西柳沟流域近期水沙变化归因分析

根据1960 ～2010年实测水文资料和水土保持治理实地调查资料,以1989年作为流域治理前后的分界年,对黄河内蒙古段西柳沟流域水沙变化对下垫面治理的响应进行了归因分析.首次提出“降雨产流产沙力”的概念,发现流域产流产沙量与降雨产流产沙力关系最为密切.通过构建基准期降雨产流产沙力经验模型,进行流域水沙变化“水文法”分析;采用“指标法”计算了流域梯田、林地、草地、坝地和封禁治理等水土保持措施的减水减沙量.计算结果表明:1)西柳沟流域1990～2010年因水土保持综合治理等人类活动年均减水303万m3,因降雨影响年均减水369万m3,人类活动与降雨影响权重之比为45％:55％.1990～2010年因水土保持综合治理等人类活动年均减沙121万t,因降雨影响年均减沙209万t,人类活动与降雨影响权重之比为37％:63％.2)截至2012年西柳沟流域水土保持措施年均减水337.3万m3,年均减沙106.6万t;在各项措施中林地的减水减沙贡献率均为最大,分别达到73.2％和66.2％.3)西柳沟流域水土保持综合治理应以工程措施为主,突出生态建设,实施分区治理.坝系建设应该是今后治理的重中之重.     

不同下垫面对坡面侵蚀特征的影响

为研究不同下垫面对黄土坡面侵蚀特征的影响,2008年在黄河水利科学研究院模型黄河试验基地,用人工降雨的方法研究了黄土坡面小区在不同立地条件和不同雨强下的径流量、侵蚀量.结果表明:在小雨强条件下,裸地和坡耕地的径流量随时间延续逐渐增加,在试验进行到30min左右时达到波动稳定状态,约为10kg/min,约为相同雨强下草地坡面径流量的40倍左右.中雨强时,裸地和农耕地的径流量约是草地径流量的7倍;大雨强时,草地径流量在试验初期呈缓慢增加的态势,在试验进行到12min左右时基本稳定在10kg;裸地和农耕地径流量在试验初期急剧增加,在试验进行到20min左右时达到各自的最高点,然后维持在一个较低的水平.不同下垫面坡面在小雨强时,裸地和农耕地的侵蚀产沙量远远大于草地,约是其20倍,为10kg左右.中雨强时,裸地和农耕地的侵蚀产沙量约是草地的100倍左右;大雨强时,裸地和农耕地的侵蚀量仍远远大于草地的侵蚀量,二者在试验初期急剧增加,在试验进行到18min左右时达到各自的最高点,然后坡面侵蚀量维持在一个较低的水平.综合分析表明,草被覆盖坡面可以防护中小雨强下的土壤流失.     

黄河上游头道拐站年径流输沙系列突变点识别与综合诊断

根据1950-2010年水文资料，采用Mann Kendall秩次检验法（M K法）、Pettitt检定法、Mann Whitney Pettitt法（MWP法）、有序聚类分析法和独立同分布检验5种方法，对黄河上游沙漠宽谷河段出口控制断面头道拐水文站实测年径流输沙系列变化趋势和突变点进行了识别和综合诊断，并采用降雨径流泥沙双累积曲线的分析结果加以佐证，对突变点的物理成因进行剖析。结果表明：对头道拐站来水来沙变化影响最大的是刘家峡、龙羊峡水库的投入运行，减少了水沙输送，并可明确判别出1986年和1985年分别是头道拐站实测年径流量和年输沙量变化的主要突变点；次要突变点区间为1968-1970年。该研究结果可为分析头道拐站水沙关系变化及其驱动因子的贡献率奠定基础。     

黄土丘陵沟壑区不同空间尺度地貌单元产流时间尺度特征

以黄土丘陵沟壑区桥沟流域为原型观测流域,利用流域内的水文站网、不同地貌单元大型径流场等观测设施,分析了不同空间尺度地貌单元在年、次降雨时间尺度下的产流特征。结果表明:在年时间尺度上,不同空间尺度地貌单元多年平均径流量表现为:梁峁坡沟谷坡坡沟系统一支沟二支沟全流域,而多年平均径流模数,随着空间尺度的增加,径流模型呈现"增加-峰值-减少"的趋势;在次降雨时间尺度上,当空间尺度由坡面尺度增加到流域尺度时,径流系数急剧减小,坡面尺度的径流系数是流域尺度的3.4倍,但在同一空间尺度范围内,径流系数在不同的地貌单元呈现波动变化。     

坡沟系统侵蚀产沙特征模拟试验研究

坡沟系统介于坡面尺度和流域尺度之间，揭示其侵蚀产沙特征对于认识流域侵蚀产沙及建立流域土壤侵蚀预报模型有重要意义。采用放水冲刷法，通过2.125、3.205、5.250、7.185 L/min 4个不同的放水流量，在4 m长坡面(坡度为20°)和3 m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统上，对坡沟系统的侵蚀产沙特征进行了模拟试验研究。结果表明：对试验条件下的每一个放水流量来说，坡沟系统内的侵蚀产沙垂直分布都呈双峰曲线，侵蚀量的变化均呈现出沿坡沟系统从上到下先减小后增大再减小的趋势。沟坡部分的侵蚀量占全坡侵蚀量的百分比由放水流量2.125 L/min时的38.13％，增加到放水流量7.185 L/min时的56.01％。对于黄土高原水土流失治理，单纯治坡或治沟均不能明显减少土壤流失量，采取坡、沟兼治才是有效减少土壤流失的有效措施。     

泥沙搬运能力方程的比较分析

泥沙搬运是小流域土壤侵蚀、搬运和沉积过程中一个很重要子过程,搬运能力的定量研究是刻画土壤侵蚀过程和建立物理过程侵蚀模型的理论基础。对于目前被广泛采用的坡面漫流输移方程和沟道挟沙水流方程的试验条件进行了比较分析,探讨了其在黄土高原地区侵蚀模拟过程中的应用可能性和局限性。同时,表述了在黄土高原地区选择搬运能力方程需要考虑修正条件的必要性。     

REE示踪坡面侵蚀过程研究

在观测年度气候条件下,坡面产流初始阶段片蚀是坡面侵蚀的主要方式,试验期间的三次降雨片蚀分别占坡面总侵蚀量的71%、48%、49%,表明坡面侵蚀处于片蚀-细沟侵蚀演变的初期阶段;同时随着降雨的进行,细沟侵蚀量在不断增大,表明坡面由片蚀为主逐渐过渡到片蚀向细沟侵蚀转变的阶段。对次降雨条件下坡面不同部位的侵蚀泥沙来源研究表明:无论片蚀绝对量如何变化,坡面表层上段的相对侵蚀量始终不大于10%,表明坡面片蚀的来源主要集中在坡面下部;降雨结束后对不同坡段的细沟相对侵蚀量比较分析后发现,不同坡段的相对侵蚀量结果分别为:距坡脚0~1米坡段16%;2~4米坡段6%;5~9米坡段3%,三段的侵蚀量之比约为5∶2∶1,表明细沟侵蚀的主要来源集中在距坡脚4米段内。     

水土保持措施不同配置体系的滞洪减沙效应

主要以黄土高原多沙粗沙区皇甫川流域为例,依据野外实测资料分析了水土保持措施不同类型配置体系下的滞洪减沙效应。提出了"措施配置比"和"流域治理效应与水土保持治理措施类型配置方案有关"的概念。研究结果表明:在水土保持治理措施体系中,若单项措施的配置比不同,措施体系的滞洪减沙作用是不同的;当淤地坝配置比<2%时,流域治理的减沙效益很低;若坝库控制面积小于总流域面积的10%,尽管其它措施的治理度达45%左右,但对于面平均降水量>35mm、最大日降水量>50mm的暴雨洪水,流域治理措施体系的控制作用仍不明显。     

坡面水蚀比尺模型室内外相似性试验研究

对野外和室内在25°陡坡、人工降雨条件下的侵蚀产沙试验进行了对比分析,结果表明:在降雨强度相同或相近时,室内外降雨侵蚀力非常接近,但是土壤可蚀性却相差4倍左右;当其它影响因素如土壤容重、土壤前期含水量等相同或相近时,仅要达到累计侵蚀产沙量的相似,室内坡面模型可以采用2∶1的几何比尺,该比尺下室内外侵蚀产沙量的误差小于10%;从侵蚀产沙速率来看,室内外试验侵蚀产沙的过程差异较大;室内外试验都是降雨强度越大,坡面产生的细沟数量越多,并且细沟的平均长度、宽度、深度也越大;但要做到室内外坡面形态发育的相似还存在较大难度。     

无定河流域水土保持措施配置及减沙效益分析

从分析无定河流域不同时段水土保持措施配置入手,以减沙效益为研究目标,探讨了水土保持措施优化配置问题。分析认为:水土保持措施配置与减沙效益是密切相关的,淤地坝在水土保持措施配置中应占有合理比例,无定河流域坝地配置比例应大于3%;坡面治理措施配置中需进一步加大封禁治理比例。