黄土高原径流侵蚀功率输沙模型的改进

水土流失对流域生态危害严重,输沙量模拟和预测可以为流域水土流失防治提供依据,因此精确的输沙模型是流域水土流失治理的重要工具。为了精确模拟变化环境下黄土高原年输沙量,该研究基于黄土高原19个水文站的径流和输沙数据,通过随机森林变量重要性度量方法评估年径流侵蚀功率、淤地坝指数、淤地坝相对指数、归一化植被指数、不透水地面积等因子对流域年输沙量的影响,使用非线性最小二乘法估算年输沙模型参数,对比分析不同因子组合的年输沙模型精度,提出适用性较强的黄土高原年输沙模型,据此开展年输沙量变化贡献率分析。结果表明:1)以幂函数形式构建的仅含径流侵蚀功率单因子输沙模型精度与流域面积有显著的负相关关系,相关系数为-0.505(P<0.05),模型精度随着流域面积增大而下降,在面积大于7000 km^(2)的流域适用性较差;2)年径流侵蚀功率、淤地坝指数及不透水地面积因子组合建立的多因子年输沙模型在黄土高原适用性最佳,模型在率定期纳什效率系数平均值为0.84,均方根误差平均值为0.21亿t,在验证期纳什系数平均值为0.79,均方根误差平均值为0.27亿t。3)影响研究流域年输沙量变化的因素依次是:年径流侵蚀功率、不透水地面积和淤地坝指数。研究可以为黄土高原不同区域水土流失防治和生态治理工作提供理论支撑。

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。

长江上游主要支流水沙特性及其影响因素分析

雅砻江、岷江、嘉陵江和乌江的水沙特性是决定长江泥沙变异的关键因素之一,关乎三峡水库的合理运行,关系着长江流域水资源的合理开发利用及水生态平衡.本文基于2002—2016年期间,长江主要支流设置的桐子林、高场、北碚、武隆4所重要控制性水文站水文泥沙监测资料,深入系统地探讨水文泥沙参量的变化特征及其影响因素,借助统计软件SPSS进一步分析水文泥沙参量的相关性.研究结果表明:在时序上,各支流年均含沙量、年输沙量、年输沙模数降低22.57%~91.54%,年径流量雅砻江、岷江和乌江增大3.28%~17.96%,嘉陵江降低1.58%;嘉陵江和乌江的中值粒径增大50%~80%.水电站的修建导致年均含沙量、年输沙量、中值粒径、年输沙模数降低5%~79.34%;强降雨、滑坡、塌方、泥石流、溃坝等自然灾害以及人为诱发滑坡和向河道倾倒土石体致使年均含沙量、年输沙量、年输沙模数增大20%~702.94%.参数间相关性由强到弱排序为年均含沙量和年输沙量/年输沙模数,年径流量和年均含沙量,年径流量和年输沙量/年输沙模数,年均含沙量和中值粒径,中值粒径和年输沙量/年输沙模数,以及年径流量和中值粒径.研究成果将为长江支流梯级电站的规划设计、三峡水库的合理运行提供理论支撑.

长江上游蒋家沟泥石流输沙年际变化与降水旋回特征关系

根据小江流域1956～2002年的降水资料，运用Mann—Kendall（M—K）非参数检验法和自相关函数，发现1990代降水呈现显著增加的趋势，其降水年均值比前期年均值增加96．5mm（16．2％）。并结合37a气候变化下的蒋家沟高频率暴雨泥石流输沙量时序观测资料，分析了降雨变化与泥石流输沙量的关系，结果显示1990年代泥石流输沙量有显著增加的趋势，1990年代的年均输沙量比前期（1965～1989年）的年均输沙量多91×10^4m^3／a。反映了暴雨泥石流输沙年际变率对降水年际变化的旧应关系。本文已经初步揭示暴雨泥石流灾害活动年际变化的基本规律，并且为未来暴雨泥石流中、短期时间尺度的预测研究提供一条新路。

三峡工程蓄水后长江中下游来水来沙变化规律研究

三峡工程蓄水后,水库调度以及库区淤积改变了长江中下游来水来沙特性,进入长江中下游泥沙大幅度减少,"清水"下泄、河床冲刷,使沿程沙量逐步恢复。在以往研究的基础上,增加新的水沙系列对三峡工程蓄水运用20年三峡水库淤积和坝下游长河段冲淤进行一维数学模型计算,研究分析长江中下游年来水量、年输沙量变化规律以及沿程变化趋势,并根据三峡工程蓄水后的实测资料进行对比验证。其成果可为其他行业研究提供基础。

洞庭湖的泥沙输移特性

洞庭湖承泄长江三口和湘、资、沅、澧四水的来水来沙。作者应用大量的实测水文泥沙资料 ,分析了全洞庭湖和西洞庭湖、东、南洞庭湖年际输沙、年内输沙、不同粒径的输沙特点和规律 。

怒江干流水沙年内分配特征及其变化趋势

怒江研究基础严重滞后于流域资源保护与开发利用的需求。利用怒江干流贡山、道街坝和木城3个水文站历年月径流和悬移质输沙观测数据,运用集中度与集中期、Mann-Kendall检验和R/S分析等方法,研究怒江干流1964-2011年水沙年内分配时空特征及其变化趋势。结果表明:怒江干流径流呈缓慢上升趋势,但输沙上升趋势明显;怒江干流悬移质输沙年内分配集中度明显高于径流,径流和悬移质输沙年内分配集中度时间上呈波动下降趋势,空间上呈从上游到下游递减的趋势;径流和悬移质输沙年内分配多年平均集中期均在7月中旬,较降水集中期稍有提前;怒江干流径流年内分配集中度未发生突变,悬移质输沙年内分配集中度在1977年开始发生突变,在1995年后下降趋势明显;怒江干流径流和悬移质输沙年内分配集中度未来仍将延续波动下降的趋势,且悬移质输沙年内分配集中度的下降趋势比径流更强。

20世纪中期以来不同时段黄河年输沙量对水土保持的响应

黄河年输沙量作为黄河中游黄土高原地区水土流失的载体,在水土流失治理薄弱状态下平均约16亿t/a。截止2015年黄河中游黄土高原地区水土流失综合治理措施保存面积达到26万km^2,治理程度超过62%。黄河(龙门、华县、河津、状头) 4站年输沙量之和已有10余年不到5亿t/a,最少年份不到1亿t/a。当前国家把黄河流域黄土高原地区的保护与治理作为重大战略举措,因此,研究黄河年输沙量对水土保持的响应特性与响应程度具有重要的现实意义。笔者选取22个降雨因子和水土流失治理度因子,采用回归分析方法,对1954-2015年黄河4站年输沙量分3个时段进行统计分析。计算结果:1) 1954-1966年时段,仅“河吴区间7-8月降雨量”1个因子可以“解释”该时段年输沙量78%的变化;2) 1967-1987年时段,逐步回归筛选出了由水土流失治理度和3个降雨因子组成的非线性回归模型;3) 1988-2015年时段,仅由“水土流失治理度”1个因子就能够“解释”黄河年输沙量近80%的变化。3个时段计算结果的变化表明,随着水土流失治理度的增加,黄河4站年输沙量对水土保持的响应从不明显到显著。其中:20世纪60年代以前黄河年输沙量对水土保持响应不敏感;20世纪60-80年代,水土保持减少黄河年输沙量的作用显现,黄河年输沙量对水土流失治理程度有所响应,水土流失治理度是造成黄河年输沙量波动递减的主要因子;20世纪80年代中期以后,水土保持减少黄河年输沙量的作用十分显著,黄河年输沙量对水土流失治理程度响应强烈,在水土流失治理度超过60%时,以95%的置信度,黄河年输沙量小于6亿t/a;近期水土保持对黄河年输沙量的减沙量超过10亿t/a。

水电开发对河流水沙年内分配的影响分析

以中国西南重要的国际河流澜沧江为研究对象,借鉴＂基尼系数＂的构建思路,建立了水沙年内分配均匀度计算模型,并通过下游水沙与上游天然水沙和区域降水的关系,建立了河流水沙年内分配均匀度回归还原模型。还原结果与实测对比表明：漫湾、大朝山电站建设以来,澜沧江径流年内分配均匀度年均升高1.14%,变幅在-7.32%-10.81%之间,输沙年内分配均匀度年均降低0.23%,变幅在-18.98%-26.76%之间;漫湾、大朝山电站同时运行期间,澜沧江径流年内分配均匀度年均升高3.90%,输沙年内分配均匀度年均降低0.42%;大朝山水电站建设后,澜沧江径流年内分配均匀度升高而输沙年内分配变化不明显,说明大朝山水电建设后河流水沙关系发生了变化,但变化较小。该成果不仅能为相关研究提供方法借鉴,也为水电开发对澜沧江水沙年内分配影响程度的科学评估提供了新的依据。

黄海和东海表层悬沙浓度年际变化特征

运用547 nm反射率、海表温度和海表风场遥感数据,分析了黄、东海表层悬沙浓度的年际变化特征、影响因素和形成机理。研究区近岸海域表层悬沙浓度较高,远离陆地的海域悬沙浓度一般较低,且存在明显的季节变化,其季节变化的敏感区(变化较大的区域,其反射率差大于1%)为浑浊羽状流分布区域和近岸海域。该羽状流从江苏海岸向东偏南方向延伸至黄、东海陆架中部,其边界以4 mg/L表层悬沙浓度为标志,冬季最盛,夏季最弱,甚至消失。研究区表层悬沙浓度也存在明显的年际变化,其冬季敏感区为浑浊羽状流与朝鲜半岛之间的海域(即羽状流东北部)、台湾海峡、近岸海域、浑浊羽状流南部边缘;其夏季敏感区主要是近岸海域。悬沙浓度年际变化的幅度略小于季节变化。冬季黄海暖流和台湾暖流对浑浊羽状流的扩散起阻碍作用,二者基本框定了该季节浑浊羽状流的边界范围,其年际变化形成多年尺度上冬季表层悬沙浓度的敏感区。虽然风浪作用对悬沙浓度变化有影响,但不是影响年际变化的主要因素。研究区冬季浑浊羽状流的形成和扩展的变异是受陆架环流控制的,是表层悬沙向深海输运的重要因素。此外,对敏感区的平均海表温度与南方涛动指数(SO)I、太平洋十年涛动指数(PDO)I的相关分析结果表明,本区陆架环流的宏观格局受到了厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和太平洋十年涛动(PDO)的影响,而PDO的影响弱于ENSO。

西江流域干流近年水沙变化特征

选取西江干流迁江站、大湟江口站、梧州站、高要站1957-2016年的年径流量与年输沙量数据,采用Mann-Kendall检验法、5年滑动检验法、累积距平法进行定量与定性分析,同时使用模拟退火算法进行非线性回归分析,得出西江流域干流年径流量和年输沙量的变化规律。结果表明:径流量与输沙量年内分配具有一定不均匀性;迁江站的径流量和输沙量呈显著下降趋势,其他站的年径流量变化呈上升趋势、年输沙量呈显著下降趋势。迁江站径流量于2002年发生突变。迁江站、大湟江口站、梧州站和高要站年输沙量分别在1991、1997、1994、1999年产生显著突变。西江干流年径流量变化趋势呈微波动,年际变动幅度较小,年输沙量呈下降趋势,突变点为1990年。

罗定江干流输沙量年际变化趋势及跳跃分析

采用Kendall秩次相关检验法、Spearman秩相关系数法2种趋势分析方法和有序聚类法、游程检验2种跳跃分析方法对罗定江干流控制站官良站1959—2019年的年输沙量进行了分析。结果表明,罗定江干流年输沙量呈显著下降趋势,年输沙量变异点为1986年;1959—1986年,年输沙量呈显著上升趋势,与年径流量的趋势相同,且相关性较好;1987—2019年,年输沙量呈不显著下降趋势,与年径流量的趋势不同,且相关性较差。

近60年广西西江流域年输沙模数特性分析

利用Mann-Kendall秩次相关检验、Spearman秩次相关检验和Mann-Whitney-Pettitt突变点分析研究西江流域年输沙模数的趋势和突变成分;利用Kriging插值法对年输沙模数的均值和趋势等进行空间插值;绘制双累积曲线和利用水文分析法研究年输沙模数的变化成因。结果表明:西江流域年均输沙模数在20世纪60—70年代上升,但在80年代又持续下降;多年输沙模数20世纪60年代从西部和东部到东北部逐步减小,70年代从外部到中部逐步减小,80年代从西北部和东部到南部和东北部逐步减小,90年代从西北部和东部到中部和东北部逐步减小,2000—2009年从东部和西部向北部逐步减小;一般情况下上游多年平均输沙模数大于中下游的多年平均输沙模数;在不受降水变化影响的情况下,西江年输沙模数的变化主要是人类活动影响流域侵蚀产沙的结果,降水变化对输沙模数的贡献率为6.3%~12.3%,人类活动的贡献率为87.7%~93.7%。

渭河源区输沙量演变特征及其影响因素分析

鉴于研究渭河源区输沙量的变化特征及影响因素,对流域内水土流失治理、水利工程规划和生态建设等具有重要意义,采用年内分配向量法、Pearson相关系数法、R/S分析法、累积距平法、通径分析法、累积量斜率变化率比较法等多种方法,分析了渭河源区1981~2016年输沙量的年内变化特征,年际变化的趋势性、突变性及气候变化与人类活动对输沙量的影响程度。结果表明,渭河源区输沙量年内分配逐渐趋于均衡,集中期呈提前趋势;年输沙量在1996年前后发生突变,突变前后减幅79.4%,在未来一段时间内继续保持减少趋势;极端降水对源区产流、产沙具有显著影响,其通过影响年最大洪峰流量而间接地对输沙量产生影响,其减少对输沙量的贡献率为12.5%,在不考虑其他气象要素的影响时人类活动对输沙量的贡献率为87.5%。