浅谈黄河中游多沙粗沙区重点支流的生态环境建设

“两川两河”(皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河)流域水土流失治理是黄河中游多沙粗沙区生态环境建设的重中之重。加强这一地区的生态环境建设,对减少入黄泥沙,改善当地生态环境,实施西部大开发战略具有十分重要的意义和必要性。在对该区自然特征及土壤侵蚀特征分析的基础上,初步提出了生态环境建设的基本思路、防治目标及措施布局     

黄土高原粗泥沙集中来源区水沙变化特征及趋势性分析

黄土高原粗泥沙集中来源区为治理黄河泥沙的重点核心地区.根据1960-1999年黄土高原粗泥沙集中来源区皇甫川、孤山川I、窟野河,秃尾河和佳芦河径流及输沙资料,以流域为单元,分析了区内各流域径流量、输沙量的年内、年际变化特征及变化趋势.结果表明,区内径流量及输沙量的年际、年内变化较大.在季节上,除秃尾河径流量集中期为6月份外,其余4条流域径流量的集中期均为8月份;5条流域输沙量的集中期均为8月份.各流域径流量、输沙量的突变时间均在20世纪70年代,说明各流域水沙量呈现减少的趋势,尤以20世纪90年代减少最明显.人类活动和气候变化是影响该区内各流域水沙变化的主要因素.     

洮河流域径流输沙演变与降雨及降雨侵蚀力的关系

[目的]揭示气候变化、人类活动耦合作用下复杂的水沙变化、水沙关系,探明降雨侵蚀力的影响及径流输沙变化的响应机理,为流域水土流失防治和生态建设提供科学参考依据。[方法]基于洮河流域及周边6个气象站点逐日降水和下游控制站逐月径流输沙数据,采用多元统计分析法、水沙曲线、相关系数、灰色关联度、弹性分析法等方法分析研究了径流、输沙、降雨(P)、降雨侵蚀力(R)演变规律,及其相互作用关系。[结果]洮河流域1956—2019年径流整体呈显著下降趋势,线性变化率-2.8×10⁷m³/a, 1987年发生突变,输沙整体呈显著下降趋势,线性变化率-4.61×10⁵t/a, 2003年发生突变,降雨、降雨侵蚀力均呈不显著上升趋势,且未出现明显突变。洮河流域R上中游小于下游,夏季(626.33)>秋季(125.31)>春季(122.22)>冬季(0),夏季降雨侵蚀力占比71.67%,夏季对泥沙侵蚀影响最大。P与R分布相反,P相对较小的下游流域R较大,P相对较大的上中游R较小,流域水沙异源,上中游产水,下游产沙。对输沙量影响最大...     

黄河古河套多沙粗沙区水土流失成因及防治对策

黄河古河套地区大体就是现今的鄂尔多斯高原地区,该区现涉及蒙、陕、宁3省区4市20个县级行政区,面积12 5万km2,人口约250万;境内分布有无定河、秃尾河、窟野河、孤山川、皇甫川等20多条多沙粗沙河流,年输入黄河泥沙10亿t。地形陡峻、沟壑纵横、降雨强度大、土质疏松、风蚀和人为破坏严重,导致了区内强烈的水土流失。要从战略的高度认识古河套地区的生态保护与重建,实行因地制宜、分区防治,大力发展坝系农业,搞好灌溉草库伦建设,强化水土保持监督执法,努力抓好水土保持生态示范区建设,以此推动古河套地区水保生态建设进程。     

黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化及其驱动因素

[目的]探究黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化，探讨水土保持综合治理对流域水沙关系的调控，以期为黄土高原地区未来的生态恢复与水土保持综合治理提供参考。[方法]基于孤山川、佳芦河和西川河流域1974—1989年和2007—2019年的洪水水文要素资料，采用线性函数分析了流域不同时期水沙关系变化特征，采用皮尔逊相关系数法探讨了径流指标(年径流深、平均洪峰流量和平均流量)和输沙指标(年输沙量、平均最大含沙量和平均含沙量)间的相关性，辨析了不同流域水沙变化的驱动因素。[结果]2007—2019年各流域次洪事件的年均径流深和年均输沙量较1974—1989年均显著减少(p<0.05),孤山川流域变化最大，分别减少56.48%,95.03%;佳芦河流域的年均输沙量变化不明显且年均径流深有所增加，主要由于该流域植被覆盖较差、水土保持措施治理占流域比例小，加之近年来极端降雨量增加。[结论]各流域的水沙关系在经过水土保持综合治理后发生显著变化，径流深-输沙模数线性关系减弱，黄土高原水土保持措施的实施尤其是大规模植被恢复使流域产输沙能力下降，从而导致径流和输沙变化的不同步。     

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%。     

皇甫川流域水沙变化特点及其趋势分析

以地处多沙粗沙区的皇甫川流域为例,采用实测资料,对其水沙量进行了统计分析.采用滑动平均法,Mann-Kendall非参数秩次相关检验法.对控制站皇甫站水沙变化趋势进行了研究.结果表明:在一定显著性水平下,皇甫川流域径流与泥沙在多年变化中均呈明显下降趋势.最后,针对影响水沙变化的降水与人类活动因素,应用不同时段的雨-水-沙关系,结合双累积曲线的变化过程,定量计算了不同时段的水沙衰减量以及由于雨水衰减影响和水土保持影响的减沙量所占比重.     

黄土高原藉河流域径流对气候和土地利用变化的响应

[目的]揭示黄土高原区中尺度流域径流对气候和土地利用变化的响应规律,为合理解决流域水资源利用和实现水资源的可持续管理提供理论支撑。[方法]以黄土高原藉河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验、距平累积曲线、双累积曲线以及分离评判法等方法进行研究。[结果](1)1962—2010年藉河流域年降雨呈下降趋势,但下降趋势不显著(p0.05);流域年径流深呈显著下降趋势(p0.001),且在1985年发生减少突变;(2)坡耕地面积减少,梯田面积增加是研究时段内流域土地利用变化的最明显特征。[结论]研究时段内土地利用变化是藉河流域径流量减少的主要驱动因素,影响贡献率为90.2%,而气候变化影响较小,贡献率仅为9.8%。     

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。     

1951-2011年湘江径流泥沙演变过程与特征分析

根据湘江主要控制站1951-2011年长时间序列径流与泥沙资料,运用Mann-Kendall非参数检验法、小波分析法和均值差异T检验法等,揭示了湘江年径流量和年输沙量演变特征与规律,并分析了其驱动因素。结果表明:(1)径流量呈微弱增加趋势,而输沙量下降趋势明显; (2)时间序列上径流量未发生突变,而输沙量在1997年发生了突变,表现为1997年后有显著下降趋势; (3)小波分析表明径流量和输沙量均存在20和7 a的周期性变化规律; (4) 60 a来湘江年径流量可以分为1951-1954和1992-2002年两个多水期,1955-1991和2003-2011年两个少水期。径流泥沙集中度与集中期分析表明输沙量年内分配不均匀性更为明显,输沙主要集中在每年6月; (5)年输沙量显著减少主要是水利工程拦沙和水土保持工程措施所致。     

黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献

为探明淤地坝拦沙作用对河流输沙量变化的影响,依据淤地坝作用年限、坝控面积、坝控流域侵蚀产沙模数及淤地坝排沙率,确定淤地坝拦沙量的估算方法,并结合2009年淤地坝安全大检查数据,分析黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献.延河与皇甫川淤地坝在不同年代的拦沙量分别在92.48万～854.35万t/a与36.47万～1 138.75万t/a之间,淤地坝拦沙量占人类活动影响的比例在一级和二级突变后分别为29.1％、28.5％与8.4％、18.2％;2000年以后延河与皇甫川输沙量减幅均达到85％以上,而淤地坝拦沙量的贡献率分别小于10％和20％.淤地坝的拦沙作用已不是目前输沙量减少的主要因素,但由于土壤侵蚀环境的不同,淤地坝在皇甫川对输沙量减少的贡献比在延河要大.     

Comparison of the Suspended Sediment Dynamics in Two Loess Plateau Catchments,China

Changes in runoff and sediment loads are of great importance for the management of river basins and the implementation of soil and water conservation measures. This study compared the suspended sediment dynamics in the Huangfuchuan and Yanhe catchments on the Loess Plateau. Both annual runoff and sediment load displayed significant reductions from 1955 to 2012. The decreasing rates were −0·88 mm a⁻¹ and −2·72 Mg ha⁻¹ a⁻¹ in the Huangfuchuan catchment, respectively, and ‐0.31 mm a⁻¹ and −1·20 Mg ha⁻¹ a⁻¹ in the Yanhe catchment. A total of 183 and 195 events, respectively, were selected to assess the suspended sediment dynamics in both catchments during the periods of 1971–1989 and 2006–2012. The results showed a good linear relationship between the sediment yield and runoff depth in both catchments from 1971 to 1989 and a relatively worse relationship in the Yanhe catchment from 2006 to 2012. The magnitude and frequency of the hyper‐concentrated sediment flow obviously decreased in the 2000s compared with that between 1971 and 1989. A hysteresis analysis suggested that complex and counter‐clockwise loops were the dominant patterns. Various soil and water conservation measures (e.g., afforestation, grassing, terraces, and check dams) played a critical role in runoff and sediment load changes in both catchments. The two catchments showed obvious heterogeneities in runoff and sediment yield because of different lithologies, soil types, and vegetation. The results of this study provide valuable information on suspended sediment dynamics and could be used to improve soil erosion control measures on the Loess Plateau. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄土高原生态—经济—社会耦合协调发展研究——以长武县、绥德县、神木市和淳化县为例

[目的] 研究黄土高原生态、经济和社会系统之间的耦合协调发展关系,为实现黄土高原地区可持续发展提供参考。[方法] 以黄土高原典型地区长武县、绥德县、神木市和淳化县2001—2019年生态、经济和社会发展状况为研究对象,利用耦合协调度模型和剪刀差法研究该区的生态—经济—社会系统耦合协调发展趋势。[结果] 黄土高原典型地区生态系统综合评价指数波动上涨,经济系统和社会系统综合评价指数稳步上升,生态—经济—社会耦合协调度持续升高;生态和经济系统、生态和社会系统的剪刀差值逐年降低,反映了该地区生态、经济和社会系统之间的关系不断改善,且基本实现了协调发展。经济系统和社会系统对生态环境的影响逐年减弱。[结论] 目前黄土高原地区生态和经济系统、生态和社会系统处于协调发展阶段,但生态环境依然是制约当地发展的重要因素。稳固和发展该区域生态文明建设,缓解经济和生态系统、社会和生态系统之间的矛盾仍然是黄土高原地区可持续发展需要面对的重要问题。     

生态农业在黄土高原生态保护和农业高质量协同发展中的作用及其发展途径

[目的]分析生态农业在黄土高原生态保护与农业高质量协同发展中的作用,探索该区域生态农业的发展途径,为该区域的绿色发展与生态文明建设提供科技支撑。[方法]在大量的实际调研基础上,利用各种形式的文献资料,重点从生态系统视野分析生态农业在黄土高原生态保护与农业高质量发展中的作用。[结果] 21世纪以来,黄土高原生态环境得到了显著改善,但农业综合生产能力低下,土壤质量退化,农业面源污染严重;生态农业市场需求不明确,其发展缺少规模生产条件;生态农业模式虽多,但高效、集约、绿色发展技术体系建设相对滞后。应通过设立生态农业国家重点研发专项,完善基于市场需求的多元化投入机制,建立一批生态农业先行试验示范县,构建多方联动的生态农业培训模式,提升和重构现代生态农业支撑体系。[结论]生态农业是黄土高原生态保护和农业高质量发展的有效协同途径。未来黄土高原地区要全面强化生态农业建设力度,科学制定生态农业发展路线图,不断提升黄土高原生态文明水平,为加快形成黄土高原生态保护和农业高质量发展格局提供重要支撑。     

黄土高原典型流域水沙变化归因对比分析

近几十年来,黄河中游黄土高原地区水沙变化显著。众多学者以该地区典型流域无定河开展了大量研究,但局限于方法的突破而忽视了方法间的对比分析。为此,该研究采用双累积曲线法、水文法、弹性系数法和水保法对无定河流域1957—2010年水沙变化进行归因对比分析。结果表明:无定河流域年降水量未发生显著变化,年潜在蒸散发、年径流量和年输沙量呈显著减少趋势且突变年份依次为1982、1971、1971年。径流归因对比分析表明,水文法与弹性系数法结果较为接近,水保法人类活动贡献率偏小;输沙归因对比分析表明,水保法与其他3种方法结果一致。归因分析表明,人类活动是流域水沙变化的主控因素且逐年增强,人类活动中对径流变化起主导作用的是灌溉引水和造林;对输沙变化起主导作用的是淤地坝和造林。淤地坝的淤满或失效对流域水保措施减水减沙效益影响较大。因此,未来无定河流域的治理应继续落实退耕还林还草政策,并加强淤地坝等工程措施的布局优化和后期维护。     

Runoff and sediment variation and attribution over 60 years in typical Loess Plateau basins

Purpose

The trends in runoff and sediment transportation in typical Loess Plateau basins and the factors causing the changes need to be clarified.

Materials and methods

In this study, the runoff and sediment transportation data from 1960 to 2016, from hydrological stations (Wenjiachuan, Baijiachuan, Ganguyi, and Zhuangtou) based in four typical basins, were analyzed systematically using linear regression, anomaly accumulation, the Mann–Kendall test, and double accumulation curve. The characteristics of the runoff and sediment transportation and their responses to climatic and anthropogenic activities were investigated using several hydrological analytical and statistical methods.

Results and discussion

The results indicate that both runoff and sediment transportation in the four typical basins have decreased sharply from 1960 to 2016. Since the implementation of the Grain-for-Green Project in 1999, the reduction has been more marked, in particular the runoff and sediment discharge of the Kuye River (Wenjiachuan station). Compared with the period 1960–1999, the average annual runoff and sediment discharge in 2000–2016 had decreased by 76.72% and 94.50%, respectively. Apart from the Wuding River (Baijiachuan station), an abrupt change in runoff and sediment transportation in the basins occurred within 2–7 years of the implementation of the Grain-for-Green Project.

Conclusions

In general, returning farmland to forests (grass) has had a more pronounced effect on the reduction of runoff and sediment in the more northerly Kuye River (Wenjiachuan station) and Wuding River (Baijiachuan station) basins, compared with the more southerly Yanhe River (Ganguyi station) and Beiluo River (Zhuangtou station) basins.

     

黄土高原不同生长年限植被减水减沙效益整合分析

[目的]研究不同恢复年限植被减水减沙效益变化特征,为黄土高原地区进一步合理配置林草措施和生态恢复的可持续性研究提供科学依据。[方法]通过文献检索,共收集到18篇相关文献,运用整合分析的方法定量地研究了恢复年限增加对植被减水减沙效益的影响。[结果]4年生以上草地植被和5年生以上林灌植被可以发挥稳定的减水减沙效益,且减沙效益基本保持在80%左右。林地枯落物对植被的减水减沙效益具有一定的促进作用。[结论]受不同恢复阶段限制因素的影响,林草植被减水减沙效益大致可以分为3个阶段:栽植扰动阶段、水土保持阶段、水分限制阶段。     

新时期黄土高原退耕还林(草)有关问题探讨

[目的]总结黄土高原退耕还林(草)工程实施20 a来取得的成效,旨在为新时期黄河流域生态保护和高质量发展提供参考。[方法]根据多年研究结果,结合近期调研和相关资料,归纳了新时期黄土高原退耕还林(草)工程实施过程中出现的问题。[结果]当前需要考虑的问题包括:①如何加速退耕还草;②是否实行严格的轮封轮牧;③如何处理好生态林和经济林的比例;④如何持续提高单位面积粮食产量等。[结论]新时期生态建设过程中需注重分析与研究出现的新问题,寻求切实的应对方案,以推动黄土高原地区生态文明建设和乡村振兴。     

1960-2017年黄土高原地区风速时空变化特征

[目的]揭示黄土高原地区风速时空变化特征,为区域防灾减灾提供参考。[方法]基于黄土高原59个气象站1960—2017年逐月风速实测数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验和滑动t检验等方法,对黄土高原地区历年及四季风速的时空变化趋势进行了研究。[结果](1) 1960—2017年黄土高原年均风速以-0.007 5 m/(s·a)速率显著下降,春季降幅最大,其次为冬、秋季,夏季降幅最小;年内月平均风速先升后降,4月风速下降最快,7月下降最慢。(2)黄土高原历年及夏、秋、冬季风速均在1980s突变减少,春季平均风速未发生突变,冬季风速突变后较突变前降幅最大,秋季最小。(3)黄土高原历年均风速、历年及四季风速变率均表现出西北高、东南低的特征,站点呈下降趋势的春季最多,夏季最少。(4) AO指数的上升、气候变暖及地表植被覆盖增加等,可能不同程度地造成黄土高原风速长期下降趋势。[结论]黄土高原区应将春季作为防风御风重点时段,将西北部地区作为重点防御地区,增强防灾减灾能力建设。     

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.