窟野河水沙变化发展趋势预测

窟野河是黄河河龙区间水土流失严重的一条多沙粗沙支流,流域内人类活动频繁,神府东胜煤田正在开发,其水沙变化发展趋势令人关注。经分析预测,神府东胜矿区一、二期工程排弃的土石数量为6.3亿t,1987～2000年平均每年增沙1130～1350万t;2000年前规划治理减沙效益为37.1％,减水效益为37.8％;一次洪水垮坝冲失的泥沙,将增加该次洪水泥沙量的13.3％～36.5％;河道淤积会加重防洪困难,其泥沙还可能集中排入黄河;丰水年份洪水泥沙有可能剧增,枯水年份水量进一步减少,甚至会出现水资源危机。     

近60年来窟野河全流域年径流变化及其影响因素分析研究

根据窟野河流域内主要水文站温家川、王道恒塔和新庙站近60年来的实测降水径流资料,利用线性趋势分析法、双累积曲线法等方法对窟野河流域年径流量变化特征及其影响因素进行分析研究,结果表明:(1)3个水文站年径流量均呈现减少的趋势,温家川站、王道恒塔站和新庙站分别以每年0.109 9,0.042 7,0.028 7亿m~3的速率递减,递减量分别为多年平均径流量的2.14%,2.56%和3.69%;(2)相对其它2个水文站,新庙站年径流量变化幅度较大,相对于河流上游地区,河流下游地区年径流量变化较为平缓;(3)未来一段时间3站年径流量均有持续减少的特征;(4)不同的历史阶段,水文站空间位置上的差异和人类活动剧烈程度的不同,径流量变化亦不同。20世纪末以来,3站年径流量均急剧减少,人类活动成为径流减少的主要因素,对温家川站、王道恒塔站和新庙站年径流量的影响量分别达到了4.71,1.66,0.86亿m~3,影响率分别达到了89.63%,109.16%和88.86%。     

1960—2010年窟野河年径流量变化趋势及其影响因素

基于窟野河把口站温家川水文站1960—2010年的水文资料,应用Kendall秩相关系数、R/S分析法、小波分析、降水-径流双累积曲线法、Mann-Kendall突变检验法等多种数值统计方法,分析了窟野河径流量年际变化特征及趋势,以及降雨和人类活动对径流变化的影响。结果表明:1960—2010年窟野河径流量呈现显著递减趋势,递减率为1.358亿m3/10a;Hurst指数为0.533>0.5,表明未来一段时间内变化趋势与现在基本相同;51年间降雨量年际变化较大,1978年之前变化较平稳,1978—2006年显著下降,之后又有所上升;径流量变化受降雨影响较大,但在1978年以后,随着水保措施的实施和煤炭的大规模开采,人类活动成为影响径流变化的重要因素。     

黄河中游窟野河流域水沙关系变化特征及其成因分析

为探讨人类活动和气候变化对窟野河流域水沙情势的影响,基于1956—2019年窟野河流域降水量、径流量和输沙量等监测数据,运用累积距平法、双累积曲线等方法对窟野河流域水沙变化的特征及其成因进行了分析。结果表明:窟野河流域降水量随时间变化呈不明显减小趋势,而径流量和输沙量随时间变化却呈显著减小趋势,流域水沙减少的因素不是气候变化引起的降水因素; 径流量和输沙量年际变化的转折年份为1979年和1997年; 同基准期A(1956—1979年)相比,B时期(1980—1997年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为14.25%,14.22%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为85.75%,85.78%,C时期(1998—2019年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为8.76%,6.65%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为91.24%,93.35%,降水变化和人类活动都是造成窟野河流域水沙减少的影响因素,其中流域内逐年增强的人类活动是窟野河流域径流和输沙减少的主要因素,而气候变化引起的降水减少是次要因素。     

从窟野河“89·7”洪水看神府东胜煤田开发对水土流失和入黄泥沙的影响

1989年7月21日,内蒙古伊克昭盟一带骤降暴雨,中心位于东胜市西北的青达门,雨量186mm,使窟野河发生了一场较大洪水,正在建设中的神府东胜煤田遭受了严重的洪水灾害,同时也对这一地区的水土流失和入黄泥沙带来较大影响。调查研究表明,因煤田开发使本次洪水增沙20～30％,而且颗粒变粗,推移质泥沙增多。本文对搞好矿区环境保护、流域综合治理以及开展观测研究工作,提出了一些建议。     

窟野河流域不同水体同位素及水化学特征分析

通过野外调查取样和室内测试分析,应用水化学和同位素技术,分析了窟野河流域不同水体的水化学和氢氧同位素特征,探讨了不同水体的关系。结果表明:(1)河水的水化学类型由上游的Na~+-Ca~(2+)-HCO_3~--SO_4~(2-)演变为下游的Na~+-Ca~(2+)-SO_4~(2-)-HCO_3~-。上游矿井水水化学类型与上游河水一致;上游矿区生活用水距离河道1 000m以内,井深180m的水样点,水化学类型与河水一致;距离河道1 000m,井深180m的水样点,水化学类型与河水有一定的差距。下游灌溉用水水化学类型为Ca~(2+)-Na~+-SO_4~(2-)-HCO_3~-,与河水一致。(2)流域大气降水线斜率和截距都小于全球大气降水线和中国大气降水线,表现出氢氧同位素大陆效应的影响。从上游向下游,河水的氢氧同位素组成有逐渐富集的趋势。上游乌兰木伦河矿井水氢氧同位素与河水氢氧同位素组成相近,说明河水与矿井水水力联系密切。生活用水由于取样井深的不同和距离河道远近的不同导致各样点氢氧同位素含量具有一定的差距。下游灌溉用水的氢氧同位素组成与河水相似。     

河道冲淤调整对窟野河产沙量影响初步分析

实测资料表明窟野河流域神木—温家川区间输沙模数异常偏大,通过对该区间泥沙冲淤调整特点的分析和洪水期河道冲刷增加沙量的计算,阐明了河道冲淤调整对窟野河产沙量的影响,并提出了水土保持综合治理建议,以期为预测黄河来沙量及流域水土保持提供支持。     

盘龙河水沙输移特性及影响因素研究

研究了盘龙河自1951年以来的水沙输移特性与影响因素。结果表明:尽管盘龙河径流量在1951—2003年期间没有明显的变化趋势,从1951年起流域内也修建了大量拦蓄泥沙的水库与水电站,但河流输沙量仍然呈现出持续增加的趋势,这主要与当地森林植被破坏、耕地面积扩大和工程建设中任意排放废弃土等人类活动密切相关。盘龙河输沙率持续增大是当地生态恶化的一种征兆,应该引起相关部门的足够重视并采取相应的防治对策。     

窟野河流域径流变化及人类活动对其的影响率

利用王道恒塔、温家川2个水文站的实测降水、径流资料,应用M—K秩相关系数、R/S分析、降水—径流双累积曲线法等多种数值模型方法,分析了窟野河径流年际变化特征、径流变化趋势、降水变化以及人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)窟野河流域多年径流变化呈下降趋势,20世纪末以来尤为明显。(2)王道恒塔和温家川2个水文站的Hurst指数分别为0.853和0.803,表明未来一段时间内窟野河年径流变化趋势将与过去保持同一势态,有持续递减的特征。(3)不同历史阶段,人类活动的剧烈程度不同,对径流量减少的影响亦不同。影响最剧烈的阶段为1997—2010年,该阶段人类活动对径流减少的影响所占比例在2个水文站分别高达80.48%和93.62%。人类活动的加剧是导致窟野河径流量锐减的主要原因。     

窟野河、孤山川、秃尾河 近期入黄泥沙及未来变化趋势分析

窟野河、孤山川、秃尾河三流域,是黄河中游多沙粗沙区的核心部分。三条河自1953年有观测资料以来,平均每年输入黄河的泥沙量为1.65亿t,其中粗沙量为0.89亿t。三条河各站1970年以来输沙量均为减少,其主要原因并非水土保持发挥了作用,而是由于降雨总量和降雨强度减少所致。神府煤田开发,至公元2000年平均每年将增加入黄泥沙量450万t。随着全球的增温,流域内的降雨量将会增加,植被的生境条件将得到改善,侵蚀产沙强度会随之减弱。但是,由于人口的增加,土地利用结构与垦殖指数都不会有明显的变化,所以流域的产沙不可能有大幅度的减少。     

沱江流域土壤侵蚀动态变化及驱动力分析

为了解沱江流域土壤侵蚀的动态演变规律及驱动机制,以沱江流域为研究区,基于GIS和RS技术,运用RUSLE模型测评流域2000—2018年的土壤侵蚀,对其时空动态演变规律进行了探索分析,并结合海拔、坡度、植被覆盖度、地形地貌、土地、降雨、GDP、人口等影响因子,借助地理探测器对其土壤侵蚀进行了定量归因研究。结果表明:(1)沱江流域土壤侵蚀以微度侵蚀为主,主要分布于低矮的平原和坡耕地地区;2000—2018年,微度侵蚀等级比例随时间在逐渐增大,2018年相比2000年增加了7.03%,剧烈侵蚀等级比例随时间在逐渐减小,2018年相比2000年减小了2.00%。(2)以2010年为分界点,2000—2010年和2010—2018年土壤侵蚀等级微度的变化稳定率都大于75%,两个时间段内土壤侵蚀强度等级降低的范围均大于侵蚀等级升高的范围。(3)地理探测器结果表明,不同影响因子对土壤侵蚀的解释力具有差异性,解释力最强的为坡度,达到48.32%,因子间交互作用均能增强对土壤侵蚀的解释力,坡度与土地利用、坡度与降雨量的交互最为显著,交互作用解释力分别达到61.58%,52.32%,风险探测表明坡度大于...     

窟野河流域生态系统服务功能变化及其驱动因素分析

[目的] 窟野河流域地处黄河流域重要补给段,是黄河中上游侵蚀最强烈的地区之一,其生态环境不仅影响自身的发展,还影响黄河下游的区域生态发展。[方法] 为了对窟野河流域生态系统服务功能有更加全面的认识与理解,运行InVEST模型定量评估1990-2020年生态服务功能(碳储量、土壤保持、水源涵养、生境质量),并采用地理探测器分析其驱动因素。[结果] (1)在土地管理政策的驱动下,建设用地的面积显著增加,未利用地的面积明显减少,主要土地类型以草地为主,植被覆盖度呈波动上升的趋势。(2)窟野河流域生态服务功能均表现出在2000年左右下降,2010年后波动升高,生境质量指数基本稳定在0.22~0.24,整体生境质量较差。(3)土壤保持和生境质量指数在流域内以低-低聚集的冷点分布为主,碳储量和水源涵养量冷点和热点的空间分布较为分散,高值和低值在空间上呈现交错分布。(4)近30年碳储量、生境质量主要受土地利用影响,土壤保持和水源涵养主要受地形、土壤类型和降水影响。[结论] 研究结果可为窟野河流域生态服务综合效益的提升和水土保持措施的配置提供科学的依据。     

2000年以来长江流域水沙情势变化及成因分析

基于长江干流屏山、朱沱、寸滩、宜昌、汉口、大通6个水文站的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势分析和突变检验、Sen’s估计以及累积距平法,分析长江干流2001—2018年径流输沙年际、年内变化趋势及其成因。结果表明:2000年以来长江干流各水文站年输沙量较2000年前显著降低,降幅高于56%;年径流量下降不明显,降幅低于8%;输沙量变异程度高于径流量变异程度。2001—2018年,长江流域平均月径流量为718108 m^3,平均月输沙量为1247104 t,且主要分布在6—9月。趋势分析显示,年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势,其中屏山、朱沱、寸滩站分别在2010年和2012年左右发生突变,宜昌、汉口、大通站在2005年发生突变;屏山站月径流量无明显变化趋势,大通站1月径流量显著增加,其他4个水文站均在1—4月呈显著增加趋势;各水文站月输沙量主要在6—10月呈显著减少趋势。水利工程和水土保持生态环境建设等人类活动是长江流域输沙减少的主要原因。     

三川河流域水沙变化水文分析

根据三川河流域实测降雨、洪水、泥沙资料,在统计分析和探讨产洪产沙机理的基础上,应用数理统计学原理,通过逐步回归分析建立了降雨产洪产沙数学模型,并用之计算了三川河流域1970—1996年水土保持综合治理措施的减洪减沙效益,对三川河流域20世纪90年代水沙变化进行了重点分析,还采用另外4种水文分析方法进行了平行计算和验证,取得了比较理想和真实的结果,为全面分析流域综合治理成效提供了科学依据。对三川河流域降雨资料的系列化处理方法、径流系数变化趋势以及河道冲淤变化情况进行了分析,其研究方法对黄河中游其它多沙粗沙支流的水沙变化研究具有重要的借鉴作用。     

延河流域土壤侵蚀对LUCC的响应及驱动力

为了探究延河流域土地利用/覆被变化对土壤侵蚀的双重效应及其驱动力,为今后水土保持和生态环境建设提供依据,采用构建土壤侵蚀对LUCC响应模型的方法,结合GIS和RS技术进行了研究。结果表明:(1)1980—2018年期间,延河流域LUCC引起的土壤侵蚀效应和土壤保持效应共存,土壤侵蚀效应在波动中减弱,土壤保持效应在波动中增强;(2)同一时期内,LUCC引起土壤侵蚀效应和土壤保持效应相抵后,1980—1990年,LUCC引起土壤侵蚀效应,1990—2018年,LUCC引起土壤保持效应;(3)1980—1990年,LUCC引起土壤侵蚀效应主要受人口增长驱动,为满足人类需求,大量开垦耕地,增加建设用地,1991—2010年,LUCC引起的土壤保持效应主要受政策驱动,城市建设、产业结构调整等社会经济发展也起到一定作用,2011—2018年,LUCC引起的土壤保持效应主要受人口城市化的驱动,土地政策也起到一定的作用。可见,1990年之前,受人口增加驱动,延河流域LUCC引起土壤侵蚀效应,1990年之后,主要受经济、政策等因素的影响,延河流域LUCC主要引起土壤保持效应。     

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。     

洮儿河中下游流域湿地景观演变及驱动力分析

应用景观生态学理论,分析了1986,1996,2000年洮儿河中下游流域湿地景观的演变过程,探讨了湿地的数量消长、转化和湿地景观格局特征的变化趋势以及湿地景观演化的驱动力因素,指出十几年来湿地景观数量、分布总体呈明显下降趋势,湿地主体由自然湿地向人工湿地转变,水文因素是湿地景观演变的直接驱动力,自然因素和人为因素以不同强度和方式影响湿地的演化。     

1999—2018年黄河流域NDVI时空变化及驱动力分析

为了探究黄河流域NDVI时空变化及其驱动力,基于SPOT NDVI遥感数据,采用趋势分析、空间转移矩阵分析了1999—2018年黄河流域NDVI时空变化特征,并采用地理探测器模型对黄河流域NDVI空间分异特征与驱动力进行解释。结果表明:(1)从NDVI像元尺度的时间变化趋势来看,1999—2018年黄河流域NDVI变化趋势以极显著缓慢增长为主,占整个流域面积的53.12%,整体变化趋势向好,但可持续性不强; 极显著较快增长和快速增长的区域占15.47%,主要位于山西西部吕梁山脉和陕西北部黄土高原。(2)从NDVI空间变化特征来看,20 a间,植被覆盖度保持稳定的区域占31.6%,持续增加的占65.99%。(3)黄河流域的NDVI空间差异主要由年平均降水量、湿润指数、干燥度、土壤类型所决定,其因子解释力均超过30%,这表明气候因素仍然是影响黄河流域NDVI的主导因素。绝大多数驱动因子间交互呈现相互增强或非线性增强,交互解释力最强的是年平均降水量和土地利用,q值为0.704。只有年平均降水量与土地利用类型交互及高程与人口密度的交互是相对独立的。