Annual Discharge and Sediment Load Variation in Jialing River During the Past 50 Years

Annual discharge and annual suspended sediment loads of Beipei Hydrological Station of the Jialing River catchment were analyzed to describe the trend of Jialing River over the last five decades (1956-2006). These loads were also analyzed to ascertain the influential factors associated with its variation with the help of Kendall's Tau-b correlation analysis and regression analysis. The results indicated that the Jialing River annual discharge showed no significant trend at >95% confidence level while the annual sediment load appeared to have a significant decrease trend over the last 50 years. A decrease in the annual sediment load was particularly apparent after the year 1985, at which a substantial shift in the sediment level occurred. This shift is attributed to the construction of numerous dams in 1980s. However, after the year of 1985, two periodical stages (1986-1991 and 1992-2006) with distinct sediment load and sediment-runoff ratio were identified. The period 1992-2006 is characterised by low sediment load, which is most probably due to the impact of large scale of soil and water conservation, which took place at the end of the 1980s. Last, models describing the relationship between the discharge and the sediment load, discharge and sediment-runoff ratio as well as between the sediment load and sediment-runoff ratio were constructed.

Spatiotemporal Evolution of Runoff and Sediment of the Taohe River and Its Driving Analysis

In order to explore the spatial and temporal changes of runoff and sediment in the Taohe River and its driving mechanism,Spearman correlation coefficient method,Mann-Kendell mutation test method and ordered clustering method were used to analyze the changes of runoff and sediment discharge and their driving factors in four hydrological stations along the Taohe River from 1957 to 2016.The results showed that the correlation between runoff and sediment of the four hydrological stations along the Taohe River was significant,and the correlation coefficient was 0.728-0.984.The runoff and sediment transport in the interval showed an increasing and decreasing trend.The decrease rate of runoff was 133.82%-216.17%higher than that of Xiabagou station,and the decrease rate of sediment transport was 250.49%-4766.33%higher than that of Xiabagou station.The mutation year of the Taohe River runoff occurred in 1986,and the maximum decrease was 35%.The water-sediment relationship curves of different periods showed that the sediment discharge of the four stations changed abruptly around 1990,and the maximum reduction before and after the mutation was up to 73%,and the sediment discharge in the river channel decreased significantly.The research showed that human activities were the main driving factors for the change of water-sediment relationship in the Taohe River.

Trace Elements Loss Characteristics in Runoff Discharge from Tobacco-Growing Red Soil in Sichuan Province of China

Trace elements are found in small concentrations in soil, yet plants require them for physiological functions. The runoff process leads to soil fertility loss by shifting soil particles and elements, and deposits them to a different position. However, there is a lack of information about the amount of trace elements that flow in tobacco-growing red soil during the natural rainy seasons due to runoff. In this study, runoff discharge was collected from two different soil mulching conditions (straw and no straw) at 15?, in Miyi county of Sichuan province, to evaluate the characteristics of trace elements in runoff discharge. The runoff discharge was filtered to separate water (runoff) from sediment. The concentrations of the elements were analyzed in samples obtained from 9 erosive rainfall events, with 3 replications for every sample. The considered trace elements were Zinc (Zn), Copper (Cu), and Molybdenum (Mo). In addition, the total amount of each element loss per unit area (total loss) was also calculated statistically. The results revealed different concentrations and total losses for the selected trace elements. The total loss in runoff ranged from 10.82 to 194.05 mg/ha, 0.62 to 18.91 mg/ha, and 0.32 to 2.37 mg/ha for Zn, Cu, and Mo, respectively. The total loss in sediment ranged from 54.65 to 12036.34 mg/ha, 44.74 to 5285.30 mg/ha, and 1.78 to 399.82 mg/ha for Zn, Cu, and Mo, respectively. Rainfall intensity, runoff depth, and sediment yield showed distinct positive correlations with the trace elements losses. The loss reduced with the addition of straw in the experimental area. Since each trace element showed distinct characteristics in the runoff and sediment, it is crucial to assess the loss of trace elements in runoff discharge from different agronomic practices. In turn, various sustainable practices of preventing soil fertility loss will be identified.

A Simulating Experiment in the Process of Soil Erosion on Bare Land in Mt.Tanakami

In order to understand the process of surface erosion and acquire basic data of conditions on hillslope without vegetation, a sprinkling experiment is conducted on a bare slope in Mt.Tanakami in the central part of Japan. Based on the measurements of runoff, mean soil erosion depth, and sediment yield, etc., the results suggest the following characteristics in the process of surface erosion in the experimental area. (1) The occurrence of sediment discharge is interrupted; (2) Surface runoff is a saturated overland flow; (3) The mean soil erosion depth is thick compared with other areas in Mt.Tanakami; (4) Sediment discharge process is detachment-limited.

北方主要河流水沙变异及其成因

为研究我国北方河流的水沙变异及主要成因,本文利用M-K检验法和水文量累积曲线法,分析了1950—2020年我国北方河流代表站径流量和输沙量的变化特征,探讨了影响北方河流水沙变化的主要因素。结果表明,淮河代表站年径流量没有明显的变化趋势,其他北方河流的年径流量具有减小或显著减小趋势;松花江代表站年输沙量无趋势变化,其他北方河流代表站年输沙量都有显著减少趋势;影响北方河流水沙变化的主要因素包括水土保持、水库拦沙、流域降水变化、引水引沙与泥沙综合利用、工程建设等,其中水土保持是北方河流流域保水减沙的主要措施,水库拦沙在江河水沙态势变异中发挥重要作用,流域降水变化也是北方河流水沙变异的影响因素,引水引沙与泥沙综合利用也对北方平原河流水沙变化发挥一定的作用。

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。

1986-2018年黄土丘陵区典型小流域不同水文年水沙变化

[目的]探讨黄土丘陵区罗玉沟典型小流域水沙变化趋势以及不同水文年径流输沙对水土流失治理的响应差异,量化降水和人类活动对流域水沙影响的相对贡献,以期为黄土丘陵第三副区流域水土流失治理和水资源管理提供参考。[方法]基于罗玉沟流域1986—2018年的降雨、径流、输沙等数据,采用Mann-Kendall检验法、累积距平法及双累积曲线法分析流域水沙变化趋势及驱动因素。[结果]1986—2018年罗玉沟流域河流由常流河转变为季节性河流,干河日数显著上升(p<0.01),2000年以来干河日数多在300 d以上;同期,罗玉沟流域径流输沙显著下降(p<0.05),与基准期1986—1993年相比,1994—2007年减水减沙率分别为61.9%,44.3%,2008—2018年径流输沙分别减少67.5%,76.4%;在2008—2018年平水年和枯水年间罗玉沟流域输沙模数分别为(1 080.0±107.5) t/km^(2),(167.8±111.4) t/km^(2),而在暴雨频发丰水年,输沙模数仍接近4 000 t/km^(2);流域产流产沙能力降低,水沙关系发生改变,相同径流条件下输沙量减少,即流域径流含沙量水平降低,开始变清;相比降雨变化而言,人类活动是流域水沙变化的主导因素,1994—2007年人类活动对减水减沙的贡献率分别为83.3%和79.5%,而2008—2018年人类活动的贡献率分别为91.8%,94.4%,表明流域水沙变化受人类活动影响越来越大,其中,坡改梯及退耕还林还草工程是主要影响因素。[结论]因沟道治理工程建设不足,罗玉沟流域在丰水年因沟道重力侵蚀导致流域输沙仍然剧烈,因此,需要加强沟道治理进一步减少流域水土流失。

黄土高原林区植被变化对水沙演变的影响——以仕望川流域为例

[目的]研究林区植被变化对水沙演变的影响,可以为黄河流域生态环境建设政策的制定与调整提供科学依据。[方法]基于仕望川流域控制水文站大村站1959—2018年的径流量与输沙量数据以及流域内的降水数据,分析了其60年水文变化特征。结合1985—2018年的NDVI数据以及五期土地利用数据,分析讨论了流域水沙变化的植被下垫面驱动效应。[结果]仕望川流域近60年来的径流量和输沙量呈显著减少的趋势(p<0.01),突变年分别在1988年和1983年,而流域内土地利用情况和降水在60年间并无明显的变化趋势,流域内生长季NDVI在2000年前变化不明显,但在2000年后有显著提升趋势。[结论]2000年以前,各种水土保持治理措施的实施是流域径流量与输沙量减少的主要原因;进入21世纪后,流域内植被质量的提升使径流量与输沙量进一步减少。

黄河河南段水沙变化规律与影响机制研究

黄河河南段为典型游荡型河段,其水沙变化剧烈、主槽摆动频繁、河床变形严重,对河道生境产生了严重影响。以1960—2019年小浪底、花园口、高村水文站水沙数据为研究对象,结合Mann-Kendall检验、滑动T检验、小波分析等统计方法探究了黄河河南段水沙变异周期特征,并应用双累积曲线法定量评估了降雨和人类活动对河南段径流量和输沙量减少的贡献率。结果表明:河南段年输沙减少趋势大于年径流减少趋势,小浪底到花园口间基本冲淤平衡,花园口到高村间以淤积为主,河南段汛期以泥沙淤积为主、非汛期冲刷;小浪底站输沙量在1997年发生突变,而花园口、高村站径流量和输沙量均在1985年发生突变;调水调沙对于径流量增加效果要大于输沙量增加,人类活动对河南段径流输沙减少起主导作用,对河南段径流量平均贡献率为80.94%,对输沙量平均贡献率为94.95%。

水库运用对金沙江下游水沙变化的影响

大型水库运用后,金沙江下游水沙时空分布发生重大变化。本文基于金沙江下游干支流水沙观测资料,分析了下游流域水沙时空分布特性。1954-2021年,金沙江下游径流主要来源为金沙江中游及雅砻江,两者年均径流量为1150.73亿m^(3),占总来水量的80.75%;年输沙量主要来自下游区间,其年均来沙量为9943.17万t,占总输沙量的48.12%。运用Mann-Kendall突变检验、R/S分析以及双累积曲线法,分析水库运用对金沙江下游水沙变化趋势的影响。结果表明:1954-2021年金沙江下游水库运用对年径流量变化趋势无明显影响,而对流域年输沙量影响显著。金沙江下游出口水沙关系在1998、2010及2012年发生突变,主要原因为雅砻江、金沙江中游、下游干流上大型水库的拦沙运用,导致下游出口含沙量由1.82 kg/m^(3)逐步降低为1.31、0.86、0.01 kg/m^(3)。利用金沙江下游干支流水沙关系及沙量平衡原理,分别计算局部区间水库拦沙对流域总减沙量的贡献度。1998-2009年二滩水电站建成运行,金沙江下游出口总减沙率为35.16%,雅砻江水库拦沙对下游总减沙贡献度为32.88%;2010-2012年金安桥等中游水电站运行后,下游出口总减沙率为51.43%,金沙江中游、雅砻江、三堆子至白鹤滩区间和白鹤滩至向家坝区间对下游总减沙贡献度分别为21.54%、23.10%、30.67%、24.69%;2013-2021年金沙江下游梯级水库运行后,下游出口总减沙率为99.37%,4个区间对来沙量减少的贡献度分别为19.64%、14.72%、12.34%、53.30%。

盐池地区不同下垫面输沙率特征

为探究宁夏盐池地区输沙率年内与年际变化特征以及风速与输沙率关系,测量刘窑头风蚀实验站2010—2019年5种下垫面风蚀样地(流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、灌木林地和荒草地)的输沙率(Q)及风速(V),计算集中度(R_(CD))和集中期(R_(CP))、年际变差系数(S_(v))与年际极值比(S_(w)),并将输沙率与风速进行函数拟合。结果表明:1)下垫面影响Q的大小及均匀性,灌木林地平均输沙率最小,年内输沙率集中程度最高,R_(CP)集中在5、6月。10 a间固定沙丘年内最大输沙率出现的时间日期前移,荒草地年最大输沙率出现的日期逐渐后移。2)S_(v)和S_(w)均表明流动沙丘输沙率年际变异程度高于灌木林地。3)指数函数能更好地反映半固定沙丘(R^(2)=0.843)输沙率响应风速特征,其他下垫面为幂函数最佳。4)一元三次函数较好表达各年平均输沙率与风速关系,拟合公式为:Q=65.42-93.36V+42.55V^(2)-6.00V^(3)(R^(2)=0.800)。存在2个风速临界值(1.74和2.99 m/s),改变输沙率对风速的响应。结果可用于盐池地区风沙治理措施建设实践中,可为盐池地区的风蚀综合治理提供科学依据与技术支撑。

Transferral of HMs pollution from road-deposited sediments to stormwater runoff during transport processes

Stormwater runoff derived from the wash-off of road-deposited sediments (RDS), contains elevated heavy metal (HM) concentrations and, thus, imposes an increasing threat to urban aquatic ecosystems. In-depth understanding of the variations of HMs pollution from RDS to stormwater during transport processes facilitates the development of effective RDS and stormwater control strategies. Toward this end, the distribution of HMs (Cu, Pb, Zn, Cr, and Ni) in RDS and stormwater were investigated simultaneously. The results show a preferential accumulation of Pb and Zn in the finer (< 38.5μm) RDS, and Cu, Cr and Ni in the coarser (38.5-150μm) RDS. For stormwater, n.d.~48.6% of HMs fractionated into the dissolved phase, and stormwater particles constitute the primary carriers of HMs. Furthennore, the accumulation of HMs in stormwater particles increased linearly with finer particle size distributions (PSD). Geoaccumulation index (Igeo) highlighted the predominant pollution of both RDS and stormwater particles by Cu, Pb and Zn. Nonetheless, Cu, Pb, and Ni mostly contributed the potential ecological risk of RDS, whereas Cu, Pb, and Zn mainly contributed that of stormwater particles. Moreover, contamination by Cu, Pb and Zn was significantly higher in stormwater particles than that in RDS. These differences are attributable to the solubility and size-dependent accumulation of HMs in RDS, as well as the PSD variations during transport processes. The study outcomes highlight the importance of very fine (nano- and submicron- scale) RDS in stormwater pollution and the necessity of control.

沂河流域临沂段水沙特性分析

基于沂河流域临沂水文站1951—2023年径流量和1954—2023年输沙量时间序列资料,采用M-K检验法、水文统计法、双累积曲线法等对临沂水文站水沙特性进行了年际、年代、年内趋势分析和相关分析。结果表明:沂河径流量、输沙量总体呈下降趋势,输沙量减少更为显著;年代平均径流呈现“降—升—降—升”趋势,年代平均输沙呈现“降—升—降—升—降”趋势,年代输沙较年代径流波动有所滞后;径流量、输沙量主要集中在7月、8月,分别占全年总量的63%、90%;水沙关系演变有4个转折点,分别为1960年、1980年、1998年和2020年。气候因素、水利工程、水土保持工程建设及“两山”理念、美丽幸福河湖建设、山水林田湖草沙保护和修复工程等流域综合治理等措施,使水沙关系波动中趋于稳定。通过沂河水沙特性分析,对沂河防汛抗旱、水利工程建设、水量调度管理、水资源合理配置、水生态保护修复等工作提供一定参考。

湘西山地不同植被类型的水土保持效益研究

根据 6种不同植被径观测流场资料分析发现 :1荒山的坡面年产流量比 5种有林地的坡面年产流量要大11.37% ;不同林分类型坡面年产流量相差 83.19% ;2荒山坡面年产沙量、输沙率比有林地坡面要大 2 38%～381%、335 %～ 779% ;天然次生林的坡面年产沙量、输沙率为经济林的 5 4 .35 %、6 5 .4 5 % ,林分保土效益大于保水效益 335倍 ;3林地土壤侵蚀模数逐渐减少 ,造林 5年后 ,可使造林前的中度流失降低到轻度流失 ;4坡耕地土壤侵蚀模数为 5 5 80 t/ (km2 · a) ,比荒山的土壤侵蚀模数还要大 110 t/ (km2 · a)

中国江河水沙变化趋势与主要影响因素

通过选定中国主要河流的代表水文站,分析了中国主要河流代表站总径流量和总输沙量的变化趋势。结果表明,全国主要河流代表站总径流量随时间没有明显的趋势性增加或减小,多年平均径流量为14090亿m3;年总输沙量在1960年前变化不大,1960年后逐渐减小,从20世纪50年代的26.43亿t减小至2001～2008年间的5.95亿t;平均含沙量则从50年代的1.74kg/m3减至2001～2008年间的0.46kg/m3。中国南方主要河流和主要内陆河流的代表站径流量没有明显的增加或减少趋势,北方河流代表站径流量除淮河、松花江外,具有明显的减少趋势;中国各主要河流代表站年输沙量除塔里木河外,都有不同程度的减少,其中北方河流的减小幅度较大。影响中国主要河流水沙变化的主要因素分为自然和人类活动因素,其中自然因素包括流域降雨量变化和流域下垫面条件;人类活动因素包括水土保持措施、水库工程、流域调水调沙及引水引沙、河道采砂等。

地表糙度对径流和产沙影响的室内试验研究

该文通过室内人工模拟降雨的方法,分析了连续降雨过程条件下,不同糙度地表的径流量和产沙量的变化。研究结果表明:人工锄耕的地表,延缓径流的作用较为明显,但这一作用仅发生在降雨初期;随着降雨的进行,不同糙度地表的径流变化规律基本一致,先增加,随后趋于稳定的趋势,但径流总量没有明显变化。同样,人工锄耕的地表,延缓地表的产沙作用强于糙度小的地表,产沙率15°坡面要高于5°坡面,随着降雨的进行,在雨强1.0mm/min条件下,这一变化更为明显,最终产沙总量变化不大。地表糙度对侵蚀的影响,不仅与降雨持续时间相关,同时与坡度密切相关,并初步证实黄土区地表糙度对侵蚀的影响存在着一定的临界条件。这为揭示地表糙度的本质特征提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土高原坡耕地水土流失的治理和退耕还林(草)工程的实施。

基于小波多尺度变换的渭河水沙演变规律研究

关中平原地区是推动陕西省经济社会发展的引擎,其生产总值占陕西省的70%以上,但是水资源短缺、时空分布不均、河流含沙量高等问题严重制约其经济社会的发展。运用小波变换、滑动t检验、累积距平以及Yamamoto、Mann-Kendall等方法系统分析了1935~2011年渭河水沙序列演变规律。研究结果显示:77 a间除20世纪70年代、80年代外,其它年代渭河华县站水沙变化波动下降的匹配趋势均一致,其中径流量减流速度大于输沙量减沙速度;渭河水沙序列周期变化不一,径流量变化的主周期依次为38 a、14 a、4 a,输沙量变化的主周期依次为15 a、49 a、43 a、4 a;除输沙量49 a变化周期外,其他水沙变化周期大致相近;由于渭河输沙量变化所受气候及人类活动的影响远较径流量复杂,加之水沙异源,所以渭河华县站输沙量周期变化及突变点分布情况比径流量变化复杂,且其第一主周期变化呈现独特的变化态势。

1950-2011年黄河干流水沙关系变化研究

采用黄河干流主要控制水文站唐乃亥、兰州、头道拐、龙门、潼关、花园口、高村、艾山和利津站的实测径流量和输沙量资料,借助Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线法和Pearson相关分析等方法,探讨50余年来黄河流域不同时段、不同河段水沙关系的变化特征。结果表明:唐乃亥站径流量和输沙量无长期变化趋势,黄河干流自兰州以下各站年径流量和年输沙量均表现出显著下降趋势。借助花园口站实测径流量与输沙量双累积曲线知,2000-2011年无降水影响时的累积减沙量为61.602亿t。径流量和输沙量呈正相关关系,沿程各站相关系数r∈(0.512,0.664),不同年代水沙关联性有较大差别。黄河上中下游之间径流量、输沙量均呈现显著正相关,其相关系数分别为r∈(0.725,0.904)、r∈(0.887,0.918)。不同年代中游来水来沙量对下游径流量和输沙量的贡献率存在较大差异,在2000-2009年达到最小值。

黄河口径流、泥沙、海岸线变化及其发展趋势

本项目研究了黄河口近半个世纪径流量与输沙量的变化，廿世纪五十年代至九十年代水、沙量呈明显递减，预测今后廿年黄河口多年平均径流量不会超过１５０～２００ ｘ １０８ｍ３，多年平均输沙量不超过 ５～ ７ ｘ １０８ｔ。在研究黄河三角洲海岸线历史变化的基础上，结合预测的水、沙量，用地貌模拟法预测了今后廿年黄河三角洲０ｍ海岸线的基本走向。

降雨和水保措施对无定河流域径流和产沙量影响

基于无定河流域降雨、泥沙、径流和水土保持措施的历年统计数据,根据M-K-S检验得到径流和侵蚀产沙序列的突变点,将研究期分为基准期(1957—1972年)和措施期(1973—1996年)。采用双累积曲线、经验公式和修正系数法,研究该流域降雨变化和水保措施对径流和产沙量变化的影响,并采用多元回归模型分离了降雨和水保措施对径流和产沙量变化的贡献。结果表明:与基准期相比,水保措施引起径流减少3.16亿～3.42亿m3,占基准期年均径流量的23.0%～24.4%;引起产沙量减少0.71亿～1.07亿t,占基准期年均产沙量的47.1%～57.3%。措施期降雨变化引起径流量减少0.46亿m3,产沙量减少0.13亿t,分别占措施期水、沙实际减少总量的11.6%和11.4%。水土保持措施建设是流域径流和侵蚀产沙减少的主要原因,其对水、沙减少的贡献率分别为80.3%和60.5%。其中,植被措施(林地+草地)对径流影响显著,引起径流量减少2.78亿m3,占径流减少总量的70.2%;工程措施(梯田+坝地)对产沙影响显著,引起产沙量减少0.46亿t,占产沙减少总量的40.3%。降雨变化、植被及工程措施对水沙量变化的影响表现出阶段性变化,主要原因在于降雨的丰枯变化和工程措施对水土流失防治功能的时限性。因此,在水保措施建设过程中,需合理配置工程和植被措施比例,重视对已建梯田、坝地等工程的维护和废弃工程的替换,以增强水土保持措施体系功能的持续性。