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。     

西汉水流域径流泥沙演变特征及其归因研究

自20世纪90年代开始西汉水流域实施了一系列的水土保持治理工程，下垫面发生了明显改变，对流域水沙造成了显著影响。利用西汉水流域1965—2017年径流泥沙资料，采用Mann-Kendall趋势检验、Lee-Heghinian突变检验和双累积曲线等方法，研究了西汉水近50 a水沙演变特征及其原因。结果表明：近50 a西汉水流域降雨量无显著变化趋势，而径流量和输沙量分别以0.177亿m³/a和50.202万t/a的速率显著减少(P<0.05);径流量和输沙量显著减少的突变点分别在1993年和1990年，这与流域实施水土流失治理的时间相对应；与突变前相比，突变后径流量减少47.64%,输沙量减少71.19%;降雨量和人类活动对径流量减少的贡献率分别约为15%和85%,对输沙量减少的贡献率分别约为10%和90%;人类活动引起的下垫面条件变化是西汉水流域水沙减少的主要原因。     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

近60年湘江流域水沙特性及其对人类活动的响应

湘江流域人类活动对湘江水沙变化具有显著影响。利用M-K次序法、Pettitt非参数检验法和双累积曲线法分析湘江干支流1953-2014年的年径流量、汛期径流量和非汛期径流量与输沙量的关系,并分析水土保持和水库建设等人类活动与水沙演变的关系。结果表明:1)湘江干支流水文站的年径流量、汛期径流量与输沙量的相关性强,且1990年后湘潭站径流量-输沙量的相关系数为0.83,而非汛期相关性较弱。1990年前,干流站点径流量和输沙量处于波动状态,1990年后干流站点径流量总体呈增加趋势,但输沙量呈减小趋势,且老埠头站的输沙量发生微幅突变。除个别站点之外,支流站点的径流量和输沙量发生突变的年份与变化规律均一致。2)水土保持以及水库建设对湘江流域的拦沙作用是输沙量减少的主要原因。相比支流,水土保持对湘江干流流域的输沙量减少影响更显著,水库建设与湘江干支流输沙量减少均密切相关。3)根据湘江流域输沙量突变点可划分A(1960-1987年)、B(1988-1996年)、C(1997-2013年)3个时期,在不考虑温度变化的影响下,以A时期1960-1987年为基准期,利用累积量斜率变化率比较法可知,相比基准期A时期,B、C时期水土保持和水库拦沙等人类活动对输沙量的减少的贡献率为88.58%和94.01%,人类活动为输沙量减小的主要因素。     

皇甫川流域降水和人类活动对水沙变化的定量分析

采用线性趋势法、非参数Mann-Kendall趋势检验法、累积距平法及径流历时曲线法分析皇甫川流域1955-2010年水沙变化特征,通过水文分析法定量评价降水和人类活动对水沙变化的贡献率.结果表明:皇甫川流域径流量和输沙量均呈急剧减少趋势,尤其在20世纪80年代之后,减少更加显著,近10年(2000-2010)的平均径流量与输沙量相当于1950-1959年的约20％;皇甫站径流量和输沙量均在1979年发生突变;在变化期1980-2010年,人类活动对流域水沙变化的贡献占主导因素,约为70％,而降水所占比例为30％左右;自20世纪80年代始,大规模的水土保持措施(如退耕还林(草)、梯田建设、水库淤地坝等工程)等人类活动是流域水沙锐减的主要影响因素.     

皇甫川流域1955-2013年水沙变化趋势与周期特征

为揭示黄河流域重要的产沙支流皇甫川在新时期水沙如何变化,采用Mann-Kendall检验、Pettitt检验及Morlet小波变换,分析了皇甫川流域1955-2013年水沙变化的趋势、突变和周期变化特征.结果表明:在99％显著性水平下,皇甫川流域的年径流量和输沙量均呈显著减少趋势,且径流量的减少大于输沙量的减少,进入21世纪以来,水沙年际变异更为显著;径流量、输沙量序列一级突变点均发生在1984年,二级突变点有所不同,年输沙量序列突变时间(2003年)晚于年径流量序列突变的时间(1998年);水沙演化过程中均存在4个尺度的周期变化,分别为22～32,13～21,7～12,3～6 a和23～32,13～22,7～12,3～6 a;在径流量和输沙量整体减少的趋势下,2011-2020年径流量将处于相对偏丰阶段,而输沙量在2013-2018年将处于相对偏多沙时期.研究表明,皇甫川流域径流量和输沙量的减少是气候的暖干化和渐强的人类活动综合作用的结果,而大规模的水土保持措施是水沙减少的重要影响因素.     

退耕还林(草)对北洛河上游水沙变化的影响

为探究黄土高原地区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以植被恢复较好的北洛河上游为研究区域,根据其控制站吴起水文站1971—2010年4—10月实测水沙资料,定量分析降水量、径流量和输沙量三个水文要素的变化趋势和发生突变的年份。结果表明:1971—2010年,降水量并未发生显著的趋势性变化,径流量和输沙量呈显著减小趋势;综合四种突变点检验方法结果,并结合水土保持措施资料,确定径流量和输沙量的突变年份为2002年;利用双累积曲线定量分析降水和以退耕还林（草）为主的人类活动对径流量与输沙量的影响,相对于1971—2002年,2003—2010年降水和人类活动对径流量的影响程度分别为70.8%和29.2%,对输沙量的影响程度分别为34.0%和66.0%。植被的减沙作用明显大于减水作用,以退耕还林（草）为主的人类活动是北洛河上游流域泥沙减少的主要驱动力。     

砚瓦川流域水沙演变特征及其驱动因素分析

为了探究降水变化和水土保持措施对黄土高原地区产流产沙的影响,选择我国水土流失最为严重的区域——甘肃省庆阳市的砚瓦川流域为研究区,对该流域1981—2012年的年降水量、年径流量和年输沙量进行趋势分析及突变检验,分析黄土高原沟壑区水土流失治理背景下流域水沙的演变规律,定量评价降水和水土保持措施对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:在1981—2012年期间年降水量和年径流量均没有发生显著变化,而年输沙量呈现显著减少趋势,年径流量和年输沙量的突变时间分别在1996和1997年,具有很好的同步性。与基准期(1981—1996年)相比,变化期(1997—2012年)的年径流量和年输沙量分别减少了17.0%和76.0%,分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期和平水期的径流量逐时段减少,而枯水期径流量却持续增加,输沙量在整个时段则大幅度减少。该流域降水和水土保持措施对年径流减少的贡献率分别为-37.9%和137.9%,而对年输沙量减少的贡献率为-35.0%和135.0%,因此,水土保持措施的实施是该流域年径流量和年输沙量减少的主要原因。其中,植被措施(林地和草地)对径流影响显著,占径流减少总量的61.04%;工程措施(梯田和坝地)对产沙影响显著,占产沙减少总量的102.84%。研究结果表明,黄土高原地区水土流失治理已在区域尺度上表现出一定程度上削洪补枯和减少侵蚀产沙的水文效应特征。同时在水土保持措施建设过程中,合理配置植被措施和工程措施比例,充分发挥各项水土保持措施的优势,是开展适应性流域管理的关键。     

三峡库区香溪河流域水沙关系变化及其驱动因素

[目的]分析降水量及水土保持措施等人类活动对流域水沙关系的响应,为水土保持措施效益评价提供科学依据。[方法]以香溪河流域兴山站输沙量数据为基础,采用Mann—Kendall趋势检验、线性回归、水文频率曲线及双累积曲线等方法,分析了1973—2010年香溪河流域面降雨量、径流量和输沙量变化,并进一步量化分析了流域水沙变化极其驱动因素。[结果]香溪河流域年降水量,年径流量和年输沙量均呈下降趋势,年降水量和年径流量变化趋势不显著,但年输沙量减少趋势显著;年输沙显著减少开始的年份是1994年,流域径流量开始减少的年份是1991年。[结论]水土保持等人类活动是香溪河流域水沙变化的主要驱动因素。     

不同时间尺度孤山川流域水沙关系变化及驱动因素

以黄土高原孤山川流域为研究区,采用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变检验分析年际尺度水沙变化趋势和突变年份。结果表明:孤山川径流量和输沙量于1965—2014年呈现极显著减少趋势(p<0.01),突变年份为1979年和1996年,据此将研究时段划分为基准期(1965—1979年)、过渡期(1980—1996年)和效益期(1997—2014年)。同基准期相比,过渡期年均径流深和输沙模数分别减少34.11 mm和401.48t/km^2,效益期减少65.05mm和213.09t/km^2。径流深低于10mm时,水沙关系较为离散;高于该值时,水沙关系变化相对稳定。过渡期人类活动的减水减沙贡献率分别为79.12%和86.45%,效益期人类活动减水减沙贡献率分别为86.45%和87.45%。     

大凌河中上游水沙演变趋势及突变特征分析

结合大凌河中上游朝阳站和大城子站1956—2016年实测水沙数据,应用M-K非线性统计方法对大凌河中上游近61 a的水沙演变趋势及突变特征进行分析。结果表明:1958—1966年,输沙量有明显上升趋势,主要原因可能是1958年大跃进对植被破坏较多。1966—1995年,输沙量逐渐减少,但随降雨径流量而波动,可能是由于植被逐渐恢复的缘故;1995年后,虽然降雨径流仍波动,但输沙量逐年减少,其原因是随着1991年《中华人民共和国水土保持法》的出台,水土流失得到较强控制,区域水土流失显著下降。两站年水沙相关系数分别为0.8055(朝阳站)和0.6231(大城子站),属强相关;两站在汛期水沙相关关系为0.7596~0.8892,高于年相关系数,但非汛期水沙相关系数为0.1562~0.249 6,水沙相关性较差;大城子站径流量突变点分别在1989、1992、1997年,输沙量突变年份为1997年,朝阳站径流突变年份为1987、1994年,输沙量突变年份为1992年;大城子站水沙双累积曲线在1965年出现斜率偏移,而朝阳站分别在1968年、1993年出现偏移。     

罗玉沟流域水沙变化趋势及影响因素

[目的]探讨小流域水沙变化趋势及影响因素，为黄土高原丘陵沟壑区水土流失治理和水土保持措施布设提供参考依据。[方法]采取Spearman秩次相关检验方法、累积距平法和双累积曲线法等对黄土丘陵沟壑区罗玉沟流域1986—2016年降水量、径流量和输沙量变化趋势和演变过程进行分析。[结果](1) 1986—2016年罗玉沟流域年降水量趋势性变化不显著；流域年径流量和年输沙量变化具有明显的阶段性，以1993年为界，年径流量和年输沙量呈显著降低趋势。(2)降水和水土保持措施影响罗玉沟流域年径流量和输沙量，不同降水水平年，降水和水土保持措施对流域水沙变化的影响不同，水土保持措施使流域枯水年份径流量和输沙量减少最为显著。(3)水土保持措施对年径流量和年输沙量的减少贡献率分别为83.50%和80.97%。[结论]降水量变化不显著的情况下，水土保持措施对罗玉沟流域年径流量和年输沙量的减少起主导作用，水土保持综合治理对枯水年径流量和输沙量的影响幅度最大。     

彭阳县小河流域水沙变化趋势及影响因素分析

基于小河流域多个雨量站建站至2017年系列降雨资料及控制站1981—2017年实测水沙资料,采用MWP法分析流域水沙变化趋势和突变年份,结果表明,近期径流量、输沙量都有显著的减少趋势,第一个突变年份均出现在2004年;然后以1981—2003年为基准,结合降雨变化分析和水保工程实施状况,采用双累积曲线法分析了2004—2017年降雨因素和非降雨因素的影响量,即降雨因素对年径流量、年输沙量减少的贡献率分别为15.5%和20.2%,非降雨因素的贡献率分别为84.5%和79.8%。可见小河流域近期径流、泥沙变化主要受水保措施实施影响,其次是流域高强度降雨减少影响。     

汾河水沙特性及变化分析

汾河是黄河的第二大支流,也是山西人民的母亲河。汾河流域涉及6市40余个县,是全省的政治、经济、文化中心。对汾河下游河津控制站80多年间的观测资料分析表明,年均径流量10.93亿m~3,输沙量0.255 4亿t,汛期7-10月径流量、输沙量分别为6.78亿m~3、0.232 9亿t,占年均径流量的62.0%、输沙量的91.2%。总体来看,年径流量、输沙量呈逐年减少趋势,径流量在90年代中期以后大幅度减少,输沙量在70年代中期以后大幅度减少。汾河的水沙变化警示我们,加快汾河流域水生态修复治理刻不容缓。     

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。     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系变化及其驱动因素

以长江干流寸滩水文站以上流域为研究对象,基于1953-2018年的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验和水沙关系曲线分析径流、输沙的时间趋势及其关系变化,并采用双累积曲线法分析水沙变化的驱动因素。结果表明:寸滩站以上流域多年平均径流量为3425亿m^3,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m^3,多年平均月输沙量为3013万t,且主要分布在6-10月,分别占年径流泥沙总量的70%和95%以上。趋势分析显示,流域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;月径流量在1-4月显著增加,其他月份变化不显著,而各月输沙量均呈显著减少趋势。水沙关系曲线均可用幂函数拟合,拟合参数受时间尺度影响,统计检验显示悬移质输沙量实测值与水沙关系曲线的估算值差异不显著。双累积曲线分析发现水利工程建设和水土保持等人类活动是寸滩水文站输沙减少的主要原因,其作用占69%~93%,其中2000年以来人类活动的贡献超过90%。     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系

以长江干流寸滩水文站以上流域为研究对象,基于1953-2018年的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验和水沙关系曲线分析径流、输沙的时间趋势及其关系变化,并采用双累积曲线法分析水沙变化的驱动因素。结果表明：寸滩站以上流域多年平均径流量为3 425亿m³,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m³,多年平均月输沙量为3 013万t,且主要分布在6-10月,分别占年径流泥沙总量的70%和95%以上。趋势分析显示,流域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;月径流量在1-4月显著增加,其他月份变化不显著,而各月输沙量均呈显著减少趋势。水沙关系曲线均可用幂函数拟合,拟合参数受时间尺度影响,统计检验显示悬移质输沙量实测值与水沙关系曲线的估算值差异不显著。双累积曲线分析发现水利工程建设和水土保持等人类活动是寸滩水文站输沙减少的主要原因,其作用占69%~93%,其中2000年以来人类活动的贡献超过90%。     

基于相似年降水的人类活动对延河水沙变化影响

定量评价人类活动对河流径流和泥沙的影响是目前地学研究热点之一.由于河流水沙变化受人类活动和气候变化共同作用,降水是径流的来源和产沙输沙的主要动力.通过选择降水条件相似的年份,比较河流水沙差异,可以反映人类活动对水沙变化的作用大小.利用1952年到2001年延河甘谷驿水文站逐月径流量、输沙量实测值和流域逐月降水量实测资料,通过分析和确定年、汛期降水量和年内降水过程相似的年降水条件相似年组,比较相似年降水条件下径流量和输沙量的差异.分析表明,与1954-1963年相比,延河1969-1977年年和汛期径流量分别减少18.03%和32.52%,输沙量分别减少47.08%和47.52%;1981-1984年年和汛期径流量分别减少29.77%和46.29%,输沙量均减少73.46%;1988-1996年年和汛期径流量分别增加71.72%和97.79%,输沙量分别增加162.07%和161.88%.     

黄河中游昕水河流域水沙变化及归因研究

为了探讨人类活动和气候变化对黄河流域水沙情势的影响,选取黄河中游典型流域——昕水河流域为研究区域,分析流域1958—2015年水文气象年际变化规律,采用Mann-Kendall检验法和Pettitt检验法对流域径流量、输沙量及含沙量进行趋势分析和突变检验,并分别利用双累积曲线法、回归分析法和弹性系数法对水沙变化的归因进行了对比评价。结果表明：（1）流域多年平均径流量、输沙量和含沙量分别为32.0 mm,1 289.1 t/km²和33.7 kg/m³,年径流量、输沙量和含沙量均呈现显著下降趋势,且其突变时间均出现在1980年附近;（2）在1958—1980年和1981—2002年期间,流域年水沙关系表现出较好的线性关系,但是2003—2015年期间流域年径流—输沙关系的相关性明显减弱,水沙关系难以用确定的回归方程来表征,其主要原因为流域内水土保持工程措施的实施特别是淤地坝的建设,削弱了流域的水沙关系;（3）双累积曲线法、回归分析法和弹性系数法的计算结果较为接近,人类活动是引起昕水河流域水沙变化的主要驱动因素,传统的经验统计法确实有一定的可靠性和适用性。研究成果可为黄河流域生态恢复及水沙调控提供科学依据。     

黄土高原吕二沟流域土地利用/覆被和气候变化对径流泥沙的影响

为了研究气候变化和土地利用/覆被变化对流域生态水文的影响,以吕二沟流域为研究对象,采用非参数统计秩检验法的分析方法,根据研究区1982-2010年的气象数据,对其中的径流量和输沙量进行了突变点检验,分析了不同时期的径流量和输沙量的变化,以及不同时期土地利用和气候变化对流域径流泥沙的贡献。结果表明：（1）径流泥沙在非显著变化期内的减少量和幅度均小于其在显著变化期。（2）在非显著变化期内,径流的减少,气候因素的贡献率为40.98%,而土地利用的贡献率为59.01%,即流域土地利用变化是导致流域径流量减少的主要原因;人类活动使泥沙量减少1.38万t,而气候变化使泥沙量减少0.81万t。（3）在显著变化期内,径流的减少气候因素的贡献率为65.57%,而土地利用的贡献率为34.43%;人类活动使泥沙量减少4.80万t,而气候变化使泥沙量减少4.37万t。（4）在研究期内,人类活动对生态水文影响作用逐渐减小,而气候变化对其影响逐渐加剧。