无定河流域径流侵蚀功率时空变化特征

不同尺度的径流侵蚀输沙关系尚未明确,亟待深入研究。为了探究流域径流侵蚀输沙的时空变化特征,基于水蚀动力过程的径流侵蚀功率理论,运用Mann-Kendall法和线性回归法分析了无定河流域1956—2010年年径流侵蚀功率和年径流量的时空变化;利用Mann-Kendall突变点检验,识别出径流的突变年份,对比分析突变年份前后的年径流侵蚀功率和年径流量变化,分析建立了年径流侵蚀功率—输沙相关模型。结果表明:1956—2010年,无定河流域年径流量与年径流侵蚀功率有显著减小趋势,径流突变年份在1971—1985年。突变年份之前流域年径流侵蚀功率平均标准差高于突变年份后;突变年份之后年平均径流侵蚀功率比突变年份前平均减少1.05×10~(-4 )m~4/(s·km~2);年径流侵蚀功率随流域面积的增大而减小。流域径流侵蚀功率—输沙相关模型相关性显著(p0.01)。研究阐明了无定河流域年径流侵蚀功率具有减少趋势,在空间上随流域面积增大而减少,在流域年尺度上径流侵蚀功率理论能够较好的表征径流侵蚀输沙关系。     

1970—2019年大汶河流域降雨侵蚀力时空变化分析

研究大汶河流域降雨侵蚀力(R)对土壤侵蚀的影响,可为流域水保工作提供科学依据。以大汶河流域6个雨量站1970—2019年逐日降雨数据为基础,通过Mann-kendall趋势检验和突变检验、累积距平、小波分析、逆距离加权插值和泰森多边形等多种方法分析了大汶河流域降雨侵蚀力的时间与空间的分布特征。结果表明:大汶河流域1970—2019年年均降雨侵蚀力范围为1 310.84～6 721.53 MJ·mm/(hm²·h·a),均值为3 808.83 MJ·mm/(hm²·h·a),年际变化比较剧烈且呈微弱下降趋势,存在着4～7 a,8～12 a,17～25 a共3类周期变化,突变年份为1979年; 年内分布集中在6—9月,7月、8月尤为突出,四季的年际变化趋势为先上升后下降再到上升; 空间上整体分布为中部>东部>西部,整个流域降雨侵蚀力的离散程度为东、西部较大,中部较小; 降雨侵蚀力与海拔、降雨量在不同的地区上都有较强的相关性。大汶河流域降雨侵蚀力空间分布差异显著,年际存在周期性且变化显著,年内集中于7月、8月。因此,7月、8月水土流失的预防和控制尤为重要。     

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。     

不同时间尺度下流域径流侵蚀功率输沙模型模拟精度

流域不同时间尺度下的水沙关系及其模拟预测是国内外水土流失研究的热点问题,基于水蚀动力过程的径流侵蚀功率理论,建立了径流侵蚀功率输沙模型,选取黄河一级支流无定河流域的实测径流泥沙资料,系统研究了年、月和次暴雨3种不同时间尺度下的径流侵蚀功率和输沙量之间的相关关系,对比分析了径流侵蚀功率输沙模型与径流—输沙模型在表征流域径流侵蚀输沙上的优劣。结果表明:1975—2010年,无定河流域径流、输沙和径流侵蚀功率在不同时间尺度下均呈下降趋势;不同时间尺度下的径流侵蚀功率输沙模型的R~2相对于径流—输沙均较高,表明基于径流侵蚀功率的流域径流侵蚀功率输沙模型在不同时间尺度上均能够更准确地表征径流侵蚀输沙关系。     

沂河流域1961-2010年降雨侵蚀力时空分布特征

[目的]分析沂河流域近50 a的降雨量和降雨侵蚀力的时空变化特征,为流域水土流失防治及土地利用合理规划等工作提供参考.[方法]利用沂河流域及周边12个气象站1961-2010年的日降雨数据,基于日降雨信息的月降雨侵蚀力模型计算流域多年平均降雨侵蚀力,采用Mann-Kendall非参数检验法及析取Kriging内插法分析流域降雨量和降雨侵蚀力的时空变化特征.[结果]沂河流域降雨量和降雨侵蚀力空间分布上呈现出由西南向北逐级递减的变化趋势.多年平均降雨量为789.41 mm,多年平均降雨侵蚀力为2 626.09(MJ·mm)/(hm2·h·a),两者都在1965年产生突变;降雨量和降雨侵蚀力年内分布主要集中在夏季(6-8月),分别占全年比例的63.02％和71.22％,二者最大值都出现在7月,且秋季对流域多年降雨量的减少趋势贡献最多,夏季的降雨侵蚀力上升幅度最大.[结论]沂河流域的降雨量和降雨侵蚀力空间分布趋势相似,不同月份的降雨量与降雨侵蚀力差异不同.     

基于GIS的白洋淀流域降雨侵蚀力时空分布特征分析

为分析白洋淀流域降雨侵蚀力的时空分布特征,利用白洋淀流域及周边64个气象站点2003—2018年的日雨量资料,采用日雨量模型、线性逐步回归、倾向率、Mann-Kendall突变检验以及克里金插值等方法进行了研究。结果表明：(1)白洋淀流域年均降雨侵蚀力为2 284.54 (MJ·mm)/(hm²·h),西南阜平县和东北霞云岭降雨侵蚀力较大,在东南—西北方向上呈先增后降趋势。(2)气象站点降雨侵蚀力与经纬度、海拔的关系为：降雨侵蚀力=-0.115×纬度+0.414×经度-0.235×海拔,降雨侵蚀力与纬度、海拔呈负相关,与经度呈正相关。(3)降雨侵蚀力年内分布中,夏季较大,平均1 826.75 (MJ·mm)/(hm²·h),冬季较小,平均1.77 (MJ·mm)/(hm²·h);降雨侵蚀力年际分布中,2011—2014年较大,平均2 584.82 (MJ·mm)/(hm²·h);2003—2006年较小,平均2 053.79 (MJ·mm)/(hm²·h)。(4)降雨侵蚀力时间...     

河北省山区降雨侵蚀力的时空变化特征

[目的] 探究河北省山区降雨侵蚀力时空变化特征，为该区水土流失治理措施的制定和实施提供科学依据。[方法] 应用时间变化分析和空间分布分析对河北省山区2000-2018年降雨侵蚀力进行分析。[结果] 时间趋势中燕山山区年降雨侵蚀力呈波动上升趋势，主周期为11 a，在2009年发生突变，春、秋两季呈波动下降趋势，主周期分别为8和11 a，春季无突变点，秋季在2001年发生突变，夏季呈波动波动上升趋势，9 a为主周期，在2010年发生突变；太行山区年降雨侵蚀力呈波动下降趋势，主周期为6 a，无突变点，夏、秋两季呈波动上升趋势，主周期分别为8和10 a，均无突变点，春季呈波动下降趋势，主周期为8 a，在2006年发生突变；空间分布中，年均降雨侵蚀力范围为1 063.39~5 127.44 MJ·mm/（hm²·h），燕山山区由西到东年及夏季平均降雨侵蚀力先增长后降低再增长，太行山区中由南向北年、夏季平均降雨侵蚀力逐渐降低，春、秋两季降雨侵蚀力分布规律较为多变。[结论] 通过对河北省山区降雨侵蚀力的分析，得出河北省山区夏季水土流失最为严重，燕山山区部分地区尤为突出。     

基于修正简易模型的陕北黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力分布特征

降雨侵蚀力经典模型计算结果准确,但计算过程繁琐、数据量大且难获取;简易模型计算便捷,但结果不够准确.本文分析了8种黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力模型的差异,并对简易模型进行修正.以经典模型为基准值,对与经典模型结果最为接近的简易模型进行修正,基于修正后的简易模型分析黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力的时空分布特征.在此过程中用到的方法主要是数理统计法和模型差异分析方法.经典模型更能准确估算陕北黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力;拟合模型y=0.849x-29.651可以提高章文波降雨侵蚀力简易模型的模拟精度(拟合优度0.734);陕北黄土丘陵沟壑区2006-2012年间降雨侵蚀力总体呈现上升趋势;汾川河流域、清涧河流域上游降雨侵蚀力较高,下游次之;延河流域、大理河流域下游降雨侵蚀力较高,上游次之.降雨侵蚀力简易算法经修正后可以较好的估算黄土丘陵沟壑区的降雨侵蚀力的时空分布特征,陕北黄土丘陵沟壑区2006-2012年间降雨侵蚀力时空分布不均,降雨侵蚀力整体较高.     

金沙江流域水沙变化及其驱动机制

为了探究金沙江流域控制水文站屏山站水沙序列的趋势及突变特性,量化不同驱动因素对水沙变化的贡献。基于金沙江流域1954—2016年径流和输沙数据,从长时期及场次事件两个角度揭示了水沙关系的动态变化特征。结果表明：(1) 63年间,径流量年均变化速率为-1.16×10⁸m³/a;输沙量年均变化速率为-2.0×10⁶t/a; 1998年长江流域发生特大洪水,水沙序列在该年发生突变;(2)水沙关系的特征参数a值在1998年前后由上升改为下降趋势,退耕等坡面水保措施在1998年后发挥了重要作用;b值始终下降,河道影响因素始终发挥减沙作用;在场次降雨尺度上,流域径流-悬移质泥沙环路(C-Q环路)以顺时针形环路为主,表明坡面泥沙物源充足,是影响流域产沙的重要因素;(3)流域内降水、温度及NDVI与径流和输沙之间有明显的相关性,人类活动与降水因素对径流量的贡献比为-1∶2,而输沙量主要受人类活动影响,对应的贡献比为-6∶1。综上,金沙江流域63年间的径流输沙受多种因素综合影响,径流量的变化主要由于降水的变化,输沙量受人类活动影响更大。     

黄土高原50余年来降雨侵蚀力变化及其对土壤侵蚀的影响

采用Mann-Kendall非参数检验法和累积量斜率变化率分析等方法,分析了黄土高原1960—2011年降雨侵蚀力变化及其对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)黄土高原年均降雨侵蚀力呈显著下降趋势,平均年下降速率为3.64MJ·mm/(hm~2·h·a);(2)年降雨侵蚀力在空间上呈现"大者变小,小者变大"的变化趋势,以400mm等降雨线为分界线;(3)降雨侵蚀力变化不是影响河流输沙变化的主导因素,渭河、泾河、北洛河、延河、无定河和汾河的贡献率分别为1.54%,0.11%,10.87%,16.47%,5.71%;(4)不同流域降雨侵蚀力对土壤侵蚀作用程度不同,主要支流侵蚀产沙率泾河无定河渭河延河北洛河汾河。降雨侵蚀力的分布特征和变化趋势,结合不同流域侵蚀产沙率,可作为评价流域内气候变化对土壤侵蚀作用的指标。     

基于不同模型的黄河中游降雨侵蚀力时空变化分析

[目的] 基于不同模型探究黄河中游地区降雨侵蚀力的时空演变特征,为该地区水土流失危害评估、水土保持措施规划提供参考依据。[方法] 采用黄河中游1981—2020年日降雨量数据集,基于两种降雨侵蚀力模型探究了降雨和降雨侵蚀性的时空变化特征。 [结果] 黄河中游年均降雨量为349.90～699.90 mm,空间上自东南向西北呈波浪形递减趋势,时间上呈多峰状不显著的波动上升趋势特征,存在2 a主周期变化特征。黄河中游两种模型的降雨侵蚀力年际变化趋势特征和周期性相似,但降雨量越大的地区,两模型估算的降雨侵蚀力结果相差越大。谢云模型估算的降雨侵蚀力结果与降雨量相对更拟合。黄河中游年均降雨侵蚀力为767.00～3 003.40 MJ·mm/(hm²·h),具有高度月度集中性,集中于7—8月,呈单峰型。 [结论] 黄河中游年均降雨侵蚀力具有显著的垂直空间差异,且在地形和地貌影响下空间差异会发生变化,高海拔地区的变化系数通常高于低海拔地区。在东南部秦岭山区和关中平原等地区,随海拔升高,降雨侵蚀力迅速减少,在西北部黄土高原区,随海拔升高而逐渐增加。因此在黄河中游降雨侵蚀性增加的地区,应采取适当措施,减少土壤侵蚀的潜在风险,确保区域生态安全的可持续发展。     

半干旱黄土区降水和气温对北川河径流的影响

[目的]揭示山西省方山县北川河上游流域降水和气温对北川河径流的影响,为分析三川河上游流域乃至黄河中游流域径流量的变化原因提供参考。[方法]利用圪洞控制站数据,采用回归分析、累计距平、多元线性回归模型等方法分析了山西省方山县北川河上游流域1985—2009年间的气象数据、北川河径流变化特征及其相关性。[结果]北川河流域1985—2009年年降水量变化波动性大,整体呈现不明显的下降趋势。最高、最低气温2003年出现骤变,与气温的升高趋势相反,潜在蒸散发呈逐渐下降趋势。北川河年径流量变化差异较大,具有一定的阶段性和突变性,整体呈不明显的下降趋势。[结论]年降水量与温度是影响北川河径流量的主要因子,降水量中汛期降水量占主导地位。     

渭河流域降雨与降雨侵蚀力变化的原因分析

研究降雨与降雨侵蚀力的时空变化特征及其原因对流域土壤侵蚀监测、评估、预报和治理具有重要意义。以干旱半干旱的渭河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验分析了降雨与降雨侵蚀力的变化趋势;采用启发式分割法对流域降雨量与降雨侵蚀力进行了变异诊断;采用交叉小波分析探究了ENSO(厄尔尼诺—南方涛动)、北极涛动、太阳黑子与降雨以及降雨侵蚀力的联系。结果表明:(1)降雨和降雨侵蚀力均呈下降趋势;(2)华山站和西吉站的降雨量存在变异点,华山站和临洮站的降雨侵蚀力存在变异点,渭河流域部分站点的雨量和雨力的一致性被破坏;(3)ENSO、北极涛动、太阳黑子可能会影响降雨与降雨侵蚀力的产生,其中太阳黑子的影响最强,ENSO次之,北极涛动最弱。研究结果有助于指导渭河流域黄土高原地区的农业生产、水土保持建设和生态修复等工作。     

黄河河口-龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系

[目的]揭示黄土高原典型多沙粗沙区河口—龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系,为区域水土保持规划的制定提供科学依据。[方法]基于降雨和产沙模数资料,采用泰森多边形加权变差系数法、K-means聚类分析以及线性回归分析,系统研究河口—龙门区间降雨和产沙的空间变异规律。[结果] 1959—2015年期间,河龙区间汛期降雨和汛期降雨侵蚀力具有相同的空间分布特征,但是汛期降雨侵蚀力表现出更强的空间变异性,两者在年内和年际时间尺度上分别表现出相同的空间分布特征,并且具有纬度地带性(p0.01)。汛期降雨和汛期降雨侵蚀力在支流尺度上的空间变异性差异不大,具有同增同减的变化趋势。[结论] 1959—2015年期间,水土流失大规模治理以前,河口—龙门区间流域产沙主要受降雨的影响(p0.01),水土流失治理以后,流域产沙量锐减,降雨和流域产沙模数无显著相关关系。     

典型泥石流小流域降雨和土地利用对坡面侵蚀的影响

[目的]揭示泥石流小流域降雨和土地利用对流域内坡面侵蚀的影响和作用,为泥石流的生态治理提供科学依据。[方法]以白龙江流域一级支沟——甘家沟泥石流小流域为研究区,基于该流域已建的5个径流小区(裸地、坡耕地、草地、土坎梯田、经济林地)连续5年的观测资料,利用K-均值聚类法,选择降雨量(P)、降雨历时(D)和最大30 min降雨强度(I₃₀)3个降雨指标,将该流域46次侵蚀性降雨事件划分为3类雨型(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型),以平均径流系数和平均土壤流失量为主要指标,定量化分析了不同降雨雨型和土地利用类型对坡面产流产沙的影响和作用。[结果]径流和土壤流失对降雨的响应存在差异,平均径流系数为Ⅰ型降雨最高,其次为Ⅲ型和Ⅱ型降雨;土壤流失量为Ⅱ型降雨>Ⅰ型降雨>Ⅲ型降雨。最大30 min降雨强度与5种土地利用类型的径流系数和土壤流失量的正相关性最高,其次为降雨量、降雨历时。5种土地利用类型的平均径流系数为裸地>经济林地>坡耕地>草地>土坎梯田,土壤流失量为裸地>坡耕地>经济林地>草地>土坎梯田。降雨和土地利用相互作用下,径流...     

基于GIS的岷江流域降雨侵蚀力时空特征研究

利用岷江及周边流域124个气象水文站1981-2010年的日降雨资料计算了该区域的降雨侵蚀力.通过克吕格插值法生成降雨侵蚀力的空间分布图,采用泰森多边形和K-Means聚类法将其划分为3个等级并得到各等级的空间分布格局.根据离差系数、趋势系数和倾向率指标分析了站点年际变化特征及不同等级的时空变化格局.结果显示:(1)年均降雨侵蚀力表现出东南部高,向西迅速降低的特征,且呈现以雅安乐山为中心向东北、西南递减缓慢,向西北递减迅速的环状空间分布格局;(2)岷江流域降雨侵蚀力聚类为侵蚀低、中、高值区,其聚类中心分别为1 054.73,4 594.50和7 153.75 MJ·mm/(hm·h·a),其中侵蚀低值区主要分布在岷江流域上游和大渡河支流流域,中值区主要分布在岷江中下游流域,高值区集中分布在岷江中游的雅安、乐山、眉山和都江堰地区;(3)降雨侵蚀力年际变化呈南北分异特征,以都江堰汶川小金—丹巴为界,北部变化大于南部,变化趋势呈东西分异特征,以茂县理县汶川宝兴—天全汉源—峨边沐川 宜宾一线以东呈下降趋势,以西呈上升趋势.不同地区的降雨侵蚀力变化趋势的显著程度也不同.     

黑河上游天涝池流域生长季降雨和气温对河川径流的影响

西北干旱区的水资源短缺问题日益突出,但黑河上游高寒山区河川径流相关的精确水文资料稀缺,开展观测和研究其变化规律尤为必要。选择黑河上游天涝池流域为研究区,通过逐日观测2016年、2017年、2019年生长季河川径流量、降雨量和气温数据,采用相关分析和多元线性回归方法,分析了降雨和气温要素对河川径流的影响。结果表明:生长季内月均径流量明显滞后月均降雨量和月均温,三者均呈现出单峰变化趋势; 河川径流对降雨的平均滞后时间约为7.5 d。生长季内月均降雨量、月均温与月均径流量的Pearson相关系数分别为0.69,0.87(p<0.01),拟合多元线性回归模型的R²为0.772。研究显示该流域内降雨和气温较好地解释河川径流量的变化,结果可为黑河上游山区的河川径流响应过程提供参考依据。     

基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域等3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口等2个典型小流域2014—2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙（径流量和输沙量）、雨沙（降雨侵蚀力和输沙量）和能沙（径流侵蚀功率和输沙量）关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度。结果表明：1）长江流域3个典型流域及2典型小流域,在绝大部情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度R²_adj最大值分别可达到0.94、0.87和0.58。2）对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q₁分位点总是接近1且第二个流量Q₂分位点在0.5附近或者高于0.5。基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性。3）随着时间升尺度,水沙、雨沙和能沙关系逐渐变差,3个典型流域径流侵蚀功率和输沙量在一些月份上均存在显著变化趋势和显著突变点（P<0.05）。特别是在年尺度上,输沙量均为显著减少趋势（P<0.05）,其能沙关系均表现出非一致性变化。4）水库建设和植被增加是导致流域能沙关系变差的重要原因,其均与输沙量呈现极显著负相关（P<0.001）,通过考虑水库指数和NDVI改进能沙关系模型,年R²可提高27.28%～97.62%。研究成果可支撑开发新的流域泥沙预报模型,服务长江流域生态保护与高质量发展。     

渭河流域降雨侵蚀力时空分布特征

[目的]揭示渭河流域降雨侵蚀力的时空变化特征,为区域水土保持规划提供依据。[方法]根据渭河流域及其周边范围30个气象站点1957—2014年逐日降雨资料,采用章文波日降雨量侵蚀模型计算各站点的降雨侵蚀力,分析其空间分布规律和年内分布特征。[结果]渭河流域多年平均降雨侵蚀力值分布范围为806.25~3 510.81 MJ·mm/(hm2·h),平均值1 798.97 MJ·mm/(hm2·h),与多年平均侵蚀性降雨的空间分布基本一致,总体呈现西北低东南高的趋势。渭河流域降雨侵蚀力年内变化呈单峰型,主要集中在7—9月,占全年降雨侵蚀力的63.91%。北部黄土高原地区和关中平原发生水土流失的时期集中在7—9月,而秦岭北麓地区5—10月均有可能发生较大的水土流域,侵蚀风险由西北向东南递增。流域降雨侵蚀力年际波动较大,年际变率Cv值在34%~56%之间,整体而言,流域西北部地区的降雨侵蚀力年际变化幅度大于东南部地区。除洛川、长武、环县、平凉4个站点降雨侵蚀力在研究时段内有所增大外,其余地区降雨侵蚀侵蚀力呈不同速率的减小趋势。[结论]渭河流域降雨侵蚀力时空分布差异显著,尽管流域降雨侵蚀力呈减弱趋势,由于流域地处黄土高原,水土保持与水源涵养工作仍需高度重视。