71.7％和98.1％;年及汛期输沙量与径流量呈极显著正相关关系,径流量变化可分别解释年及汛期87.6％和92.2％的输沙量变化,降水量变化可分别解释年及汛期22.7％和23.6％的输沙量变化;退耕后流域年及汛期平均输沙量、径流量和径流系数显著低于退耕前,剔除退耕前后降水量差异影响,退耕工程对年及汛期累计输沙量变化分别贡献87.5％和86.9％,对年及汛期累计径流量变化分别贡献77.4％和75.4％.研究阐明退耕可显著降低年及汛期平均径流量、径流系数和输沙量.     

黄土丘陵沟壑区小流域水沙侵蚀过程的情景模拟分析

在黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀水沙耦合数学模型基础上,以黄河中游典型流域岔巴沟流域为研究对象,根据工程水文学设计暴雨的方法生成各种假设暴雨过程,在固定下垫面不变的条件下,进行模拟计算并分析流域100年一遇、50年一遇和10年一遇设计暴雨的产流产沙效应。在几种不同的假设植被覆盖度下,分别模拟计算同一场典型暴雨在不同植被覆盖条件下的水沙侵蚀过程。模拟结果表明：1）根据岔巴沟流域100年一遇（P=0．01）、50年一遇（P=0．02）和10年一遇（P=0．1）设计暴雨3种情景下的水沙计算特征可知,100年一遇降雨（P=0．01）对应的洪峰流量和沙峰分别为805m^3／s和77．5万kg／s,50年一遇降雨（P=0．02）对应的洪峰流量和沙峰分别为595m^3／s和50．2万kg／s,10年一遇降雨（P=0．1）对应的洪峰流量和沙峰分别为108m^3／s和12．1万kg／s,根据以上计算结果可大致推断1970-2000年的绝大多数侵蚀观测场次的水沙重现期在10年一遇和50年一遇之间;2）该流域植被覆盖度的减水减沙效应显著,增加25％植被覆盖将减少水量73％和沙量84％,而减少25％的植被覆盖将增加29．9％的径流和18．6％的泥沙。不同降雨和植被覆盖条件下的水沙侵蚀过程情景模拟分析结果可为黄土高原丘陵沟壑区流域水土保持工程规划与设计提供依据。