极端强降水变化与泥石流侵蚀输沙特征相关性分析——以长江上游小江流域蒋家沟泥石流为例

根据长江上游小江流域蒋家沟泥石流l 965-2007年的观测资料与会泽气象站1970-2005年的日降水资料,详细分析了泥石流侵蚀输沙特征与极端强降水变化的相关性.分析结果表明,1990年以来,夏季极端强降水和夏季降水量以显著增加为主要特点,M-K检验表现为显著增加趋势(99%的置信度),1990-2005年的夏季平均极端强降水量比1970-1989年的夏季平均极端强降水量增加57.56 mm.该流域这个特点与蒋家沟泥石流在90年代出现的侵蚀输沙量的大量增加有相当紧密关系.     

云南省东川蒋家沟泥石流对小江悬移质输移的影响

以2009年8月4日云南省东川蒋家沟暴发的一场泥石流汇入小江的过程为例,观测分析了泥石流汇入后小江泥沙悬移质输移特征变化。通过与2009年雨季测量的小江相关观测数据比较,发现泥石流汇入前、后,小江的悬移质含沙量由4.00kg/m3增大到25.78kg/m3。采用粒度特征分析的图解法分析了蒋家沟泥石流浆体、小江桥处小江悬移质泥沙和新田坝处小江悬移质泥沙的粒度特征参数,及泥石流汇入小江后的变化和粒度特征参数之间的关系。发现结果表明,新田坝处的小江悬移质泥沙大部分来自于泥石流,造成了粒度平均值变小（最大值由7.460μm减小到7.097μm）,但分选性有所提高,属于中等分选性。借助这些关系可以明显区分出挟沙水流和泥石流的浆体。     

蒋家沟泥石流堵江成因与特征

小江流域是我国乃至世界暴雨泥石流最发育的地区,其中的蒋家沟又是小江流域活动最强烈的泥石流沟。2001年7月8日蒋家沟暴发了大规模的泥石流,泥石流进入小江后淤积成坝,导致小江堵塞,并造成一定灾害。近期的地震活动、前期大量降水和当日长历时连续降雨是该次泥石流形成的主要原因。原导流堤溃决后形成蒋家沟泥石流运动方向与小江水流方向垂直,高粗大颗粒含量、高容重和大流量的有机组合是泥石流停淤成坝堵塞小江的主要因素。     

泥石流滩地土地生产潜力评价——以云南小江流域蒋家沟为例

小江流域泥石流滩地水源充足、热量丰富,气候生产潜力(47641kghm-2)较高。本文应用加权指数和法确定了不同类型泥石流滩地(荒滩地、改良滩地和非改良滩地)土壤有效系数f(s)分别为0.405、0.684和0.594;根据生产力阶乘公式计算其气候—土壤生产潜力分别为19295kghm-2、32586kghm-2和28299kghm-2。通过实地调查验证,本文对泥石流滩地生产潜力的估算与现实生产力水平基本吻合,证明本文提出的泥石流滩地土壤有效系数切实可行。     

黏性泥石流运动模型在蒋家沟的对比检验

介绍了Bagnold模型、Takahashi模型、费祥俊模型、Iverson模型4个代表性黏性泥石流运动的模型,并利用云南省东川市蒋家沟的23阵泥石流测量资料对其进行对比检验。结果表明,Bagnold模型模拟的流速值总体上与测量值接近,但是弥散应力无法支撑固相有效重力;Takahashi模型模拟的流速值总体偏小;费祥俊模型模拟的水力坡降和断面平均流速均偏小;对Iverson模型的初步分析表明,蒋家沟泥石流具备维持受力平衡所需液化度的条件。参数敏感性分析表明,极限浓度对Bagnold模型和Takahashi模型影响较大,内摩擦角对费祥俊模型和Iverson模型影响较大。     

雨季不同时段蒋家沟泥石流侵蚀产沙特征的分析

根据雨季不同时段,降雨入渗后的土壤含水状况观测以及泉水季节性变化,详细分析了蒋家沟1987-2001年雨季不同时段的167场泥石流侵蚀产沙的特点。结果表明:在雨季中期(7-8月),无论是泥石流暴发频率、产沙量还是规模都是最高值,分别占总样本的70.65%和占总产沙量的78.88%。雨季初期(5-6月)和雨季后期(9-10月)的泥石流,分别占总产沙量的16.16%和4.97%。雨季初期5月的雨沙比(R/s,mm/万m3)高达82.26,6月为3.49;而雨季中期的7月R/s仅为1.32,8月为1.67。这一研究可提高雨季不同时段泥石流降水警戒值确定的精度。     

长江上游小江流域降水趋势与泥石流侵蚀输沙量分析

运用Mann—Kendall（M—K）非参数检验法分析降水趋势,研究了1950s～1990s长江上游小江流域降水变化特征。结果表明：1990S长江上游小江流域年降水变化以显著增加为主要特点,M—K检验表现为显著增加趋势（95％的置信度）。该特点与小江流域蒋家沟泥石流在90年代出现的侵蚀输沙量的大量增加有相当紧密的关系。1990S比1965-1989年期间平均每年泥石流要多侵蚀输沙91万m^3。     

前期降雨对泥石流形成的贡献——以蒋家沟泥石流形成为例

 根据蒋家沟实测降雨资料,结合泥石流观测,分析泥石流形成的降雨组成和前期降雨对泥石流形成的影响。发现雨季不同时期土体含水量差异较大,而且在不同时期激发泥石流的短历时雨强也不同。通过实测确定出该流域前期降雨量的衰减系数为0.78。在此基础上应用主因素分析法对26场泥石流的降雨资料进行分析,发现前期降雨在影响泥石流的各项降雨指标中贡献超过80％。提出了有待进一步研究的问题。     

长江上游小江流域降水趋势与泥石流侵蚀输沙量分析

运用Mann-Kendall(M-K)非参数检验法分析降水趋势,研究了1950 s~1990 s长江上游小江流域降水变化特征。结果表明:1990 s长江上游小江流域年降水变化以显著增加为主要特点,M-K检验表现为显著增加趋势(95%的置信度)。该特点与小江流域蒋家沟泥石流在90年代出现的侵蚀输沙量的大量增加有相当紧密的关系。1990 s比1965~1989年期间平均每年泥石流要多侵蚀输沙91万m3。     

蒋家沟泥石流堆积扇区变迁及整治

蒋家沟是世界闻名的高频大型泥石流沟。200多年来的泥石流活动及人为减灾影响,造成其堆积扇及其相邻的沟域和小江河床的巨变。沟内7.48亿m³松散物质及年235万t的补给量必将在今后长期控制影响小江河床,危害400多hm²农田及公路。通过泥石流及人为活动影响历史分析研究,掌握河流及堆积地貌发展变化趋势,为其近期整治提供合理措施方案及长期人为积极活动影响提供方向。     

科尔沁沙地西部响水河悬移质泥沙粒度分析

[目的]对科尔沁沙地西部响水河的悬移质泥沙粒度特征进行研究,以便更好地认识该河流泥沙特征及侵蚀产沙规律,为沙漠区河流—沙丘相互作用研究提供基础素材与例证。[方法]通过野外实地考察,选择科尔沁沙地西部响水河3个典型河段对河水中的悬移质进行采样,然后进行室内激光粒度仪测试与分析。[结果](1)在上游河段Ⅰ和下游河段Ⅲ处,河水侧蚀弯道凹岸流动沙丘基部,由其上游断面至下游断面泥沙粒径变细,分选变差。(2)河段Ⅱ河水侧蚀由Q_3河湖相地层构成的陡坡,弯道环流对凹岸的冲刷作用较明显,泥沙粒径由其上游断面向下游断面变粗,分选变好。(3)悬移质泥沙粒度呈现从上游至下游粒径显著变粗,分选变好的趋势。[结论]该河的水源主要是其南侧石质残丘区泉水和河谷沿线流动沙丘或Q_3河湖相地层的侧向渗出水,随着沿途流动沙丘数量增加,集水面积扩大,流速和流量显著增加,河水的挟沙和冲刷能力随之增强;河流上、下游河段的悬移质主要来自被侵蚀的沙丘基部,中游河段的悬移质主要来自凹岸坍塌的Q_3地层砂。     

小江流域土壤抗冲性实验研究

采用原状土冲刷法,对小江流域土壤抗冲性进行测试研究,结果表明:小江流域水稻土的抗冲性最大,棕壤其次,红壤、紫色土和褐红壤抗冲性最小;小江流域草地的抗冲性最大,耕地和灌丛地其次,裸坡最小;小江流域土壤的抗冲性大小与土壤中>2mm或<0.002mm的颗粒含量有较大关系。     

小江流域土壤抗崩性实验研究

针对小江流域内不同的土壤类型和土地利用类型,通过实验对小江流域土壤抗崩性进行研究,结果表明:小江流域的土壤具有较大抗崩性,其中棕壤的平均崩解速率最大,黄红壤的平均崩解速率最小;从土地利用的角度看,林草地的平均崩解速率最小,灌丛其次,裸坡的平均崩解速率最大;小江流域土壤的崩解速率与土壤中＜0.002mm的颗粒含量之间存在明显的负相关关系.     

近60年来汾河上游汛期悬移质输沙量变化及驱动力分析

利用汾河上游出口控制站兰村水文站1954—2013年汛期降雨、径流和输沙实测资料,采用线性趋势分析和双累积曲线法分析了汾河上游汛期悬移质输沙变化特征和驱动力对输沙的影响。结果表明,(1)近60年来汾河上游汛期悬移质输沙量和径流量下降显著,且输沙量变化幅度大于径流量。(2)近60年来汾河上游汛期降雨量变化不显著,但降雨量与径流量(P0.01)、降雨量和输沙量(P0.01)均显著线性相关。(3)近60年来特别是2000年以后汾河上游发生洪水特别是较大洪水的次数显著减少。(4)近60年汾河上游悬移质输沙量的变化大致分为4个阶段,1959年、1981年和2002年是3个转折点。1959年以前主要受降雨和径流的影响;1959—1981年,汾河水库的修建是悬移质输沙量减少的主要驱动力;1981—2002年,降水减少、经济活动和水土保持使得径流量减少,输沙能力减弱;2002年以后,降雨减少特别是暴雨减少,经济活动和水土保持使得径流量和输沙量继续减少,而汾河二库的建设,则使得兰村站悬移质输沙量变为0。     

三峡库区小江流域土壤重金属的分布特征与评价分析

通过对小江流域消落带土壤重金属分布特征和评价分析,结果表明,重金属Cr、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni含量均值分别为23.76mgkg-1、20.78mgkg-1、82.92mgkg-1、36.84mgkg-1、0.064mgkg-1、38.08mgkg-1,均未超过国家土壤环境质量标准(GB15618-1995),其中Zn、Pb、Ni均高于重庆市土壤背景值。Cr与Cd、Cu与Zn、Cu与Cd,Cu与Ni的相关系数分别为0.9077、0.7969、0.4217、0.4347,呈正相关性。但其他元素间相关性不显著。Ni是本区表层土壤重金属污染的主要因子,重金属元素的污染程度依次为Ni>Zn>Cu>Cd>Pb>Cr。土壤重金属单项污染指数均值小于0.7,综合污染指数为0.47,总体上,污染水平为清洁,土壤重金属潜在生态风险为轻度生态危害。不同功能区潜在生态危害程度上以三中最大,其次为中原和铺溪,产生潜在生态危害的主要重金属是Cd、Pb,Cu、Cr次之。     

云南东川小江流域生态环境初探及保护对策

小江流域位于云南省东北部,流域面积3 040 km2,是长江上游水土流失最严重,生态环境最恶劣,地质灾害最频繁的区域之一。东川生态环境恶化的主要表现:泥石流灾害严重,小江流域泥石流分布广泛,爆发频繁,严重危害着农业、城镇、铁路、公路及农田建设;植被破坏导致生态功能退化,引发泥石流、水土流失等重大自然灾害;土地荒漠化现象严重,造成土壤的理化性质、生物化学特性恶化,肥力下降,耕地生产力低下,农民生活贫困,经济收入拮据。面对生态环境的恶化,东川人民强烈认识到不能以牺牲环境为代价换取经济的一时增长,以小江流域为单元进行综合治理,做到生物措施、工程措施和农业技术措施相结合,使生态环境逐步得到改善。但是在生态环境治理过程中也存在一些问题,诸如林型、树种单一,人口增长过快,陡坡耕作,缺乏统一的管理等等。认识并解决这些问题是今后小江流域生态治理的关键。     

鄱阳湖流域降雨侵蚀力变化及其对入湖悬移质输沙量的影响

鄱阳湖是中国最大的淡水湖,揭示流域降雨侵蚀力时空演变及其对入湖泥沙的影响对科学指导流域生态保护与修复、促进流域生态文明高质量发展具有重要意义。基于鄱阳湖流域63个气象站1961—2017年逐日降雨量和鄱阳湖五河入湖悬移质输沙量（以下简称输沙量）年数据,采用Mann—Kendall非参数检验、双累积曲线、线性回归等方法,分析了流域降雨侵蚀力和入湖输沙量动态过程,定量评估了降雨侵蚀力变化和人类活动对入湖输沙量的影响。结果表明：鄱阳湖流域平均降雨侵蚀力为10 034.1（MJ·mm）/（hm²·h）,介于6 738.8~12 734.8（MJ·mm）/（hm²·h）,呈西南地区低、东北地区高的空间分布格局;降雨侵蚀力年际间呈不显著的上升趋势（P>0.05）,在21世纪10年代最大,20世纪60年代最小。鄱阳湖入湖年均总输沙量1 183.3×10⁴ t,呈极显著下降趋势（P<0.01）,在20世纪70年代最大,21世纪00年代最小。入湖总输沙量和赣江、信江及修水输沙量分别在1992年、1999年后发生趋势性减少（P<0.01）。以输沙量突变前的时段为基准期,突变年份后人类活动和降雨侵蚀力变化对入湖总输沙量变化的影响程度分别为-138.1%和38.1%;对赣江入湖输沙量变化的影响程度分别为-125.8%和25.8%;对信江入湖输沙量变化的影响程度分别为-121.3%和21.3%;对修水入湖输沙量变化的影响程度分别为-141.4%和41.4%。近60年降雨侵蚀力变化表现为增加入湖输沙量,而人类活动（水库建设、水土保持和采砂活动）是鄱阳湖入湖输沙量减少的主要原因。