近50年黄土高原马莲河流域降水变化特征分析

不同等级降水与侵蚀性降水对水土保持有重要意义,为了更好地建设黄土高原生态屏障,亟须对马莲河流域降水特征进行详细分析.收集到马莲河流域1961-2010年西峰国家基准站、环县国家基本站和华池、庆城、合水、宁县、正宁5个国家一般站的日降水观测数据,使用PMF方法,对数据进行均一化检验,确保数据质量.采用基本气象水文统计方法,研究流域降水统计特征.运用气候倾向率、Mann-Kendall检验、滑动T检验、累积距平和Morlet小波变换等方法,分析流域降水趋势、突变点和周期等特征,同时分析侵蚀性降水、不同等级降水日数和降水强度的变化特征.结果表明:1)马莲河流域多年平均降水482 mm,四季降水分别占年降水量的18％、53％、27％和2％,侵蚀性降水占年降水57％,降水变异系数为0.19,流域降水＞400 mm的保证率为72％,＞500 mm的保证率为38％;2)1961-2010年马莲河流域降水与侵蚀性降水均呈减少趋势,春、秋季降水呈减少趋势,冬季降水呈增加趋势;3)降水的突变点不明显,1992年之后,降水呈减少的趋势,年和四季降水有19、11、4和2a左右的主周期;4)中雨和小雨是马莲河流域主要降水形式,1961-2010年,降水减少是中雨和小雨显著减少引起的,降水强度与侵蚀性降水强度呈增强趋势,降水日数的减少对降水强度的增加有重要影响.马莲河流域侵蚀强度并未随雨量的减少而减弱,降水侵蚀风险没有减小,水土保持工作需要持续深入,水土保持与荒漠化治理刻不容缓.     

1901—2016年黄土高原降雨侵蚀力时空变化

为了研究横跨20世纪的百年尺度黄土高原降雨侵蚀力时空变化,该文首先验证了CHELSAcrust数据集的精度,并基于该数据集估算了黄土高原1901—2016年逐月降雨侵蚀力,最后分析了降雨侵蚀力的时空变化特征。结果表明:(1)CHELSAcrust数据集精度较高(Nash=0.79; R²=0.82),满足本文分析需求;(2)1901—2016年黄土高原年均降雨侵蚀力东南高、西北低,各地理分区降雨侵蚀力中,土石山区>河谷平原区>丘陵沟壑区>高原沟壑区>沙地沙漠区>农灌区。降雨侵蚀力显著变化区域集中于黄土高原中部地区,非显著变化区域分布在边缘地区;(3)1901—2016年黄土高原降雨侵蚀力变化不显著且无明显突变点,可划分为1901—1930年、1930—1980年和1980—2016年3个阶段;(4)黄土高原地区降雨侵蚀力变化存在周期性规律,2.62 a变化周期最显著,且变化周期与气候要素的波动周期基本一致。结果显示1901—2016年黄土高原降雨侵蚀力变化并不显著且存在周期性规律,其空间分布存在明显差异。     

1981—2012年黄土高原植被覆盖度时空变化特征

植被覆盖度是反映植被覆盖状况最直接的指标。基于1981—2012年的MODIS影像,采用像元二分模型反演黄土高原植被覆盖度,分析了黄土高原各省区、典型流域及土壤侵蚀类型区生长季(5—10月)的植被覆盖度时空动态变化。结果表明:1981—2012年期间,黄土高原生长季植被覆盖度由31%增加到50%,呈显著上升趋势,但各区域增长幅度不同。2001年之前,黄土高原植被覆盖度平均为36%,年际间以小幅波动为主;之后,该区生长季年平均植被覆盖度为41%,年际间呈显著增加趋势。按省区,河南省植被覆盖度增幅最大,陕西省次之,内蒙古、宁夏增幅不明显且覆盖度在20%左右波动。按典型流域,延河流域增幅最大,窟野河流域增幅最小。按土壤侵蚀类型,水力侵蚀区植被覆盖度增长较快,风力侵蚀区则变化不明显。按植被覆盖度构成,低覆盖度面积比例减少,高覆盖度面积比例增加,其中黄土高原丘陵沟壑区植被覆盖度增加趋势最为明显,植被恢复成效显著。     

松华坝水库入库河流牧羊河水质时空变异特征

牧羊河是松华坝水库上游的一条重要支流,其水质质量直接影响到松华坝水库的水质。通过牧羊河上、中、下游不同断面的水质监测和分析,结果表明:(1)牧羊河流量及其变异系数变化均是上游<中游<下游;(2)牧羊河的pH值变化较小,变化范围在7.5～9.0之间;(3)牧羊河水质化学需氧量(COD)变化幅度较大,上游和中游化学需氧量变幅大于下游,下游变化较为平稳;(4)丰水期牧羊河水质总氮(TN)变化幅度大,枯水期总氮(TN)变化渐趋平稳,其数值逐渐减小;(5)牧羊河水质总磷(TP)含量随流量的增大而升高,上中下游水质总磷(TP)含量变化有一定的延迟效应;(6)牧羊河水质化学需氧量可以较敏感地反映水质状况,总氮反映流域环境变化,总磷反映流域水土流失情况。     

巢湖典型支流柘皋河水质污染时空变化特征

通过沿河实地调查和在河流出口断面的月取样监测,探讨巢湖典型支流柘皋河水质时空变化特征及污染来源。结果表明：柘皋河上游河段水质较好,属于Ⅱ～Ⅲ类水质,但也达到了富营养化水平,营养盐主要来自附近农田;中部柘皋镇段污染严重,水质属于Ⅴ类和劣Ⅴ类,达到重度富营养化水平,该河段及其下游河段的水生生态系统受到极大影响,污染主要来源为柘皋镇未处理生活污水的直接排放;中下游支流及下游河段水质属于Ⅲ～Ⅴ类,富营养化比较严重,水质既受上游影响,也与下游农业、生活和河道内污染来源有关。柘皋河河口处水质有明显的季节变化特征,硝态氮冬春季高于夏季,而总磷则相反,即夏季高于冬春季。磷是水体富营养化最重要的限制性元素,在夏季普遍达到了富营养化水平。柘皋河污染来源是混合型的,且有累积性特征,应采取综合手段对其污染进行防治,才能逐渐恢复柘皋河生态和环境功能,并减少污染物向巢湖的输送。     

北江干流及主要支流水质及其时空变化特征

[目的]分析2020年北江干流及主要支流监测断面的水质情况,为北江水环境监控及保护提供参考依据。[方法]采用单因子评价法和主成分分析法,研究北江水质时空变化趋势及驱动因素。[结果] 2020年北江监测断面整体水质良好,仅水车头、漫水河河口、黄浪水桥、龙归断面水质为Ⅲ—Ⅳ类,其他断面均为Ⅱ类。北江水温和溶解氧受季节影响较大,水体全年基本保持弱碱性,下游营养盐和有机物污染程度高于上、中游。[结论]由空间分析结果可知,下游水质劣于上、中游,其主要的影响因素是营养盐和溶解氧,pH值单独作用不会对水质产生明显影响。季节污染程度排序为：夏季>秋季>春季>冬季,其中全河段的水质主导因素为溶解氧,而下游河段的主导因素为营养盐和有机物。     

2000-2014年黄土高原植被叶面积指数时空变化特征

研究植被叶面积指数(LAI)时空变化特征,对植被的水土保持效具有重要意义.利用MOD15A2H遥感产品,基于Mann-Kendall趋势检验与Sen斜率分析方法,提取区域尺度与像素尺度上的植被LAI变化特征,并基于不同子流域、坡度、坡向及植被覆盖类型,对植被LAI的变化特征进行分析.基于MOD44B遥感产品,利用线性回归和偏相关系数,分析植被LAI的变化原因.结果表明:1)黄土高原2000-2014年,植被LAI呈显著增加趋势,其年绝对变化幅度为0.042,年相对变化程度为2.71％.2)空间上,在黄土高原58.6％的区域,LAI呈现显著增加趋势,仅有0.9％的区域LAI呈现显著减少趋势.植被LAI剧烈增加,主要发生在河口—龙门区间,包括皇甫川、窟野河、无定河和延河.植被在15°～35°的坡度上,LAI变化程度最剧烈,其变化在各坡向上没有显著差异,农田和草地的LAI变化程度最剧烈.3)与植被总覆盖度相比,植被垂直维结构与黄土高原植被LAI的变化更为相关,其中树木覆盖度的增加,是植被垂直维结构变化的重要原因之一.     

黄土高原不同气候区降水时空变化特征

充分认识黄土高原不同气候区降水时空分布特征,对于揭示该区域水土保持及自然环境变化的驱动因素至关重要.以黄土高原73个气象站点、1961-2014年的降水日值数据为基础,通过变差系数、集中度与集中期、Mann-Kendall检验和Kriging空间插值等研究方法,探讨黄土高原全区和4个气候分区的降水时空变化特征.结果显示:近50年间,黄土高原及各个气候区的年际降水量均呈波动下降趋势,年内降水均集中于夏秋季节,且存在集中度逐渐升高和集中期逐渐推后的现象.空间上降水由东南半湿润区向西北干旱区呈阶梯状递减,变差系数恰与之相反;集中度表现为由南向北递增,集中期则受地形影响显著,体现为平原和谷地地区早于高原和山地地区.因地理位置和季风强度的差异,各气候区年降水量及其波动幅度和集中性差异较大.该研究旨在揭示黄土高原降水的时空分布规律,为合理利用配置水资源、规划部署水土保持工作等,提供一定的参考.     

马莲河流域水沙变化与水土保持成效分析

马莲河流域上游属于黄河中游多沙粗沙区,是黄土高原水土流失最严重的地区之一。以1994年马莲河流域黄土高原水土保持世界银行贷款项目实施时间节点为界,利用马莲河流域国家基本水文站网雨落坪等6个水文站设立以来实测系列资料,分设站至2019年、设站至1993年和1994—2019年3个时间段对马莲河流域降水量、径流量、输沙量及输沙模数等水沙特性进行全系列分析,结果表明,在世行贷款项目实施前后,马莲河流域降水量没有发生明显变化的情况下,径流量和输沙量有较明显减少,且输沙量减少多于径流量减少,说明马莲河流域水土保持工作取得了较显著的减水减沙效益。建议今后马莲河流域水土保持工作应重点关注:在塬面、沟头、沟坡、沟底构筑防治水土流失四道"防线";加强重点支流治理,特别是洪德站以上地区的水土流失治理工作;充分利用现有相对完善的水文监测体系支撑水土保持监测工作。     

涡河干流水污染时空分布特征与水质动态评价

涡河是淮河流域严重污染的支流之一.对涡河干流主要污染参数NH₃-N、BOD₅、COD_Cr、TP、砷、氟化物的监测分析,表明涡河干流水污染具有显著的时空变化特征,污染参数表现为春季最高,秋季最低,由春季向秋季逐渐降低,然后又逐渐升高的“Ⅴ”字型变化规律,且在各采样断面各种污染参数季节变化特征具有较好的一致性.空间分布上表现为上游高、下游低,呈上游向下游逐渐降低的分布态势.模糊综合评价结果表明,涡河干流水污染严重,绝大多数河段全年为V类水质,已失去或大部分失去生活饮水和生产性用水的价值.涡河流域水资源严重污染及其时空分布特征,是流域自然过程与人为活动强干扰耦合作用的结果.     

马莲河流域水土保持世行贷款项目监测方法及效果

甘肃省马莲河流域水土保持世行贷款项目实施8年,监测作为项目管理的重要手段,开展了治理进度与质量、经济效益、社会效益、生态效益和保水保土效益5大监测,取得了大量监测资料和技术成果,为提高项目管理水平,促进项目治理,发挥了重要作用,并为今后的水土保持项目带了一个好头。同时由于马莲河项目之前没有成熟、系统、各方面都适用的技术规范,项目监测是在探索中前进,从而导致项目监测尚存在技术手段落后、资料精度不高等问题,有待于进一步完善与提高。     

马莲河流域高效林草建设初探

通过对马莲河流域世行贷款水土保持项目实施前后人工造林、种草成效的对比分析,认为“高效林草建设”是植被稀疏、地形支离破碎、水土流失严重的黄土高原沟壑区、黄土丘陵沟壑区植物措施治理的最佳途径.其主要措施有:按照“适地适树、适草”的原则,选择适应性强、速生丰产优质的树草(品)种,对位配置;积极推广ABT生根粉蘸根、吸水剂泡根、根宝浸根、径流林业、容器苗造林、营造乔灌混交林、浸水造林等实用造林技术;进行规范化育苗和精细整地,辅以家畜舍饲喂养,缓解林牧矛盾等.     

黄土高原生境质量时空演变及其驱动因素

[目的] 分析黄土高原生境质量的时空演变和影响因素，为黄土高原的生态治理和保障区域生态安全提供科学参考。 [方法] 运用InVEST模型评价了黄土高原生境质量，利用空间自相关分析法分析生境质量时空关联性，采用地理探测器分析了影响生境质量的驱动因子并进行单因子探测及交互探测。 [结果] ①2000-2020年，黄土高原20.5%的区域生境质量上升，7.18%的区域生境质量下降，区域生境质量呈稳定提升的趋势。 ②2000，2010和2020年黄土高原全局Moran’s I分别为0.714，0.706和0.694，生境质量在空间分布上呈现集聚现象并具有较高的空间正相关性，Moran’s I指数值降低说明空间集聚性小幅度下降，空间分布差异性渐趋均衡。 ③黄土高原生境质量因子影响程度大小顺序为：NDVI＞降水＞GDP＞坡度＞高程＞人口＞气温，研究期内各驱动因子对生境质量的决定力变化幅度不大且影响顺序未发生明显改变，说明各因子对生境质量的影响较稳定。 [结论] 应充分考虑黄土高原的实际情况，兼顾生态与经济两方面协同发展的目标，未来黄土高原可根据各生态区块的生境质量状况，制定更加具有针对性的管理措施，增强生态系统服务功能，并以其为基础寻求新型经济增长模式。     

黄土高原水土保持在黄河流域水资源开发利用中的地位和作用

黄河流域水资源十分短缺,已成为制约流域经济发展的主要因素。近年来黄河下游日趋严重的断流现象,引起了中央领导、国家主管部门和有关学术界的高度重视。解决黄河流域水资源短缺问题,合理开发利用水资源,必须上、中、下游兼顾,近、中、远期结合,开源与节流并重,实行降水资源与河川径流开发利用并举。在黄河流域水资源开发利用中,黄土高原水土保持具有不可忽视的积极作用和十分重要的战略地位     

黄土高原泾河流域1960—2000年的年输沙量时空变化

为制订合理有效的水土流失治理政策,需定量了解流域的泥沙输移总量及其时空变化。以黄土高原多泥沙的典型流域泾河为例,按有连续水文观测数据的11个水文站的控制范围,把流域划分为11个河段,统计分析1960—2000年间的年均输沙量和输沙模数在不同年代的变化和空间上的差异。结果表明:1)20世纪60年代泾河流域年均输沙量为3.024 9亿t/a,年均输沙模数为6 672 t/(km2.a);输沙等级为强度,但空间分布不均匀,其中输沙等级为极强度和强度的河段面积占流域面积的72.6%,其年均输沙量占流域总量的86.0%;输沙等级为中度和轻度的河段面积占流域面积的27.4%,其年均输沙量占流域的14.0%。2)20世纪70年代以来,泾河流域年均输沙量开始减少,90年代已减至2.657 8亿t/a,较60年代下降了12.1%,减沙主要发生在输沙等级为极强度的河段,其减沙量占流域总减沙量的93.5%,尤其以降水较高、植被较好的西部地区为主要贡献区,而其他输沙等级河段的年输沙量基本保持不变。因此,在侵蚀性暴雨增加的气候变化背景下,植被稀疏、抵抗暴雨侵蚀能力差的半干旱地区应列为水土保持重点地区。     

黄土高原样带典型地貌类型坡面土壤水分分布特征及其差异

为掌握黄土高原典型地貌类型丘陵沟壑区和高塬沟壑区的坡面土壤水分分布特征,选取3个典型坡面(长武高塬沟壑区,安塞丘陵沟壑区,神木丘陵沟壑区(风蚀水蚀交错区)),分析3个坡面土壤水分的时空分布和对应环境因素的分布特征,并采用地统计分析比较不同地貌类型坡面土壤水分的差异。根据不同地貌类型区坡面土壤含水量变异系数(CV)平均值的剖面变化,0 ~ 500 cm土壤剖面可以划分为速变层(0 ~ 40 cm)、活跃层(40 ~ 100 cm)、次活跃层(100 ~ 200 cm)和相对稳定层(200 ~ 500 cm);除丘陵沟壑区坡面0 ~ 40 cm和100 ~ 200 cm土层外,其他土层土壤含水量均具有较好的空间结构特征,理论半方差函数模型可对其进行较好的模拟,拟合模型结果一般表层土壤含水量为球状模型,深层土壤含水量为高斯模型;由于地形、土壤和植被等因子空间分布的差异性,高塬沟壑区坡面土壤含水量的空间变化与容重、海拔高度和最大叶面积指数有显著相关关系(P<0.01),而丘陵沟壑区和风蚀水蚀交错区坡面土壤含水量的空间变化分别只与最大叶面积指数和土壤质地有显著相关关系(P<0.05)。黄土高原典型地貌类型区不同土层间土壤含水量差异较大,地统计分析可以很好地表达坡面水分的空间异质性。     

黄土高原水土保持工作70年回顾与启示

[目的]总结新中国成立70 a(1949—2019年)黄土高原水土保持工作的经验,为该区生态环境保护和高质量发展提供借鉴。[方法]在长期的野外考察和科学研究基础上,研究了大量有关黄土高原水土保持工作的文献资料。[结果]按照水土保持的主要目标和措施,将过去70 a黄土高原的水土保持工作概括为因害设防阶段(1949—1980)、综合治理阶段(1980—2000)和生态修复阶段(2000以后)。建议新时期的水土保持工作应该重视以下4个方面。①科学理性认识黄土高原水土流失治理现实状况;②坚持努力提高水土流失区社会经济实力和生产水平,改善群众生活条件。③关注大规模水土保持措施和水土流失治理工程的环境效应。④研发应对在治理度较高条件下出现的新问题、新技术。[结论]经过70 a的水土流失治理,黄土高原在植被恢复重建、水土保持基础设施建设、坡面土壤侵蚀控制、减少入黄泥沙等方面取得了举世瞩目的成就。但是必须清醒地看到该区水土资源保护和水土流失防治的任务仍然十分艰巨。水土保持工作必须持之以恒地致力于提高黄土高原水土流失治理和社会经济发展速度与质量,为全面实现黄河流域生态保护和高质量发展国家战略目标作出贡献。