应用泥沙资料分析看水土流失治理效果

大凌河流域是辽宁省西部典型水土流失区,河流多年平均含沙量很大,大凌河干流平均含沙量为6.86~12.6 kg/m3。1993年列入国家重点治理区。应用大凌河流域水文站具有40 a以上观测系列的泥沙站8处—计342站年的泥沙资料,对大凌河流域泥沙资料进行分析。结果表明,与治理前相比,朝阳大部分河流输沙量都在减少,减少最多的是大凌河流域上窝堡站,减少了91.1%。从建平县三义号小流域治理前后的拦蓄效益比较可以看出,治理后的流域减水效益达59.31%,减沙效益达55.58%,足见辽宁省大凌河流域水土保持工作成效显著。     

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m~3,平均每年减少2.14亿m~3;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。     

大凌河源头区域水文特性分析

大凌河流域源头区域是大凌河径流的主产区,分析其水文特性,对大凌河沿岸城市防洪、水资源开发利用具有指导意义。利用1957—2016年共60a系列降雨、径流、泥沙资料,统计水文特性。分析水文要素年内、年际变化规律。分析结果表明:长期变化趋势都呈现不同程度的衰减趋势,降雨量的衰减最小,径流量的衰减较大,输沙量衰减最大。     

基于时变矩BMA方法的赣江流域年输沙量变化归因分析

分析河道泥沙影响因素并进行定量归因分析,对正确认识和评价流域水土流失治理措施有着重要意义。该研究通过对鄱阳湖赣江流域1958-2014年的年输沙量变化特征分析,引入降雨侵蚀、森林覆盖以及水库调控3个影响因素建立年输沙量时变矩模型,利用BMA方法融合4个时变矩模型模拟赣江年输沙量过程,并定量归因分析年输沙量变化中多因素的贡献程度。研究表明:1)以降雨侵蚀力、森林覆盖率和水库调控系数为主要物理影响因子构建的时变矩模型,可以较好地描述赣江年输沙量分布特征及时变过程,纳什效率系数达到0.93;2)BMA方法有效融合了多个时变矩模型的优点,年输沙量模拟的不确定性区间变小,通过遍历多因素情景组合可定量分离不同影响因素的贡献量及变化范围;3)相对于基准期(1958-1989年),变化期(1990-2014年)赣江流域年输沙量显著减少(P0.05),主要受人类活动影响,与双累积曲线法和产沙函数法的定量归因结果相近。森林覆盖率和大中型水库调控对赣江流域年输沙量减少贡献量分别为414.87和261.45×10~4t/a,两者贡献率分别为59.72%、37.63%,而降雨侵蚀导致年输沙量增加约42.99×10~4t/a,其他因素减少年输沙量61.40×10~4t/a。对于赣江流域,持续加强流域森林资源的保护,强化大中型水库的调控能力,是提升流域水土流失治理能力的重要举措。研究结果可为流域水土流失综合治理提供科学参考。     

杨树沟小流域水土保持综合治理评价

杨树沟小流域自2003年被国家批准列入大凌河流域水土保持重点治理区项目后,截止2007年,共治理水土流失面积667 hm2,治理程度达76.8%。为了客观评价水土保持措施实际发挥的效益,根据调查观测及有关统计资料,采用静态分析法计算治理期各项措施产生的直接经济效益。结果表明:该流域水土保持综合治理工程建设的累计经济效益呈现逐渐增加的形势,而且增产幅度随运行期增加产生的效益逐年扩大。由于流域综合治理措施发挥了作用,增强了蓄水保土能力,经济效益、社会效益、生态效益都得到了很大提高。     

绕阳河上游地区输沙模型的推求

主要包括两部分,一是流域治理效益分析,经分析年输沙量的减少是流域治理结果,并且该流域治理效益比较明显;另一部分是年输沙量计算模型的推求,用这个模型可以计算出无资料地区的年输沙量,也可以计算无资料年份的流域年输沙量。     

近50年黄河中游流域水沙过程及对退耕的响应

为明确黄河中游地区水土流失综合治理、退耕还林(草)政策的水沙效应问题,选择黄河中游风沙-丘陵过渡区、典型丘陵区以及土石山林区5条典型流域,用降雨及面积对水文站实测径流量、输沙量数据进行处理,探讨了近50a来流域水沙及其关系的演变过程。结果表明:5条流域标准化年径流量、标准化年输沙量均表现出显著减少趋势,且两者发生跃变时间基本一致。时段频率上的河流输沙量减少程度较径流量大,零输沙天数逐时段增加。植被覆盖度低的风沙-黄土丘陵过渡区流域,较植被覆盖度高的土石山林区流域,径流量和输沙量年均变化斜率大,跃变时间早。5条流域汛期径流量和输沙量的关系表明,植被覆盖度低的风沙-黄土丘陵过渡区流域的输沙量分布域较植被覆盖度高的土石山林区流域大一个数量级,其产沙动力也最强。近50a来,5条流域的水沙动力系数均呈现逐时段降低趋势。20世纪70～80年代水土流失综合治理使5条流域水沙动力系数平均降低24.5%,1999年后的退耕还林(草)工程则使其平均降低70.6%。流域水沙拟合线性关系常数项绝对值,以及流域冲淤平衡时的径流量呈现随时段减小趋势,进一步说明水土流失治理及退耕还林(草)措施对流域水沙动力关系的削弱效应。     

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。     

三川河流域重点治理减沙效益分析

三川河流域自1983年列入全国八大重点治理区后,至1992年底止,10年新增治理面积1129km~2,流域累计治理程度达到57.6％。采用水文法与水保法分析该流域重点治理以来的减沙效益,前者的分析结果是,重点治理期间的年均输沙量较重点治理前减少59.03％,每毫米汛期降雨所产生的输沙量分别比1957～1972年、1957～1982年减少61.30％和52.23％;后者的分析结果是年均输沙量分别比1957～1972年、1957～1982年减少44.26％和55.18％。考虑到降雨变化对水文法分析产沙的影响,故10年重点治理期间较重点治理前多年平均输沙量年均减少约为50.0％。     

基于马尔科夫模型的大凌河流域土地利用/覆被变化趋势研究

本文通过对大凌河流域2010年、2013年和2016年三期遥感影像进行分类,得到流域土地利用分布现状。对分类结果进行叠加分析可以获得大凌河流域2010~2013年的地类转移概率矩阵,再运用马尔科夫原理预测出2016年流域土地利用分布情况,将其与实际情况对比分析,证明马尔科夫模型适用于大凌河流域未来土地利用/覆被变化趋势的预测。进而本文分别对大凌河流域2019年、2022年和2025年的土地利用情况进行预测,发现未来近10年流域建设用地面积持续增长,变化率为38.96%;农林用地面积从2016年开始减少,总体下降了0.77%;水域面积稳定增长,到2022年之后趋于稳定值,变化率为17.21%;旱地及其他未利用地面积继续缩减,到2019年开始趋于稳定,整体下降了1.71%。研究结果明晰了大凌河流域农林用地和建设用地之间的矛盾,可以为流域水土资源管理有关部门提供科学依据。