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。     

风化煤矸石坡面水土流失规律模拟

采用室内模拟径流冲刷试验,研究风化煤矸石坡面水土流失规律。结果表明：1）在设计径流量为2．0和2．5L／min时,坡面产流曲线呈现为“单峰”或“多峰”曲线,没有明显规律性,当设计径流量增大到3．0和3．5L／min时,坡面产流曲线多为“单峰”曲线,且峰值出现时间较早,具有相似的规律性;2）坡面平均产流量随设计径流量和坡度的增大而迅速增大,增长趋势符合幂函数关系,且设计径流量对坡面平均产流量的影响大于坡度;3）坡面平均产沙率随设计径流量和坡度的增大增长趋势明显,增长趋势符合幂函数关系,且设计径流量对坡面平均产沙率的影响大于坡度。研究结果可为工矿区水土保持提供一定的参考。     

黄土高原北部水蚀风蚀交错区产流条件及径流系数

为了揭示黄土高原北部水蚀风蚀交错区的产流机制并推求径流系数,为该地区地表水资源的深入研究提供基础数据,选取具有黄土高原北部水蚀风蚀交错区典型气象与水文特征的六道沟流域为研究区。通过分析实测水文数据,从机制上分别研究了试验流域在表层土壤（5—10 cm）达到饱和及不饱和条件下的产流过程,在长历时低强度降雨条件下,产流的必要条件是表层土壤达到饱和且雨强≥0.12 mm/min;在短历时高强度降雨条件下,表层土壤未达到饱和状态时,产流的必要条件是降雨强度≥0.52 mm/min;径流系数与平均降雨强度之间存在着显著的正相关关系;以运动波理论的基础方程式结合GIS技术开发了适用于试验流域的分布式降雨—径流数值模型,模型的误差<3%;基于2005—2009年（5 a）的降雨—径流数值计算,得到试验流域在这5 a的平均径流系数为0.11,从而推求出多年平均径流系数为0.10～0.15。     

锡林河流域积雪时空特征及其对径流的影响

寒旱区草原流域地表水资源极为匮乏,融雪径流是寒旱区草原流域重要的水源,冰雪融化对河川径流有着十分显著的影响。利用锡林河流域水文站2000—2013年逐日径流数据、锡林浩特气象站2000—2015年逐日平均气温、降雨、雪深数据及MOD10A2积雪产品数据,分析了锡林河流域积雪面积、雪深年际变化特征,气象因子与积雪面积、雪深之间的相关性,以及径流的影响因素。结果表明:研究区积雪面积、雪深年内变化呈单峰型,冬季积雪面积、雪深均达到最大值,春秋次之,夏季最小。在年际变化上,积雪面积、雪深总体呈现增加趋势,其中冬季的积雪面积呈显著性增加。通过研究区气象因子与积雪的相关性表明,在积雪期,气温、风速和日照时数是影响雪深和积雪面积的主要因素,而在融雪期,气温与降水是影响雪深和积雪面积的主要因素。对径流影响因素的分析可得,气温对径流的影响最大,并且积雪面积、雪深与径流之间也存在很强的相关性,说明积雪的变化也会对径流产生影响。研究积雪动态变化及其对径流的影响对寒旱区草原流域水资源管理、农牧业发展和灾害防御具有重要的现实意义。     

环境变化对湘江湘潭站径流的影响研究

环境变化引起河川径流的显著变化,为水文水资源管理带来新的挑战,如何区分气候变化和人类活动对径流的影响是水文科学研究的热点和难点。基于STARS和Pettitt方法,综合检验径流时间序列的突变点,构建天然期径流过程模拟的水文模型,将人类活动期的径流过程还原到天然状态,并从不同年代和不同水平年的角度探讨环境变化对人类活动期的径流影响。结果表明:1992年为湘潭站1957—2014年径流时间序列的突变点,新安江模型对湘潭站天然期径流过程具有较好的模拟效果,人类活动和气候变化引起人类活动期径流增加的贡献率分别为68.24%和31.76%,气候变化影响最大的时间为2011—2014年,人类活动影响最大的时间为2001—2010年,尤以丰水年影响最大。     

河岸边坡草被减流减沙效应及其坡面流水动力学特征

为研究草本植被覆盖对河岸边坡坡面流水动力学特征及产流产沙规律的影响,阐明坡面生物措施的减流减沙效益,在放水流量为5ml/s、坡度约为15°的条件下对不同草本植被覆盖类型的河岸自然边坡进行野外放水冲刷试验。结果表明:(1)植被覆盖坡面的初始产沙量均大于裸地,黄花蒿的产沙量最大(1.92g),其次是野豌豆(1.73g)、狼尾草(1.24g),裸地(0.96g)最小;从产沙趋势上看,裸地坡面的产沙过程呈先升高后下降的趋势,而狼尾草、野豌豆、黄花蒿则呈整体递减趋势;(2)4种不同下垫面边坡土壤稳定入渗率介于2.10~4.30之间,狼尾草(4.30mm/min)最大,野豌豆(3.91mm/min)、黄花蒿(3.10mm/min)次之,裸地(2.10mm/min)最小,且入渗过程均符合Horton入渗公式:i=i_c+(i_0+i_c)e~(-kt);(3)各草本植被覆盖坡面的减流效益按大小排序为狼尾草(57.41%)野豌豆(40.74%)黄花蒿(37.03%);减沙效益大小排序为狼尾草(55.73%)野豌豆(45.71%)黄花蒿(26.89%);(4)3种草本植被坡面的径流流速及费汝德数均小于裸地,而雷诺数与裸地相比差异不大,均分布在32.46~33.90之间;各植被坡面的Darcy—Weisbach阻力系数及糙率系数分别是裸地的3.96~12.85倍和1.96~2.52倍。研究结果可为进一步揭示草被的减流减沙作用及土壤侵蚀动力过程提供理论依据。     

不同作物对坡耕地地表径流及氮素流失的影响

为了揭示坡耕地种植作物后径流和氮素流失间的差异,采用径流小区法对坡耕地种植玉米、莜麦和土豆3种作物后坡面径流、地面作物状况、氮素流失量及其关系进行了研究。结果表明:2014年7—9月6场侵蚀性降雨平均降雨量为31.49mm,径流量(Q)为Q_(莜麦-总)Q_(土豆-总)Q_(玉米-总),且与降雨量成线性关系;作物种类对径流中氮素浓度有显著影响,各形态氮浓度均值范围分别为:NO_3~-—N含量10.33~11.83mg/L,TN含量27.48~31.28mg/L,NH_4~+—N含量0.72~0.92mg/L,NO_2~-—N含量0.35~0.49mg/L;6次侵蚀性降雨全氮流失量(TNL)为TNL_(莜麦)TNL_(土豆)TNL_(玉米),均值分别为147.01,139.45,125.63mg;硝态氮流失量(NL_硝)占TNL的33.33%~43.14%,NL_硝和TNL与径流量之间存在线性关系;7—9月份,农作物进入生殖生长阶段,作物覆盖度变化较小,与降雨量和氮素流失量之间没有显著关系,不是影响坡面径流和养分流失的主要影响因素。     

龙川江上游径流量变化及其对气候变化的响应

基于1970—2012年龙川江上游小河口水文站的径流资料和楚雄的气象资料,运用M-K法、相关系数法、累积距平法等方法,分析了龙川江上游径流量、降水量和气温的年内、年际和年代际的变化以及径流量对气候变化的响应。结果表明:龙川江上游径流量年内分配极不均,在1994年后渐趋均匀,年径流量呈不显著的波动下降趋势,而且径流量在70,80年代和2010—2012年偏枯,90和00年代偏丰;年平均气温和年降水量都呈上升趋势,但后者的趋势不明显;年降水量对年径流量的影响很明显,而年平均气温对径流量的影响较小,四个季节中春季和秋季的径流量受降雨量变化的影响较大,降水量和气温的变化对夏季径流的影响都较为明显,而冬季相反。总之,不同季节的径流量对不同气候因素的响应是不同的。     

泾河流域径流-泥沙的尺度效应研究

[目的]分析泾河流域径流和泥沙的尺度效应,并通过突变检测确定突变时间点,对比突变前后水沙尺度效应的变化,为气候变化和人类活动对水沙尺度效应研究提供支持。[方法]收集整理了泾河流域1958—2013年的水沙资料,基于流域水沙异源的特性,将流域分成南北两个分支,分别探讨2条分支水沙的尺度效应,并通过Mann-Kendall突变检验方法计算出突变时间点,对比突变前后尺度效应的异同。[结果](1)南北两分支的径流—泥沙之间的尺度效应具有反向关系。北支(洪德—张家山)的产流模数随面积增加表现为线性增加,南支(三关口—张家山)的产流模数随面积增加表现出对数函数关系,随集水面积增大产流模数先快速减小后缓慢减小。北支的产沙模数随面积增加表现为线性减少,南支的产沙模数随面积增加表现出幂函数关系,即随面积增大产沙模数先快速增加后缓慢增加;(2)突变后水沙都比突变前出现了不同程度的减少,突变前后水沙的尺度效应大部分具有相同的拟合函数关系式,仅南支的产沙模数由突变前的最优二项式函数拟合转变为突变后的线性函数。[结论]气候变化和人类活动的共同作用不同程度的改变了泾河流域径流—泥沙的尺度效应。     

新安江流域降水、径流演变特征分析

为了掌握新安江流域降水、径流的演变特征,采用Mann-Kendall检验法、Morlet小波分析法对新安江流域近57年的降水、径流数据的月、年际变化,年序列的突变和周期特征进行了统计和分析。结果表明:春夏季的4—7月是新安江流域降雨和径流最为集中的时段,新安江流域年降雨、径流的年际变化均呈明显增多的趋势,新安江流域年径流、降雨的突变异常时间基本吻合,两组序列的第1主周期均为17 a,第2,3周期分别是7 a,3 a,目前正处于不同周期中的丰水年中。两组序列高度相关,且具有极其吻合的同步变化特征。可见新安江流域属于雨水补给型河流,降雨是影响该流域径流最主要的因子。新安江流域可利用径流和降雨两组序列建立了线性回归模型,其拟合和预报效果较好,在流域长期径流量预报业务中有一定的应用价值。