皇甫川流域降水和人类活动对水沙变化的定量分析

采用线性趋势法、非参数Mann-Kendall趋势检验法、累积距平法及径流历时曲线法分析皇甫川流域1955-2010年水沙变化特征,通过水文分析法定量评价降水和人类活动对水沙变化的贡献率.结果表明:皇甫川流域径流量和输沙量均呈急剧减少趋势,尤其在20世纪80年代之后,减少更加显著,近10年(2000-2010)的平均径流量与输沙量相当于1950-1959年的约20％;皇甫站径流量和输沙量均在1979年发生突变;在变化期1980-2010年,人类活动对流域水沙变化的贡献占主导因素,约为70％,而降水所占比例为30％左右;自20世纪80年代始,大规模的水土保持措施(如退耕还林(草)、梯田建设、水库淤地坝等工程)等人类活动是流域水沙锐减的主要影响因素.     

乌兰木伦河1960—2015年水沙周期性分析

采用Mann-Kendall检验、Pettitt检验以及小波周期分析等方法对乌兰木伦河流域王道恒塔站1960—2015年的降水、径流和输沙过程进行了分析。结果表明:乌兰木伦河流域降水量变化趋势不显著(Z=1.19),在2010年之后有增加趋势。Mann-Kendall检验结果表明年径流量(Z=-5.62)和年输沙量有显著减沙趋势(Z=-5.56),采用Pettitt检验结果表明年径流量和年输沙量突变点均发生在1996年。相比60年代,2010年之后径流量从2.5亿m~3减少到0.9亿m~3,输沙量也从2 965.1万t减少到1.5万t。年降水量周期与年径流年输沙的周期不同步,仅在2～4a和8～10a时间尺度上具有周期性同步,而径流量和输沙量的周期有一定的同步性。研究表明,流域径流量和输沙量的短周期变化主要受降雨、太阳活动等自然因子调控,同时受到人类活动的影响,而更长周期的水沙变化特征则有赖于百年以上的水文序列。     

乌兰木伦河1960-2015年水沙周期性分析

采用Mann-Kendall检验、Pettitt检验以及小波周期分析等方法对乌兰木伦河流域王道恒塔站1960—2015年的降水、径流和输沙过程进行了分析。结果表明:乌兰木伦河流域降水量变化趋势不显著（Z=1.19）,在2010年之后有增加趋势。Mann-Kendall检验结果表明年径流量（Z=-5.62）和年输沙量有显著减沙趋势（Z=-5.56）,采用Pettitt检验结果表明年径流量和年输沙量突变点均发生在1996年。相比60年代,2010年之后径流量从2.5亿m³减少到0.9亿m³,输沙量也从2 965.1万t减少到1.5万t。年降水量周期与年径流年输沙的周期不同步,仅在2～4 a和8～10 a时间尺度上具有周期性同步,而径流量和输沙量的周期有一定的同步性。研究表明,流域径流量和输沙量的短周期变化主要受降雨、太阳活动等自然因子调控,同时受到人类活动的影响,而更长周期的水沙变化特征则有赖于百年以上的水文序列。     

疏勒河流域径流量和输沙量变化规律

[目的]探索疏勒河流域水沙变化特性，可为国家实施西部生态安全战略提供科学支撑。[方法]基于疏勒河流域昌马堡、潘家庄、党城湾3个水文站的实测径流量和输沙量序列资料，运用滑动平均、Mann-Kendall突变趋势检验和小波分析法等方法，分析了疏勒河流域径流量和输沙量变化规律。[结果]疏勒河流域年径流量和年输沙量均呈递增趋势，且输沙量增大趋势大于径流量，昌马堡、潘家庄、党城湾3个水文站径流量分别在1999年、2016年、1982年发生突变，昌马堡和潘家庄年输沙量突变均发生在1998年，党城湾输沙量没有突变；疏勒河流域3个代表站的径流量和输沙量都呈现出多时间尺度的演化特征，昌马堡径流量主周期为58 a, 31 a, 14 a, 9 a和5 a,输沙量主周期为48 a, 23 a, 14 a, 7 a和5 a,潘家庄径流量主周期为59 a, 32 a, 14 a,输沙量主周期为37 a, 14 a, 8 a和5 a,党城湾径流量主周期为42 a和5 a,输沙量主周期为16 a和8 a。[结论]疏勒河流域水沙总体呈递增趋势，且存在明显的周期变化，除党城湾的输沙量没有突变发生以外，其余站点水沙均有突...     

近60年黄河干流水沙变化及其驱动因素北大核心CSCD

基于1952-2011年黄河干流4个重要水文控制断面径流量和输沙量的时间序列资料,定量分析黄河水沙的沿程变化规律及主要驱动因素。结果表明：1）近60年黄河水沙减少趋势显著,且在未来一段时间继续呈减少趋势;4个断面径流量在1968年和1985年出现丰枯转折,输沙量则在中下游3个断面出现差异性变化;潼关和花园口断面径流量年际变化在1980年代后期出现突变,输沙量4个断面均在1985-1998年期间出现突变。2）头道拐断面水沙关系在1968年和1989年出现突变,潼关与花园口断面均在1979年和1999年出现突变,利津断面只在1999年出现突变。3）黄河水沙存在多尺度周期变化,径流量以准3年,准9年,准25年为主,输沙量以准3-4年,准9年为主,而且径流量与输沙量之间以及上中下游均存在较强的周期变化响应。4）上游水沙变化以气候变化为主要驱动因素,也包括水利工程、取耗水等人为因素,中游以强烈的水土流失、水利水保措施为主,下游水沙变化除了表现为对上中游地区的强烈响应之外,还受取耗水等因素影响。     

近60年湘江流域水沙特性及其对人类活动的响应

湘江流域人类活动对湘江水沙变化具有显著影响。利用M-K次序法、Pettitt非参数检验法和双累积曲线法分析湘江干支流1953-2014年的年径流量、汛期径流量和非汛期径流量与输沙量的关系,并分析水土保持和水库建设等人类活动与水沙演变的关系。结果表明:1)湘江干支流水文站的年径流量、汛期径流量与输沙量的相关性强,且1990年后湘潭站径流量-输沙量的相关系数为0.83,而非汛期相关性较弱。1990年前,干流站点径流量和输沙量处于波动状态,1990年后干流站点径流量总体呈增加趋势,但输沙量呈减小趋势,且老埠头站的输沙量发生微幅突变。除个别站点之外,支流站点的径流量和输沙量发生突变的年份与变化规律均一致。2)水土保持以及水库建设对湘江流域的拦沙作用是输沙量减少的主要原因。相比支流,水土保持对湘江干流流域的输沙量减少影响更显著,水库建设与湘江干支流输沙量减少均密切相关。3)根据湘江流域输沙量突变点可划分A(1960-1987年)、B(1988-1996年)、C(1997-2013年)3个时期,在不考虑温度变化的影响下,以A时期1960-1987年为基准期,利用累积量斜率变化率比较法可知,相比基准期A时期,B、C时期水土保持和水库拦沙等人类活动对输沙量的减少的贡献率为88.58%和94.01%,人类活动为输沙量减小的主要因素。     

退耕还林(草)对北洛河上游水沙变化的影响

为探究黄土高原地区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以植被恢复较好的北洛河上游为研究区域,根据其控制站吴起水文站1971—2010年4—10月实测水沙资料,定量分析降水量、径流量和输沙量三个水文要素的变化趋势和发生突变的年份。结果表明:1971—2010年,降水量并未发生显著的趋势性变化,径流量和输沙量呈显著减小趋势;综合四种突变点检验方法结果,并结合水土保持措施资料,确定径流量和输沙量的突变年份为2002年;利用双累积曲线定量分析降水和以退耕还林（草）为主的人类活动对径流量与输沙量的影响,相对于1971—2002年,2003—2010年降水和人类活动对径流量的影响程度分别为70.8%和29.2%,对输沙量的影响程度分别为34.0%和66.0%。植被的减沙作用明显大于减水作用,以退耕还林（草）为主的人类活动是北洛河上游流域泥沙减少的主要驱动力。     

西汉水流域径流泥沙演变特征及其归因研究

自20世纪90年代开始西汉水流域实施了一系列的水土保持治理工程，下垫面发生了明显改变，对流域水沙造成了显著影响。利用西汉水流域1965—2017年径流泥沙资料，采用Mann-Kendall趋势检验、Lee-Heghinian突变检验和双累积曲线等方法，研究了西汉水近50 a水沙演变特征及其原因。结果表明：近50 a西汉水流域降雨量无显著变化趋势，而径流量和输沙量分别以0.177亿m³/a和50.202万t/a的速率显著减少(P<0.05);径流量和输沙量显著减少的突变点分别在1993年和1990年，这与流域实施水土流失治理的时间相对应；与突变前相比，突变后径流量减少47.64%,输沙量减少71.19%;降雨量和人类活动对径流量减少的贡献率分别约为15%和85%,对输沙量减少的贡献率分别约为10%和90%;人类活动引起的下垫面条件变化是西汉水流域水沙减少的主要原因。     

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。     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献

为探明淤地坝拦沙作用对河流输沙量变化的影响,依据淤地坝作用年限、坝控面积、坝控流域侵蚀产沙模数及淤地坝排沙率,确定淤地坝拦沙量的估算方法,并结合2009年淤地坝安全大检查数据,分析黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献.延河与皇甫川淤地坝在不同年代的拦沙量分别在92.48万～854.35万t/a与36.47万～1 138.75万t/a之间,淤地坝拦沙量占人类活动影响的比例在一级和二级突变后分别为29.1％、28.5％与8.4％、18.2％;2000年以后延河与皇甫川输沙量减幅均达到85％以上,而淤地坝拦沙量的贡献率分别小于10％和20％.淤地坝的拦沙作用已不是目前输沙量减少的主要因素,但由于土壤侵蚀环境的不同,淤地坝在皇甫川对输沙量减少的贡献比在延河要大.     

长江支流嘉陵江水沙变化趋势及其驱动因素分析

近20年来,嘉陵江流域输沙量明显减少,其变化将对长江三峡库区水沙运动以及泥沙冲淤变化等产生重要影响。根据嘉陵江控制水文站实测水沙资料,采用定量分析的方法,分析了嘉陵江流域年降水量、河道径流量和输沙量的变化趋势及其发生显著变化的临界年份。结果表明:嘉陵江流域的径流量和输沙量都有显著的减少趋势;年降水量没有表现出明显的变化趋势。年径流量及输沙量发生显著趋势性减小的临界年份分别为1993年和1984年。同时,利用历时曲线和双累积曲线两种方法,量化了嘉陵江流域径流量与输沙量的减少量,定量分析了降水和人类活动对嘉陵江径流及输沙量的影响,进一步探讨了嘉陵江流域水沙变化的驱动因素。     

渭河流域极端降雨变化趋势及其对水沙情势的影响

为探究渭河流域极端降雨变化趋势及其对水沙情势的影响,采用非参数趋势检验、突变检验和连续小波变换诊断了渭河流域1960—2019年的极端降雨指数及径流输沙序列的变异特征,通过双累积曲线法和相关分析法定量评估了流域极端降雨对水沙变化的影响。结果表明:各极端降雨指数呈阶段性波动变化,总体上PRCPTOT,RX5day和RX1day呈不显著下降趋势,R95pTOT,SDII和FSPTOT呈不显著上升趋势。各极端降雨指数均存在以4～6 a,11～12 a,28～29 a为周期的变化特征。径流与输沙量均呈显著减少趋势,分别在1993年、1999年发生突变,其中径流存在5 a和12 a的周期。各极端降雨指数均与径流、输沙量正相关,相比之下,输沙量与各极端降雨指数之间的相关系数偏低。极端降雨变化对径流与输沙量的减少具有重要影响。其中,PRCPTOT对径流减少的影响最大(29.65%),其次是RX5day(25.68%)和FSPTOT(25.95%)。PRCPTOT对输沙量减少的影响也是最大的(10.02%),其次是RX5day(7.12%)。综上,渭河流域水沙情势的变化受极端降雨的显著影响。     

黄土高原多沙粗沙区泥沙集中度变化特征及驱动因素

[目的]揭示黄土高原多沙粗沙区的泥沙和泥沙集中度的变化规律,阐明泥沙集中度的影响因素,进而为流域水土流失治理和生态保护提供一定的科学依据。[方法]基于1956—2010年皇甫川、孤山川、秃尾河、窟野河和无定河流域的输沙量数据,利用Mann-Kendall趋势检验法、Pettitt突变点检验法、Morlet小波分析方法分析了黄土高原多沙粗沙区泥沙集中度的时空变化特征,通过Pearson相关系数探究了泥沙集中度与生态建设措施的相关性。[结果](1) 1956—2010年,黄土高原多沙粗沙区的输沙量呈现显著减少的趋势,但是皇甫川、孤山川、无定河流域的泥沙集中度呈现显著增加的趋势。(2)孤山川与无定河流域的泥沙集中度具有显著的(p<0.05)突变点,分别为1990年与1986年。(3)研究区泥沙集中度主周期介于15～55 a。(4)径流集中度对于研究区泥沙集中度有显著的影响。除此之外,生态建设措施面积与泥沙集中度有显著的正相关关系,其中梯田、造林和种草对于研究区的泥沙集中度的影响程度最大。[结论]黄土高原多沙粗沙区的输沙量逐渐减少且越来越集中,泥沙集中度受到降雨径流和生态建设措施等因素影...     

皇甫川流域51年降雨侵蚀力的时空变化

为了详尽研究皇甫川流域降雨侵蚀力变化规律,基于皇甫川流域及周边15个雨量站1954-2004年日降雨资料估算降雨侵蚀力R值,并借助Mann-Kendall非参数检验法和Kriging空间插值法对流域R值时空变化特征进行分析.结果表明：1）皇甫川流域降雨侵蚀力R值与总降雨量和侵蚀性降雨量的时空变化特征大体一致,自西北向东南逐渐增大,同时R值等值线自西北向东南逐渐稀疏;2）R值年内分布十分集中,7、8月R值之和占到全年的72.4％,5-9月R值占到全年的96％以上;3）15个站点的R值变化趋势不同,9个站点R值呈增大趋势,其中仅2个站点增大趋势显著,而其余6个站点的R值呈减小趋势,其中也仅有2个站点减小趋势显著,对整个流域而言,51年间流域降雨侵蚀力R值与降雨量和侵蚀性降雨量变化一致,呈现不显著的减小趋势.     

不同时间尺度濂水流域水沙变化及其驱动因素分析

为深入分析流域水沙变化特征及其驱动因素,揭示水沙变化机理机制。以赣南濂水流域为研究区,基于1965—2020年的水文气象数据和土地利用数据,在年尺度和场次暴雨尺度,利用Mann-Kendall检验法、累积距平法、水沙关系曲线、经验统计分析法等,分析水沙变化特征,建立不同时期水沙关系,并定量评估降雨变化和人类活动对水沙变化的贡献率。结果显示：(1)在年尺度,流域径流深、输沙量分别呈非显著下降和极显著上升趋势,突变年份分别为1998年和1995年。(2)与基准期相比,变化期不同时间尺度的径流深和输沙量波动更大,且水沙相关性均增强,表征外界人为干扰的参数(a)和河流本身输沙能力的参数(b)均增大。(3)在年尺度和场次暴雨尺度,降雨变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为-1.1%,101.1%和30.2%,69.8%,对输沙增加的贡献率分别为0.5%,99.5%和-2.0%,102.0%。研究成果可为流域的水沙合理调控及生态可持续发展奠定基础。     

Temporal Variations of Flow–sediment Relationships in a Highly Erodible Catchment of the Loess Plateau,China

The flow–sediment relationship is important to understand the soil erosion and land degradation processes in severe eroded areas. This study researches on variations of streamflow, sediment load, and flow–sediment relationship on multi‐temporal scales (annual, flood season and, monthly scales) in a highly erodible catchment of Chinese Loess Plateau. The results demonstrated that the streamflow, sediment load, sediment concentration, runoff coefficient, and sediment coefficient all experienced evident reductions, and the decrease in the middle and downstream stations was more significant compared with the upstream stations. The land use changes and implementation of soil and water conservation measures played major role for the streamflow and sediment load reductions with respect to precipitation change, and the runoff coefficient and sediment coefficient linearly decreased with the percentage of conservation measure area. The runoff‐sediment yield relationship on annual, flood season, and monthly scales could be generally characterized by the linear function, and the slopes during the post‐change period was lower than those during the pre‐change period of sediment load. The sediment concentration–streamflow discharge relationship represented consistent form over the entire study period, and the logarithmic function was appropriate to describe the relationships on the three timescales. The decrease of sediment concentration contributed greatest (60·7%) to sediment reduction compared with runoff productivity of rainfall (30·2%) and precipitation (9·1%). Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

大通水文站水沙变化特征分析

[目的]分析大通水文站水文泥沙的趋势性、突变性和周期性,揭示其长时间序列的特征,为河口三角洲的发育及演变研究提供理论依据。[方法]采用Mann-Kendall趋势分析法、有序聚类分析法和小波分析法,对大通站近60a来径流量和输沙量时间序列进行特征分析。[结果]大通站年径流量无明显的趋势性变化特征,年际波动较大,年内分配极不均匀;年径流量不存在显著的突变性特征,但具有6和44a的周期性变化特征。年输沙量具有显著的线性下降趋势,同时年内分配不均;年输沙量存在显著的三级突变性变化,2002年为一级突变,1984年为二级突变,1968和1991年为两个三级突变;年输沙量还存在明显的12和30a周期性变化特征。[结论]大通站年径流量无明显的趋势性和突变性,存在一定的周期性;年输沙量存在显著的下降趋势,具有明显的突变性和周期性。