漓江上游水沙对降水、土地利用变化的响应

为了探究漓江流域上游水沙对气候和土地利用变化的响应特征,基于气温、降水量、径流量、输沙量,结合土地利用数据和归一化植被指数(NDVI)数据,应用Mann-Kendall检验法、双累积曲线法分析漓江上游水文气象要素变化趋势,利用累积量斜率变化率比较法定量揭示气候因子对上游径流变化的贡献率,结合植被覆盖变化特征探讨土地利用类型变化对河流水沙的影响。结果表明:1965—2019年漓江流域上游气温呈显著增加趋势,降水量、径流量、输沙量未呈现显著增加或减少趋势,同时期NDVI呈上升趋势,但土地利用结构未发生明显变化,仍以林地、耕地为主。漓江上游气温未出现突变点,降水量与径流量于1991年发生突变,1992—2019年漓江上游NDVI平均值显著高于突变前的1981—1991年,耕地面积平均值与林地面积平均值显著低于突变前的1981—1991年;输沙量于2003年发生突变,2004—2019年漓江上游NDVI平均值与建设用地面积平均值显著高于1981—2003年。降水对径流改变的贡献率为56.30%,降水量-径流量关系并未在突变点前后发生改变。降水量对输沙量改变的贡献率为-12.67%,降水量-输沙量关系在突变后发生改变。

黄河上游近60年水沙变化特征及其影响因素

由于受人类活动及气候变化影响,黄河上游干流水沙特征发生显著变化。为探究黄河上游水沙变化情况,基于黄河上游5个水文站19642019年水沙、遥感影像等数据,利用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法、累积距平曲线和双累积曲线等突变检验方法和小波分析法,对黄河上游水沙变化特征进行研究。利用水沙关系曲线及线性回归法等方法估算人类活动和气候对水沙变化的贡献率,并着重讨论梯级水库建设及土地利用变化对水沙的影响。结果表明:1)黄河上游玛曲-小川段流域内降雨量和径流量变化幅度不明显,贵德站、循化站、小川站19862019年年均输沙量分别减至19641985年的9.8%、24.6%、38.8%,输沙量大大减少。黄河上游玛曲-小川段径流量突变多在1986年,输沙量突变多在1969、1986、2004年,径流量存在8、16、22 a周期,输沙量存在4~8、18~21、27 a周期。2)1969年后,河流输沙能力增强,水沙关系显著改变。在不同时段内,人类活动对径流量变化在19872019年贡献率为66.3%,对输沙量变化在19701986、19872004、20052019年的贡献率为72.96%、70.73%、69.7%。人类活动对黄河上游干流水沙影响占据主导因素。3)刘家峡水库淤积最为严重,单库运行期水库淤积量为2.39亿t,排沙比变化范围为1.39%~10.7%。梯级水库联调使得径流量在19642004年间减少47.8%,19642019年间梯级水库减沙94.8%,梯级水库对输沙量影响远大于对径流量的影响。4)19802020年间,草地面积增加了1880.03 km 2,增幅3.1%,有利于减少输沙量,草地拦沙效益大于截流效益。

羊信江流域水沙变化特征及其影响因素

为深入研究水沙变化对流域生态修复和经济可持续发展的影响,利用Mann-Kendall非参数趋势检验法、Pettitt突变检验法、Spearman秩相关系数法、累积量斜率变化率比较法对赣江上游羊信江流域1964—2020年的降雨量、径流量和输沙量的变化特征及其贡献率进行分析,确定影响流域输沙量变化的主要因素。结果表明:①羊信江流域在1964—2020年年降雨量和年径流量无显著变化,年输沙量呈显著增加趋势;②降雨量、径流量及输沙量年内分配不均,均多集中在汛期(3—6月份);③年降雨量、年径流量均未发生显著突变,年输沙量在1995年发生显著突变(P<0.01);④降雨和人类活动对输沙量增加的贡献率分别为-0.35%、100.35%。以稀土矿开采、脐橙种植、跨河公路修建为主的人类活动是导致羊信江流域水土流失的重要原因。研究成果对流域种植结构调整及矿产资源绿色开放具有重要的指导意义。

黄河流域水沙变化的文献计量分析

随着气候变化和人类活动影响的加剧,我国水沙情形所面临的挑战更加严峻。为研究我国黄河流域水沙变化情形的热点及发展趋势,借助CiteSpace可视化分析方法,对中国知网上1966—2022年间的1 907篇相关文献进行可视化分析,绘制出作者、机构及关键词等图谱,并对其展开分析,结果表明:(1)自2000年开始,水沙变化的研究量逐渐呈上升趋势,形成了较为密切的学术团队,且有着良好的合作关系;(2)中国科学院水利部水土保持研究所、河海大学水文水资源学院和中国科学院大学是该领域发文较多的机构;(3)水文模拟、黄土高原、土壤侵蚀及径流是出现次数较多的关键词,这表明当前的研究侧重于这4个方面;(4)当前的研究热点主要聚焦在黄河流域水沙变化的归因性分析及驱动机制的研究两个方面。

浅谈白龙江含沙量对宝珠寺及碧口水电站的影响

水电站兴利库容与河流年径流量对电站发电效益起决定性作用,由于暴雨形成的产流、汇流对上游地表冲刷产生的泥沙经过库区时,水流速度骤降,水体夹沙能力减弱,泥沙在重力作用下淤积在电站库区,影响水电站兴利库容和发电效益。文章通过三磊坝水文站1958-2021年实测输沙量数据对比分析,找出宝珠寺电站与碧口电站运行前后含沙量的变化规律,估算出了宝珠寺与碧口电站库区淤积泥沙体积,形成了是否对兴利库容有影响,是否对发电、灌溉效益有影响的初步判断,对电站的健康运行提出了参考意见及建议。

卡群水文站1960—2020年输沙量变化特征分析

结合叶尔羌河卡群水文站1960—2020年实测含沙量数据,采用Mann-Kendall方法对其年尺度和季节尺度输沙量进行趋势检验,分析其变化特征。分析表明:卡群水文站年输沙量呈现递减变化,但趋势检验未通过90%的显著性检验,90年代后其输沙量有所递增。夏季卡群水文站输沙量递减趋势最为明显,趋势检验值可通过90%的显著性检验。降水量变化是其河道输沙量递减的主因。

维持黄河流域水沙平衡的调控指标阈值体系研究

推进黄河流域系统治理与黄河水沙协同调控是确保黄河长久安澜的关键。因受气候、生态、地形地貌和强人类活动等多系统耦合影响,约束黄河水沙整体行为的分系统协调以及各单系统水沙关系协调的表征指标筛选及其阈值确定,一直是治黄实践的难题。基于维持黄河全流域水沙平衡,构建了黄土高原-干流河道-河口水沙协同调控三级指标阈值体系,包括1个一级指标、8个二级指标和20个三级指标。结果表明:(1)流域侵蚀防控指标阈值体系中,60%的林草梯田覆盖率下可致产沙的次降水量阈值为57 mm;可基本遏制流域产沙的林草有效覆盖率和梯田比阈值分别为60%和40%;淤地坝拦沙减蚀阈值为三级沟道控制率40%~50%。(2)河道水沙调控指标阈值体系中,近期宁蒙河段平滩流量阈值约为2 000 m^(3)/s,远期黑山峡水库建成后宁蒙河段平滩流量阈值约为2 500 m^(3)/s;近期潼关高程调控阈值约为328 m,远期古贤水库建成后潼关高程可冲刷下降至326 m左右;下游河道平滩流量阈值约为4 000 m^(3)/s。(3)考虑黄河三角洲淤蚀动态平衡,河口稳定沙量阈值约为2.6亿t/a。

基于MWP检验的黄河内蒙古河段水沙过程时变点分析

运用统计学方法确定水沙过程发生变异的原因及标志性节点,是理解河势演变制约机制与发展趋势的一种重要研究手段。近年提出的MWP非参数检验法对时序数据总体分布的假定要求较宽,具有避免严重分析误差、适用性强的特点。采用这一方法对黄河内蒙古河段3个水文站1973-2004年实测径流泥沙资料进行时间序列分析,获得了以含沙量、流量为指标的多级水沙时变点信息。研究表明,河流特殊水文事件会引起水沙时间序列时变点的响应,Ut曲线的波峰与波谷(KT)体现了时间序列中对水沙过程影响最大的节点即非参数检验统计突变点。一级时变点是长时段水沙过程出现趋势性变化的标志性节点,上游龙羊峡水库运用就在一级时变点中得到映射。二级时变点多为短期偶发事件引起水沙过程局部调整的标志性节点。借助MWP检验法确定河流水沙时间序列的多级时变点,可确定影响河流水沙过程长期变化趋势与局部时段调整的关键因子,追溯水文情势变化诱因,有助于认识近年黄河水沙变异的态势。

黄河上游黄土高原入黄沙量变化分析

早在20世纪70年代黄河上游实测输沙量就开始大幅减少,其中黄河下河沿站1970—1999年和2000—2022年年均输沙量分别较天然时期减少50%、76%,但迄今有关该区沙量锐减的研究极少。以黄河李家峡大坝至青铜峡区间的黄土高原为重点,分析了该区水沙和有效降雨变化情况、水库和淤地坝在不同时期的拦沙作用,还原了1960年以来流域实际产沙量,研究了梯田和植被变化情况,计算了现状下垫面在设计降雨情景下的产沙量。研究结果表明:20世纪后期水库拦沙是研究区输沙量大幅减少的主要原因,2000年以来梯田建设和植被改善逐渐成为主要减沙因素、水库拦沙次之;基于2021年下垫面推算的下河沿以上产沙能力为5800万~6600万t/a、较天然时期降低约62%,清水河流域产沙能力为1920万~2743万t/a、较天然时期降低约53%;未来植被改善潜力很小,新建梯田仅可弥补老旧梯田田埂损毁的负面影响,因此产沙能力进一步降低的潜力极小。

我国主要河流水沙变化态势及人类活动影响

为了解我国主要河流的水沙变化态势及主要成因,利用M-K检验法分析了我国主要河流代表站径流量和输沙量的变化特征,探讨了影响水沙变化的人类活动。结果表明,我国主要河流多年平均年总径流量和年总输沙量分别是14057亿m^(3)和14.41亿t,总径流量无显著变化趋势,总输沙量显著减少;南方河流、淮河和塔里木河年径流量无显著变化趋势,黑河年径流量显著增加,除淮河外的其他北方河流年径流量明显减少;除松花江和钱塘江外,其他主要河流年输沙量呈显著减少趋势。影响河流水沙变化的人类活动包括水土保持措施、水库工程、引水引沙、河道采砂等,北方河流和南方河流水沙变异的影响因素有所差异。

中国南北过渡带典型流域输沙变化及其驱动因素

南北过渡带是中国重要的地理-生态过渡带。南北过渡带主要河流的径流量和输沙量发生显著变化,直接影响了流域生态治理、水资源开发利用。前期研究多集中于南北过渡带的某一流域,针对整个区域河流输沙量时空变化特征及驱动因素仍缺乏较系统深入的研究。本文基于1961—2016年渭河、汉江和嘉陵江三个典型流域56个代表性水文站实测输沙资料,采用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变检验分析流域输沙时空变化特征,结合双累积曲线法定量评估输沙变化影响因素。研究结果表明:(1)三个典型流域内各水文站年输沙量减小趋势均达到极显著水平(P<0.01),咸阳、皇庄以及北碚站2010—2016年的年均输沙量与20世纪60年代相比,减幅超过84%;(2)各站输沙序列主要在20世纪60年代末和1990年左右发生突变;(3)研究区多年平均输沙模数呈现西高东低的空间分布,且随时间变化整体呈现减小趋势,主要侵蚀产沙区包括渭河上游、汉江丹江干流沿岸、汉中盆地周边地区、嘉陵江干流中下游及其支流西汉水、白龙江中下游、涪江上游区域;(4)人类活动是河流输沙量减少的主要驱动因素,对输沙变化的贡献率均超过94%;渭河流域输沙量减少主要受水土保持治理影响,汉江和嘉陵江流域则与生态工程以及梯级水利工程建设有关。本研究可为南北过渡带不同区域水土流失防治以及流域综合治理提供科学依据。

黄土高原多沙粗沙区泥沙集中度变化特征及驱动因素

[目的]揭示黄土高原多沙粗沙区的泥沙和泥沙集中度的变化规律,阐明泥沙集中度的影响因素,进而为流域水土流失治理和生态保护提供一定的科学依据。[方法]基于1956—2010年皇甫川、孤山川、秃尾河、窟野河和无定河流域的输沙量数据,利用Mann-Kendall趋势检验法、Pettitt突变点检验法、Morlet小波分析方法分析了黄土高原多沙粗沙区泥沙集中度的时空变化特征,通过Pearson相关系数探究了泥沙集中度与生态建设措施的相关性。[结果](1)1956—2010年,黄土高原多沙粗沙区的输沙量呈现显著减少的趋势,但是皇甫川、孤山川、无定河流域的泥沙集中度呈现显著增加的趋势。(2)孤山川与无定河流域的泥沙集中度具有显著的(p<0.05)突变点,分别为1990年与1986年。(3)研究区泥沙集中度主周期介于15~55 a。(4)径流集中度对于研究区泥沙集中度有显著的影响。除此之外,生态建设措施面积与泥沙集中度有显著的正相关关系,其中梯田、造林和种草对于研究区的泥沙集中度的影响程度最大。[结论]黄土高原多沙粗沙区的输沙量逐渐减少且越来越集中,泥沙集中度受到降雨径流和生态建设措施等因素影响。

基于马斯京根法的多沙河流输沙演算

多沙河流洪水演进中的泥沙输运计算十分重要,水动力学方法复杂且计算量大,水文学方法简单但只针对水流过程计算。为了同步实现水沙过程的快速有效计算,在传统马斯京根流量演算方法的基础上,拓展出马斯京根输沙率演算方法。将该泥沙输运的水文学计算方法应用于黄河中下游河道流量与输沙过程演算,演算得到的泥沙输运结果有一定精度,证实了该方法是可行的,可作为多沙河流水沙计算的一种快速有效的水文学方法。

金沙江流域水沙变化及其驱动机制

为了探究金沙江流域控制水文站屏山站水沙序列的趋势及突变特性,量化不同驱动因素对水沙变化的贡献。基于金沙江流域1954—2016年径流和输沙数据,从长时期及场次事件两个角度揭示了水沙关系的动态变化特征。结果表明:(1) 63年间,径流量年均变化速率为-1.16×10^(8)m^(3)/a;输沙量年均变化速率为-2.0×10^(6)t/a;1998年长江流域发生特大洪水,水沙序列在该年发生突变;(2)水沙关系的特征参数a值在1998年前后由上升改为下降趋势,退耕等坡面水保措施在1998年后发挥了重要作用;b值始终下降,河道影响因素始终发挥减沙作用;在场次降雨尺度上,流域径流-悬移质泥沙环路(C-Q环路)以顺时针形环路为主,表明坡面泥沙物源充足,是影响流域产沙的重要因素;(3)流域内降水、温度及NDVI与径流和输沙之间有明显的相关性,人类活动与降水因素对径流量的贡献比为-1∶2,而输沙量主要受人类活动影响,对应的贡献比为-6∶1。综上,金沙江流域63年间的径流输沙受多种因素综合影响,径流量的变化主要由于降水的变化,输沙量受人类活动影响更大。

基于二元Copula分布的五华河流域水沙特性分析

以往年径流量及年输沙量重现期的推求多以单变量频率分析为主,没有考虑水沙联合变动下分布情况,对河道治理、水利工程建设及取沙用沙造成一定影响。该文以五华河河子口水文站为例,采用滑动相关系数法及Mann-Kendall检测法分析水沙变化趋势,对河子口水文站年径流量与年输沙量基于二元Copula分布的联合概率计算,分析单变量重现期与双变量联合重现期差异,探求水沙变化规律及影响因素,为五华河流域水资源开发利用提供依据。

高州(四)水文站悬移质输沙率间测分析

目前的泥沙测验技术水平,还无法实时直接测得通过河流某一断面的输沙率或断面平均含沙量过程,该文根据水文规范相关要求,对高州(四)水文站2013—2020年泥沙测验数据进行统计分析,探求高州(四)水文站悬移质输沙率实行间测的可行性,以提高测验效率,为水文巡测提供技术依据。

鸳鸯池水库泥沙淤积特性分析

为了促进鸳鸯池水库可持续利用,最大限度地发挥水库综合效益,更好地促进当地社会经济高质量发展。以金塔县鸳鸯池水库第5次泥沙淤积测量断面及测量数据为基础,进行了水库泥沙淤积特性分析,准确掌握了水库泥沙淤积现状,为后期实施水库清淤、增加水库有效蓄水量、恢复水库灌溉功能、延长水库使用寿命提供科学依据。

鄱阳湖五河入湖水沙丰枯遭遇关系分析

【目的】探究鄱阳湖五河入湖水沙丰枯变化及其影响因素。【方法】基于鄱阳湖“五河”流域控制水文站的径流量—输沙量资料,利用滑动相关系数法、双累积曲线法和Copula函数,揭示了流域水沙演变规律,定量评估不同时期流域水沙丰枯遭遇事件发生的概率。【结果】五河入湖总径流量呈增加趋势,其中修水增加趋势显著,总输沙量呈显著减少趋势,而饶河输沙量呈显著增多趋势;五河入湖水沙关系除抚河外都出现突变变化,其中信江水沙关系突变后径流量增幅最大为15.9%,赣江输沙量降幅最多为67.3%,饶河P3时期(2004—2018)的输沙量相较P1时期(1956—1971)增幅高达100.3%;不同时期“五河”水沙丰枯异步的概率要小于丰枯同步,且丰枯同平的概率最高;【结论】极端降水特征、水土保持项目的实施、水库建设和河道采砂对流域水沙变化影响深远。

黄河口双流路同时行河运用年限研究

刁口河已停河46 a,流路湿地生态系统萎缩、退化严重,刁口河、清水沟流路同时行河可以为刁口河提供水沙补给,扩大自然湿地面积、恢复岸线自然延伸趋势。针对河口河段不淤临界流量开展研究,并设置不同分流比方案,利用河口多流路行河水沙演进数学模型,计算分析了以清水沟流路为主、刁口河流路为辅的行河年限。结果显示:河口河段冲淤临界流量为1600~2200 m^(3)/s;当大河(利津断面)来流大于3800 m^(3)/s时,在清水沟流路达到平滩流量4000 m^(3)/s前按照1600 m^(3)/s向刁口河分流,之后逐渐增加分流流量到4000 m^(3)/s,对清水沟流路行河年限、水位影响较小;若进一步减小大河起分流量,增加刁口河分水分沙量,会对清水沟流路行河年限造成较大影响。流路行河年限受水沙条件、地形边界、海洋动力等多因素影响,设计水沙条件下双流路同时行河,可在尽量发挥清水沟流路运用潜力的基础上,最大限度为刁口河补水补沙,利于湿地生态系统的保护和修复。

金堤河不同水期水体污染物时空变化特征分析

为探明水期和断面对水体污染物时空分布的影响,以黄河支流金堤河6个观测断面为研究对象,分析水体有机质和富营养化指标,并用主成分法综合评价各断面污染状况。结果表明:各水期(平水期、丰水期和枯水期)水体有机质指标Ⅳ类及以上水质标准的占比分别为45.83%、37.50%和54.17%,各水期都会出现COD_(Cr)污染,且张秋断面有机质浓度均高于其他断面;各水期水体富营养化指标Ⅳ类及以上水质标准的占比分别为55.56%、61.11%和50%,断面间以范县金堤桥和子路堤桥占比最大,劣Ⅴ类水质污染主要在平水期和枯水期,污染物主要为总氮;根据主成分分析法对流域断面污染状况的综合评价,影响该区水环境的主要污染物为BOD5和总磷,平水期宋海桥断面、丰水期和枯水期范县金堤桥断面水体污染较为严重。以上研究结果表明,金堤河水体污染物呈现明显的时空差异性特征。