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。     

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。     

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。     

皇甫川流域近期水土保持措施减沙效益分析

利用皇甫川流域降雨量、水土保持措施数量以及皇甫川把口站年径流量和年输沙量资料,采用水文分析法及水土保持分析法计算近期(1997—2006年)流域水土保持措施的减沙效益。计算结果表明,皇甫川流域1997—2006年水土保持措施年均减沙量为657.9万t,经与前期研究成果对比分析,论证了水土保持分析法计算结果的合理性。同时,对减沙效益计算方法进行了评价,分析了目前水文分析法存在的理论缺陷,并建议改进其计算方法。     

孔兑流域产沙关系浅析

十大孔兑的洪水泥沙对孔兑下游安全极其不利,同时造成黄河干流严重淤堵。研究孔兑产沙关系及其变化对于流域治理规划、合理评价径流泥沙变化趋势具有重要意义。利用实测水文泥沙资料,结合十大孔兑流域综合治理的发展,以流域治理前和治理后相对稳定期为对比年份,以日降雨量大于10,25mm的累计降雨量和年输沙量为参数,建立了有水文资料的毛不浪、西流沟和罕台川3条孔兑不同时期降雨—产沙的关系,说明了下垫面变化对产沙关系的巨大影响。分析表明,在降雨量相近的情况下,近期输沙量较基准期减少约90%,多年平均有效降雨条件下,3孔兑的减沙比93%~98%。研究表明孔兑大规模治理、植被恢复和淤地坝建设,对孔兑输沙量锐减发挥了重要作用。研究成果可对评估孔兑流域综合治理措施的效果提供重要依据。     

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。     

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。     

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.     

黄河河龙区间输沙变化特征及归因分析

黄河中游河口镇—龙门区间(河龙区间)是黄河泥沙的主要来源区。近年来黄河输沙量急剧变化,为了识别黄河输沙量变化的原因,基于河龙区间15个流域1961—2017年的输沙和降雨数据,分析了研究时段内输沙模数的变化趋势和突变时间,定量区分气候变化和人类活动对输沙减少的贡献率。结果表明:研究区内15个流域的输沙模数均呈现显著的下降趋势,突变时间集中在80,90年代。降雨减少和水土保持措施的增加共同导致了输沙模数的下降,在多数流域,人类活动是导致输沙模数减少的主要因素,80年代后急剧增加的水土保持措施有效减缓了流域产沙。研究成果可为黄河流域生态恢复及水沙调控提供决策支持。     

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。     

关于确定黄河流域水土流失重点治理区的研究

过去确定黄河流域水土流失重点治理区主要采用来沙分配图法和多沙粗沙模数指标法,这两种万法都需用到粗泥沙资料,由于有泥沙颗分资料的测站较少,故其精度有限.根据河龙区间7～8月份水流平均含沙量300kg/m~3的指标,在含沙量分布图上确定出重点治理区,该万法只涉及全沙资料,而有全沙资料的站网控制密度相对比有粗泥沙资料的站网控制密度耍大得多,因此其精度也就高得多.黄河流域重点治理区为11.3万km~2,其中河龙区间为5.7万km~2,泾洛渭河为3.2万km~2,祖厉河、苦水河为2.4万km~2,河龙区间的5.7万km~2是重点中的重点.     

Conceptual Models and Budgets for Sediment Management at the River Basin Scale (12 pp)

Background, Aims and Scope   Sediment management in rivers basins has tended to deal with local issues associated with either excessive amounts of sediment (clean and contaminated) or sediment deficit. With sediment management increasingly needing to address both sediment quantity and sediment quality issues, it is becoming increasingly apparent that for sediment management to be effective the river basin represents the most appropriate scale for consideration. Although local and site-specific sediment issues are still likely to be the main scales at which interventions are made they need to be placed within a broader context and with full appreciation and consideration of their impacts within the river basin. This paper describes some of the reasons why the river basin scale represents the most appropriate scale for sediment management, while recognizing the needs for site-specific interventions. It also describes the development of conceptual river basin models (CRBM) for sediment. Main Features   A CRBM should identify, in a conceptual framework, the relevant key environments (subsystems) within a river basin and the interrelationships between the environments. From a sediment perspective, key information includes the identification of sources of sediment (and associated contaminants and nutrients), the pathways of sediment and contaminants within and between the various environments, and the role of storage elements. Additional information that informs the CRBM includes, the assessment of sediment fluxes (including storage), the residence time of sediment storage, and information on exchanges between sediment and contaminants, although such information is often not available at the scale of the river basin. An example of a CRBM for sediment for a hypothetical river basin and examples of several sediment budgets (for basins in USA and Zambia, and for Europe) are presented which are based on data and information on sediment sources, sediment fluxes and storage. These are discussed and some of the advantages and disadvantages for decision-making for sediment management are described. Conclusion and Recommendation   Conceptual frameworks and models for sediment offer considerable potential for certain stages of the management process. They are, however, only part of a much larger decision-making process, which involves, amongst other things, stakeholder participation, evaluation of the appropriate legislation and guidelines, and the use of risk assessment and societal cost-benefit analysis.     

黄河流域第三副区坝系拦沙输沙监测成果分析

黄河流域第三副区聂家河小流域坝系工程布局以现有骨干工程为骨架,各级沟道自上而下逐段布设小型淤地坝、中型淤地坝和骨干工程,分级拦蓄径流泥沙;在其示范坝系的典型淤地坝上布设了降雨、拦沙及输沙监测点.监测结果表明:坝系工程抬高了侵蚀基准,稳定了沟坡,控制了沟床下切和沟岸扩张,增强保土保水能力,尤其骨干坝在坝系拦沙中起关键作用,能够快速有效地拦蓄径流泥沙,控制水土流失,是水土保持生态建设的重要措施,为保护下游河流安全起到了重要作用.     

城市高羊茅草坪绿地水沙调控效应

通过人工模拟降雨试验,研究了60%覆盖度城市高羊茅草坪绿地(种草当年)在不同坡度(5°,10°)、不同雨强(30,60,90mm/h)条件下的产流、产沙过程以及径流携带泥沙的作用机制,并用裸地作为对照,同时定量化分析城市高羊茅草坪绿地的水沙调控作用。结果表明:(1)高羊茅草坪绿地能够有效延缓初始产流时间,但随着雨强及坡度的增加其延缓效果降低,当雨强90mm/h、坡度10°时草坪绿地几乎没有延缓初始产流时间的效果;(2)各试验条件下高羊茅草坪绿地与裸地产流率差异性显著,但雨强90 mm/h、坡度10°时二者差异性不显著;(3)各试验条件下高羊茅草坪绿地总径流量是裸地的0.8倍左右,总产沙量是裸地的1/244.68~1/28.34倍;(4)60%盖度城市高羊茅草坪绿地能够有效削减径流量和土壤侵蚀量,但削减程度有差异,雨强为30,60,90mm/h时草坪绿地的平均减流效益分别为33.23%,23.04%,13.78%,在各场次降雨条件下减沙效益均可达95%以上;(5)试验条件相同时,高羊茅草坪绿地和裸地的径流挟沙能力有差异,同一径流量下草坪绿地的土壤侵蚀量远远低于裸地;(6)分别建立城市高羊茅草坪绿地、裸地的径流量与泥沙侵蚀量之间的水沙关系。     

黄土高原坡耕地泥沙输移特征分析

在野外利用人工模拟降雨试验,分析了20,40,60m坡长下的输沙率、含沙量及累积产沙量—径流量的变化特征。结果显示,当雨强小于2.0mm/min时,最大输沙率出现在40m坡长;而当雨强大于2.0mm/min时,最大输沙率出现在60m坡长。在试验雨强范围内,最大含沙量总是出现在20m坡长。累积产沙量—径流量随时间变化趋于平稳。试验结果表明,为遏制黄土高原坡耕地水土流失,实践中应采取垄作等措施增加坡面糙度和改变坡面形态,防止在20m坡长形成高含沙水流和后续坡长的输沙率。     

降雨产沙资料整理方法对两者关系的影响

合理的水土流失资料整理方法是挖掘数据内在规律的基础,通过采集江西省赣县花岗岩次生马尾松林地不同植被恢复类型小区2010—2011年2 a的降雨产沙资料,研究了4种整理方法对降雨产沙关系的影响。结果表明:加大资料整理的时间尺度和降雨间隔时间,可以显著提高降雨产沙之间的相关性,同时整理方法对拟合曲线的性质产生影响,综合考虑拟合优度和曲线性质的一致性,可以采取周晴方法的幂函数来描述不同类型小区降雨产沙之间的内在关系;植被恢复减弱了产沙速率,随着降雨量的增加,纯林小区的产沙速率下降,百喜草恢复小区变化缓慢,低郁闭度胡枝子恢复小区增加迅速,因此侵蚀严重的林地应首先实施草本植被恢复,逐步实现乔灌草生态结构恢复。     

沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质影响

为了进一步研究沙棘"柔性坝"对砒砂岩沟道泥沙的影响,基于内蒙古砒砂岩地区沙棘"柔性坝"野外试验,根据单座沙棘"柔性坝"一次降雨淤积后的试验数据,运用对比分析的方法,研究了沙棘"柔性坝"对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质的影响及其拦沙效果。结果表明:单座沙棘"柔性坝"能够提高砒砂岩沟道泥沙有机质含量,具有淤粗排细的分选功能和良好的拦沙效果。泥沙有机质从沙棘"柔性坝"上游到下游逐渐增加,沿泥沙剖面表现出先增后减的趋势;泥沙粒径从沟道上游到下游先增大后减小,沿一次降雨淤积的泥沙剖面也表现出先增后减的趋势;暴雨后沙棘"柔性坝"单位面积淤积泥沙的平均厚度为0.369m,与对比沟相比,淤积的泥沙厚度明显较高。     

加气对灌溉水黏性泥沙絮凝沉降的影响

为研究黄河水水肥气一体化灌溉时加气对灌溉水中黏性泥沙沉降能力的影响,配置5种浓度的高岭土悬浊液（1、3、5、7和10 g/L）和4种肥料质量分数（0、0.2%、0.5%、1.0%）的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水,分析了加气前后的相对含沙量、泥沙中值沉速和沉降泥沙中值粒径。结果表明：加气显著促进浓度为3～10 g/L黏性泥沙的絮凝沉降（P<0.05）,且促进作用随泥沙浓度的增加而增强。与未加气处理相比,冬、夏季加气处理后泥沙中值沉速分别提高48.67%～70.98%和33.04%～57.52%,沉降泥沙中值粒径增大7.62%～13.95%和6.83%～13.24%。加气促进黏性泥沙絮凝沉降的作用与浑水中施加的肥料类型及浓度有关,促进作用随肥料浓度的增加而减小。对于肥料质量分数为0.2%～1.0%的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水,加气处理后泥沙中值沉速分别提高20.00%～32.12%、18.71%～130.40%和91.19%～170.21%。施加硫酸钾肥加气后泥沙中值沉速最大,为0.399～0.450 mm/s,施加复合肥加气后泥沙中值沉速最小,为0.288～0.330 mm/s。加气、肥料类型、肥料浓度分别单独或交互均极显著影响泥沙沉降（P<0.01）。研究结果对于明确水肥气一体化灌溉管网系统泥沙淤积规律具有重要意义。     

黄土高原多沙粗沙区侵蚀产沙的临界问题

黄土高原多沙粗沙区高强度产沙是自然因素和人文因素综合作用的结果。该产沙过程对其影响要素存在着多个维度的临界响应。在对多沙粗沙区侵蚀产沙影响要素进行识别的基础上，比较系统地阐述了该地区侵蚀产沙存在的自然临界和社会经济临界问题及其产生的内在机理，以便为该地区的水土流失治理和生态环境建设提供一定的理论和调控依据。     

水土保持对黄河输沙量的影响

采用回归分析方法,研究水土保持对1954—2005年黄河年输沙量的影响。结果表明：1）从24个备选自变量因子中筛选出的由＂河口镇到吴堡区间7—8月降雨量＂＂水土流失治理度＂和＂ln‘河口镇到龙门区间年降雨量’＂3个自变量组成的多元非线性回归方程,相关系数达到0.883,在α=0.001的水平上高度显著,该回归方程＂解释＂了1954—2005年黄河年输沙量76.5%的变化;2）水土流失治理度能够很好地＂解释＂20世纪80年代以来黄河年输沙量减少的趋势;3）当河口镇到吴堡区间7—8月降雨量处于最大观测值时,水土流失治理度由0增加到50%,计算年输沙量减少幅度超过20亿t/a;4）治理程度相同时,水土保持对黄河年输沙量的影响是降雨量大的大于降雨量较小的。