流域降水和人类活动对黄河入海泥沙通量的影响

自从20世纪70年代以来,黄河入海泥沙通量表现出明显减少的趋势.研究表明,入海泥沙通量对于上、中游不同的水沙来源区降水变化的响应方式是不同的.在假定其他因素相同的情况下,龙门至三门峡区间的年降水量每减少10mm,入海泥沙通量将减少0 275亿t;河口镇至龙门区间的年降水量每减少10mm,入海泥沙通量将减少0 143亿t;兰州以上年降水量每减少10mm,入海泥沙通量减小0 174亿t.多沙细砂区降水的减少对于黄河入海泥沙通量的影响最大.通过多元回归分析建立了入海泥沙通量与年降水、梯田林草面积、淤地坝造地面积之间的定量关系:在其他因素不变时,梯田林草面积每增加104hm2,入海泥沙通量将减少0 0019亿t/a;年降水量每减少10mm,入海泥沙通量将减少0 543亿t,淤地坝造地每增加104hm2,入海泥沙通量将减少0 0205t/a.这些数据可为未来各影响因子进一步变化后入海泥沙通量变化的估算提供依据,为黄河流域和河口的环境规划服务.

不同来源水沙对黄河入海泥沙通量的影响

文中研究了黄河入海泥沙通量与流域上、中游不同来源区的水沙量之间的关系 ,并以年系列和洪水系列水文泥沙资料 ,建立了表达这一关系的经验统计模型。所建立的模型表明 ,来自不同来源区的泥沙 ,对于入海泥沙通量的影响是不同的。来自多沙细沙区的每 1t泥沙 ,输送入海的为 0 .85t(年系列 )和 0 .72t(洪水系列 ) ;而来自多沙粗沙区的每 1t泥沙 ,输送入海的仅为 0 .34t(年系列 )和 0 .2 1t(洪水系列 )。 70年代以来入海泥沙通量的减少 ,与多沙细沙区水土保持工作的开展有密切关系。将文中的模型与已建立的黄河流域水土保持减水、减沙模型相耦合 ,可以用来预测未来因人类活动和气候变化而使不同来源区的水沙进一步减少时 。

黄河不同粒径组入海泥沙通量的变化及其对三角洲造陆的影响

以黄河流域1955～1990年的资料为基础，研究了不同粒径组入海泥沙的变化趋势及其成因以及各粒径组泥沙对三角洲造陆过程的相对贡献率．研究表明，四个粒径组入海泥沙通量都呈减少的趋势，各粒径组入海泥沙通量减少趋势的显著性按由细到粗的顺序递减，即细颗粒泥沙入海通量的减少趋势要比粗泥沙明显．20世纪70年代以来，水土保持面积增大、人类引水增大和年降水量减少是黄河各粒径组入海泥沙通量减小的原因．大规模的水土保持措施实施以后，细泥沙入海通量的减少幅度要大于粗泥沙．多元回归分析结果表明，年降水量变化对小于0．010，0．010～0．025，0．025～0．050及大于0．050mm四个粒径组泥沙入海通量变化的贡献率分别为58．52％，62．05％，71．16％，83．37％，随粒径的变粗而增大；水土保持措施变化对小于0．010，0．010～0．025，0．025%0．050和大于0．050mm四个粒径组泥沙入海通量变化的贡献率分别为41．48％，37．95％，28．89％，16．63％，随粒径的变粗而减小．四个粒径组泥沙入海通量与人类净引水量之间的相关系数也按泥沙粒径由细到粗的顺序减小，即人类引水的变化对细泥沙入海通量的影响较大，对粗泥沙入海通量的影响较小．四个粒径组泥沙入海通量与年降水量之间的相关系数按泥沙粒径由细到粗的顺序增大，即年降水的变化对细泥沙入海通量的影响较小，对粗泥沙入海通量的影响较大．建立了黄河三角洲造陆速率与利津站年径流量和小于0．010，0．010～0．025，0．025～0．050及大于0．050mm四个粒径组的泥沙量之间的多元回归方程．计算结果表明，入海泥沙量和径流量对三角洲造陆速率变化的贡献率接近相等．在四个粒径组中0．010～0．025mm的泥沙对三角洲造陆速率变化的贡献率最大，0．025～0．050mm粒径组次之，大于0．050mm的粒径组再次之，小于0．010mm的粒径组最小．中等粗细的粒径组对三角洲造陆的贡献率最大．

黄河入海泥沙通量影响因素的关联度分析

把流域年降水量、年径流量、流域平均植被覆盖指数作为黄河入海泥沙通量的影响因素,进行了灰色关联分析,结果表明:年径流量的影响>流域平均植被覆盖度的影响>流域年降水量的影响。要保证一定的黄河入海泥沙通量,除了现在已开展的水库群联合调度外,还要对黄河的引水量加以管理控制。

黄河中游主要支流输沙量变化对黄河入海泥沙通量的影响

以60年来(1950—2009年)黄河中游7条主要支流(皇甫川、窟野河、无定河、延河、北洛河、泾河、渭河)及支流最终汇入黄河的控制水文站———潼关站逐年的水沙资料为依据,分析各支流年均径流量、输沙量的变化趋势,同时,对7支流、潼关、利津输沙量的年际变化过程研究,进一步探讨了中游泥沙减少对黄河入海泥沙通量变化的决定性作用。结果表明:黄河主要支流的年径流量和年输沙量均呈显著的减少,与20世纪50—60年代相比,7条支流总的输沙量由13.5亿t/a剧减至最近10年的3.4亿t/a,减幅达75%。黄河中游输沙量的急剧减少是降水减少,特别是黄土高原地区水土保持措施的实施(梯田、林地、草地、淤地坝等),以及退耕还林后植被覆盖度大幅度提高等因素共同作用的结果;黄河中游主要支流输沙量的急剧减少是黄河入海泥沙通量锐减的决定性因素,而20世纪80年代以来,下游引水、耗水的急剧增加以及水库调蓄(淤积)加剧了黄河入海泥沙通量的快速减少。

黄河流域洪水对入海泥沙通量的影响

利用1950～1985年大样本洪水资料,研究了黄河流域洪水过程中三黑小所控制的流域水沙条件与入海泥沙通量和通量系数的关系,分析了泥沙通量与流域水量、沙量和平均流量的关系。在三黑小沙量与入海泥沙通量的关系中,从量上看,黄河下游河道具有“多来多排”的特性;从比例上看,具有“多来多淤”的特性。不同来源区洪水对泥沙通量和通量系数具有不同的影响,平均每场洪水泥沙通量按大小排序依次是:多沙粗沙区、下少沙区、上少沙区和多沙细沙区。通量系数按大小排序依次是:下少沙区、上少沙区、多沙细沙区和多沙粗沙区。

近60年来韩江入海泥沙通量变化及其对邻近海域的影响

为研究近60 a来韩江入海泥沙通量的变化及其环境效应,采用Mann-Kendall方法对潮安水文站1958—2019年入海径流量和泥沙通量进行检验,并分析影响入海泥沙通量变化的主要驱动因素,以及入海泥沙变化对邻近海域的影响。研究结果显示韩江流域入海径流量无显著变化,入海泥沙通量呈现显著的减少趋势,并在1998年开始显著减少,在2001年之后减少更为剧烈。韩江流域大型水电站(青溪、棉花滩水电站)是导致入海泥沙通量开始显著减少的主要影响因素。在入海泥沙自1990s末显著减少的背景下,韩江河口附近海域由1971—2010年的小幅淤积转变为2010—2016年的小幅冲刷。三角洲岸线由1830s—1964年的向海推进(2.40~5.38 m/a)转变为1980s以来的较为稳定。这些都表明韩江入海泥沙的显著减少已经对河口邻近的海域产生了明显的影响。

黄河入海泥沙年际通量对莱州湾渔业资源结构的影响

根据2009年8月—2013年8月莱州湾海域渔业拖网调查数据,分析该海域渔业种群组成、优势种、空间分布和资源量的年际变动,以了解黄河入海泥沙通量对莱州湾渔业结构的影响。结果表明:(1)莱州湾渔业资源量整体呈下降趋势,主要以鱼类为主,甲壳类次之,头足类最少;鱼类中以中上层鱼类为主,网获量明显多于底层鱼类,但2011年8月底层鱼类稍多于中上层鱼类;(2)莱州湾渔业资源各年份的优势种有所变动,中上层鱼类和底层鱼类的优势种变动较大,甲壳类优势种变动较少,鱼类优势种组成存在年际更替现象,主要由经济价值高、个体大的种类向经济价值低、个体小的种类演替。主要优势种集中于斑、矛尾虎鱼、口虾蛄、小带鱼和日本枪乌贼等种类。2010年斑大量暴发,为唯一优势种;(3)2009—2013年黄河入海泥沙年际通量与鱼类种数、底层鱼类数和渔业资源数存在显著相关性,与底层鱼类生物量存在极显著相关性。综上所述,黄河入海泥沙年际通量的变动对莱州湾渔业资源量和资源结构都产生了一定影响。

黄河三角洲造陆速率对夏季风强度变化和人类活动的响应

以夏季风强度指数和年均气温作为反映气候变化的指数,以人类净引水量和流域水土保持面积作为反映人类活动变化的指标,并以黄河流域为例,研究了三角洲造陆对气候变化和人类活动的响应.研究表明,夏季风强度指数的变化可分为三个阶段：（1）在1951-1963年夏季风强度指数呈持续增强的变化趋势;（2）在1963-1965年夏季风强度指数呈突变式减弱;（3）在1966-2000年夏季风强度指数保持在较低的水平上,且呈缓慢减弱的趋势.年降水量变化与夏季风强度指数有同步关系.从1950到1970年的年均温度在波动中略呈降低趋势,然而从1970年开始年均温度在波动中具有持续上升的趋势.气候变化会导致入海泥沙通量的变化,并可能进一步导致三角洲造陆速率的变化.黄河三角洲造陆速率、入海泥沙通量在1952-1964年均呈增大的趋势,1964年后则呈减小的趋势,在总体上与夏季风强度指数的变化趋势相同.除了气候变化以外,流域水土保持和引水对三角洲造陆也有影响.多元回归分析表明,三角洲造陆速率随夏季风强度指数的减弱而减小,随年气温的升高而减小,随梯田林草面积的增加而减小,随年净引水量的增加而减小,同时还表明,夏季风强度指数、年均气温、水土保持措施面积和人类净引水量对三角洲造陆速率变化的贡献率分别为34.94%,3.80%,53.82%和7.44%.表示气候变化的两个变量的贡献率之和为38.7%,说明气候变化对黄河三角洲造陆过程的影响是不容忽视的.

黄河调水调沙影响下的现行三角洲叶瓣冲淤演化格局

基于1986—2013年的黄河水文泥沙资料,研究了黄河实施调水调沙以来入海泥沙在通量和粒度组成上的变化特征,揭示了调水调沙影响下黄河入海泥沙通量增加、悬沙粒径粗化的趋势。从2002年调水调沙实施后,现行黄河三角洲叶瓣由侵蚀转为淤积,现行河口处淤积明显,逐渐形成一个饱满的"楔子"。然而,随着调水调沙的持续冲刷,下游河床逐渐粗化,2006年以后径流的冲刷效率不断降低,入海泥沙通量持续降低、悬沙粒径变细。若维持目前调水调沙流量不变,现行黄河三角洲叶瓣造陆速率将逐渐减缓,甚至可能出现蚀退。