黄土丘陵沟壑区林草变化对流域产沙影响的规律及阈值

围绕植被变化与土壤侵蚀的关系,已有海量研究成果,但提出的植被盖度~土壤侵蚀量响应规律多是基于坡面小区上的观测成果,反映的是植被变化在"本地"的水沙响应,不能反映植被变化对小区下游的坡面、沟谷和河道的"异地"效应。在近20年黄河来沙锐减的背景下,如何在较大的流域尺度上,评价林草植被变化对流域产沙量的影响,已经成为亟待解决的重大科学问题。本文在对黄土丘陵区地貌和产沙特点分析的基础上,引入了易侵蚀区、林草有效覆盖率(Ve)和产沙指数(Si)等新概念,利用黄土丘陵区流域实测的林草、降雨和水沙数据,分析了林草植被变化与流域产沙能力之间的响应规律及其机制,提出了可基本遏制流域产沙的林草阈值。研究结果表明,流域的产沙指数均随林草有效覆盖率Ve的增大而减小,二者呈指数关系;当Ve≤40%~45%时,产沙指数随Ve增大而迅速降低,不过在Ve<20%时改善植被的减沙作用不太稳定;Ve>40%~45%后,改善植被导致的产沙指数递减速率越来越小。流域的林草植被覆盖程度越差,产沙强度对雨强越敏感;当Ve>50%~60%后,决定流域产沙量的首要因素是有效雨量,雨强次之。林草植被改善是通过对流域产洪量和含沙量的共同减少、以及地表径流输移阻力的增大,实现对流域产沙量的削减;削减洪水和增大阻力均将导致黄丘区地表的水蚀动力降低,含沙量降低则是地表物质补给困难的直接反映。对于黄土丘陵区的第1~4副区,要实现流域产沙模数≤1000 t/(km^2·a)的目标,林草有效覆盖率应达55%~65%以上,该阈值自东向西递增。对于黄土丘陵区的第5副区,当林草有效覆盖率Ve>45%~50%后,流域产沙量也趋于稳定,但因产沙机制特殊,即使林草梯田有效覆盖率达到60%以上,仍难以基本遏制流域的产沙;而且,河(沟)床产沙占比越高,依靠林草植被改善而削减产沙的难度越大。该成果可为认识近20年黄土高原植被改善与黄河泥沙锐减的关系,提供理论依据。

国外土壤侵蚀与流域产沙模型研究综述

国外土壤侵蚀与流域产沙模型研究综述毕华兴，朱金兆，吴斌（北京林业大学水土保持学院１０００８３）（北京林业大学科研处１０００８３）（北京林业大学国际合作处１０００８３）土壤侵蚀是自然景观发展的一种正常现象［１］，但是，仅仅在地球上的某些地区，土壤侵蚀才...

坡面土壤侵蚀公式的建立及其在流域产沙计算中的应用

分析了坡面土壤颗粒的受力情况，认为坡面土壤颗粒的运动与其所受的有效切应力有关，从而推导出坡面土壤侵蚀量计算公式，建立了流域产沙模型。公式的推导具有较强的泥沙运动力学基础，反映了影响流域产沙的主要因素。模型参数少，应用方便，既可计算一次洪水产沙量，又可计算年产沙量。在陕北裴家峁流域上应用，结果令人满意。

川西红层泥石流流域产沙评价模型研究

根据川西红层地区的实际调查资料，应用模糊数学的理论和方法，建立起泥石流流域产沙分级评价模型。该模型能准确客观地反映流域内不同区域产沙的情况，并能自动编制流域产沙强度分级图，为流域内泥石流松散固体物质储量的计算提供依据。

地理信息系统技术支持下的泥石流流域产沙研究

影响泥石流流域产沙的自然因素众多，在地面因素中起重要作用的主要有地形地貌特征、地表覆盖类型、地质背景条件、不良地质现象等。本文在地理信息系统技术支持下，应用模糊数学的理论和方法建立了泥石流流域产沙分级评价模型，该模型能准确客观地反映流域内不同区域产沙的情况，并能自动编制流域产沙强度分级图，为流域内泥石流松散固体物质储量的计算提供依据。

黄河河口-龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系

[目的]揭示黄土高原典型多沙粗沙区河口—龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系,为区域水土保持规划的制定提供科学依据。[方法]基于降雨和产沙模数资料,采用泰森多边形加权变差系数法、K-means聚类分析以及线性回归分析,系统研究河口—龙门区间降雨和产沙的空间变异规律。[结果]1959—2015年期间,河龙区间汛期降雨和汛期降雨侵蚀力具有相同的空间分布特征,但是汛期降雨侵蚀力表现出更强的空间变异性,两者在年内和年际时间尺度上分别表现出相同的空间分布特征,并且具有纬度地带性(p<0.01)。汛期降雨和汛期降雨侵蚀力在支流尺度上的空间变异性差异不大,具有同增同减的变化趋势。[结论]1959—2015年期间,水土流失大规模治理以前,河口—龙门区间流域产沙主要受降雨的影响(p<0.01),水土流失治理以后,流域产沙量锐减,降雨和流域产沙模数无显著相关关系。

钱塘江流域产沙空间变异特征及影响因素

以钱塘江流域11个子流域为研究对象,采用1964—1989年、2006—2015年水文站水沙记录数据,通过提取流域侵蚀产沙的潜在影响因子,运用相关分析、主成分分析及多元回归分析等方法,对钱塘江流域产沙空间变异特征及影响因素进行研究。结果发现:钱塘江流域11个子流域的产沙模数空间变异性大,产沙模数从113.26 t/(km^2 ·a)变化到 309.55 t/(km^2 ·a),平均值为185.51 t/(km^2 ·a);流域产沙量与流域面积、河流长度和径流量在0.05水平上呈显著正相关关系,而产沙模数随流域面积增加而减小的相关性不显著,但与聚集指数、香农多样性指数和斑块密度等景观指数在0.01水平上呈显著相关;多元回归分析表明,模型对年产沙量(YS)模拟效果较好,但对年产沙模数(YSS)的模拟存在一定不确定性;以流域面积、河流长度为代表的流域形态因子对产沙量的贡献达到 75.6%,以景观指数为代表的主成分对产沙模数的贡献达到44.4%,这表明产沙模数与流域景观特征关系密切,可根据流域地形地貌特征,合理调整土地利用结构控制流域的侵蚀产沙。

黄土高原植被梯田变化对流域产沙的驱动机制与效应成果简介

1研究背景水少沙多、水沙关系不协调,是黄河复杂难治的症结。客观研判黄河水沙情势,事关黄河水沙调控工程布局、河道滩区治理方向和水资源配置。1919~1959年,黄河年均输沙量16亿t/a、汛期含沙量60kg/m3,但2000~2021年只有2.4亿t/a、20kg/m3,减幅分别达85%、67%。在此背景下,能否客观评价黄河沙量减少原因和未来趋势,成为制约重大工程决策和治黄方略优化的关键基础问题。黄河水利科学研究院联合黄河上中游管理局、北京师范大学和黄河水文水资源研究院,在国家科技支撑和重点研发计划等6个项目支持下,历经10年,从基础数据、基本规律和基本方法入手,通过遥感调查、现场查勘和文献挖掘,分析了过去百年黄土高原林草植被、梯田和降雨变化,揭示了产沙环境演变过程与趋势.

水土保持对流域产沙量的影响

总结我省山区泥沙分布状况以及变化规律,分析水保建设、生态建设对流域产沙的影响。通过泥沙减少量,定量分析生态建设在流域治理中的减沙效益。

岔巴沟流域次暴雨产沙统计模型

流域综合治理规划、防治土壤侵蚀、合理利用水沙资源 ,无不需要掌握流域产沙情况。流域产沙统计模型结构简单 ,计算方便 ,是现有产沙预报的强有力工具。本文以陕西省岔巴沟流域及其支流实测降雨水文资料为基础 ,系统地分析了流域产沙的降雨、径流、地貌因子在流域产沙中的作用 ,进而将影响产沙的因素概括为径流深、洪峰流量、流域面积、流域沟道密度 ,并作为产沙预报的指标 ,建立了岔巴沟流域次暴雨产沙的统计模型。经检验 ,该预报公式具有一定的精度。

流域产沙中的地理环境要素临界

流域产沙中的环境要素临界是指在气候、下垫面、人类活动影响下,流域产沙量发生突变的环境要素特征的转折点.已往有关流域产沙的临界研究主要注重自然带的影响,而对其他环境要素的影响研究甚少,尤其是对流域产沙中的复合环境要素临界的研究目前尚属空白.研究表明,流域产沙受环境要素的交互作用与综合影响.在单因素分析的基础上,采用多元正交多项式回归分析方法,定量得出黄河中游河口镇-潼关区间影响流域产沙的环境要素复合临界.

流域降雨侵蚀产沙过程水沙传递关系研究

利用窟野河王道恒塔站以上流域２０多次径流含沙量大于３００ｋｇ／ｍ３的降雨径流泥沙资料，初步分析了流域降雨空间分布及前期影响雨量对流域产沙的影响，并建立了流域降雨侵蚀产沙过程的水沙传递关系。研究结果表明：降雨空间分布及前期影响雨量对水沙传递关系的影响是显著的，此项研究对提高流域降雨侵蚀产沙预测预报精度和可靠性具有重要的意义。

流域侵蚀产沙物理成因模型评述

回顾了国内外流域侵蚀产沙模型的发展过程 ,对各类产流产沙模型的特点进行了比较。

金沙江下游区间来沙驱动因子分析及产沙预测模型

随着长江上游梯级开发的快速推进,金沙江下游干支流来沙占比失衡现象日益突出,区间水沙实测资料欠缺的问题严重影响了对干流库群泥沙淤积的预测。为系统性了解并掌握金沙江下游区间内泥沙分布全貌,明晰区间来沙时空异性特征以及归因,基于已有支流水文站泥沙序列与因子集,采用秩相关分析研究了区域内地形、气候、土地覆被、空间尺度各类因子对流域产沙的潜在影响和各因子之间的变化独立性。通过参数降维与双重回归分析相结合的方法识别关键因子组合并构建输沙模数预测模型。研究结果表明:8°以上坡度占比、气温和集水面积的驱动因子组合能够较为完整地解释研究区域产沙机制,并在此基础上建立了能解释约92%输沙模数变化性的预测模型。根据模型计算得到广大无实测资料区域的输沙模数分布范围为87~1189 t/(km^(2)·a),近50 a来减小幅度约50~300 t/(km^(2)·a)。在此基础上识别白鹤滩、溪洛渡高产沙及上下游低产沙区间,并分析了该空间不均衡特征的削弱趋势。

澜沧江-湄公河流域产输沙和水库拦沙研究存在问题分析

澜沧江-湄公河是中国与东南亚地区重要的跨境河流,其泥沙问题涉及流域内各国的生态、农业、渔业、航运、海岸侵蚀等诸多领域,近年来下游输沙量持续减少,受到广泛关注。综述了澜沧江-湄公河泥沙研究的争论焦点,包括全流域主产沙区的位置,湄公河干流水文站点间实测输沙量异常变化关系以及人类活动对泥沙过程的影响。系统梳理了现有研究中存在的主要问题,包括下湄公河泥沙观测数据质量不高、全流域总输沙量1.60亿t/a的数据基础存疑、水文模拟的时空分辨率不足、未考虑土地利用变化的影响和悬移质之外的泥沙研究不充分等,在此基础上提出了进一步研究建议。

流域产流产沙BP网络预报模型的初步研究

运用 BP神经网络模型的基本原理 ,以流域降水条件为基本因子 ,建立了流域产流产沙 BP网络预报模型。该模型能用于定量分析流域人类活动因素对流域产流产沙的影响。西汉水、大通江、香溪河流域资料验证表明 ,模型基本合理、可靠。

SVR与BP神经网络对小流域次降雨侵蚀产沙预测结果的比较

运用支持向量回归机(Support Vector Regression Machine)与BP神经网络对小流域次降雨侵蚀产沙进行预测。侵蚀产沙输入变量选取降雨量、降雨强度、径流深和洪峰流量模数,流域次降雨侵蚀输沙量为输出变量。以SVR、BP神经网络的预测值与实际值的绝对误差和相对误差作为评价指标。实验表明,SVR的预测精度和稳定性优于BP神经网络。

流域侵蚀产沙模型述评

实践证明，在分析流域侵蚀产沙和预测发展趋势的研究中，选择一种既有理论依据，又能反映客观实际的计算方法是极其重要的，它不仅决定着计算结果的精度和计算成果的可信度，更重要的是直接关系到流域治理的发展方向。在众多类模型中，物理成因模型概念清楚，意义明确，应用方便，适应性强，是目前比较先进的模拟方法之一。鉴于土壤侵蚀产沙过程及环境因素的复杂性，该类模型也有需经改进的若干问题。

基于SWAT模型的汨罗江流域产流产沙模拟

利用分布式水文模型SWAT模型模拟了洞庭湖区间典型山丘流域-汨罗江流域产流产沙情况。采用黄旗塅水文站1991~1993年和1998年实测资料对建立的汨罗江流域SWAT模型进行了校准与验证。结果表明模型模拟流域月平均流量校准期和验证期的确定系数R2分别为0.95和0.97,纳什效率系数NSE分别为0.92和0.94;模型模拟月输沙量在校准期确定系数R2为0.93,纳什效率系数NSE为0.86。研究成果表明建立的模型具有较好的模拟精度和适用性,为未来洞庭湖区间水文特性研究工作打下了良好基础。

一种新的流域水沙关系模型及其在年际时间尺度的应用

根据陕西子洲试验站9个流域和山西离石试验站3个流域的观测数据,研究了黄土丘陵沟壑区次暴雨径流和产沙的关系。结果表明:在研究区,当流量超过某一临界值后,含沙量保持稳定,且次洪平均含沙量主要取决于大流量时段,故对于较大的洪水事件,其平均含沙量也趋于稳定,次暴雨和次暴雨过程两个时间尺度的水沙关系表现出很好的相似性。因此可用正比关系式来拟合较大洪水次暴雨径流深和产沙模数之间的关系。由于极端事件对研究区水土流失的重要性,使得该模型有很好的实用性。模型在年际时间尺度上的应用结果表明,对仅在次暴雨期间产流的地区,该模型可以很好地预测年产沙量,而对于常年流水的流域,在丰水年根据汛期径流量该模型也有较好的计算精度。