中国东北地区侵蚀产沙尺度效应的空间分异

对中国东北地区侵蚀产沙尺度效应的空间变化进行了探讨。基于气候、下垫面的一致性和流域的完整性,对整个研究区域进行了分区研究。结果表明,尺度效应同时受到地形、坡度、土地利用和地表覆盖物质等因素的影响,不同分区因素因素组合不同,其产沙模数随流域面积的变化趋势亦不相同,可以分为三类:(1)产沙模数随流域面积增大而增大;(2)产沙模数随流域面积的增大基本保持不变;(3)产沙模数随流域面积的增大而减小。基于各分区尺度效应,进行了不同标准面积下产沙模数图的校正,并使用空间插值方法,编制不同标准面积下产沙模数图。

长江上游重点产沙区产沙量对人类活动的响应

对金沙江屏山站、嘉陵江北碚站、宜昌站20世纪50年代以来的输沙量和含沙量进行分析。结果表明，在年径流量相同的情况下，由于大规模矿山、钢铁工业、交通建设增加水土流失，屏山站1976～1996年年产沙量要高于1954～1976年。与此相反，由于修筑水库、塘坝拦沙，修建梯田、恢复植被减少侵蚀，北碚站1983～1996年年产沙量要大大低于1954～1982年；宜昌站1985～1996年年产沙量也低于1954～1984年。北碚、宜昌两站都存在一个使水利、水土保持减沙量为0的年径流量临界值，北碚站和宜昌站这一临界值分别为1142×10^8m^3和4800×10^8m^3。

长江上游干支流近期水沙变化及其与水库修建的关系

基于水文站实测的长系列水沙资料,运用统计方法研究了长江上游干支流的近期水沙变化。屏山站年输沙量的变化自1999年以后开始减小,扭转了1980～1998年的增加趋势。高场站年输沙量由1990～2000年的减小趋势,变化为2000～2007年的增大趋势。北碚站的年输沙量呈进一步减少的趋势。武隆站年输沙量改变了1990～2000年的增加趋势,2000～2007年显著减小。宜昌站的年输沙量延续了从20世纪80年代中期以来的减少趋势,2002～2007年急剧减小。采用输沙量-径流量双累积曲线方法进行了分析,发现各站双累积曲线上最近一次转折点的出现,均与水库的修建有关。基于双累积曲线估算了近期各站的减沙量(或增沙量)。研究还发现,近期屏山、北碚、武隆、宜昌4站含沙量均呈现减小趋势,与水库的拦沙作用密切相关。但是,岷江近期水电梯级开发的大规模展开,巨量弃土、弃渣进入河道,导致了2002～2007年间含沙量的增大。建立了宜昌站年输沙量与长江上游流域内累计水库库容量及宜昌站年径流量之间的回归方程,估算出它们对于长江上游产沙量变化的贡献率分别为71.4%和28.6%。这表明,水库拦沙是导致长江上游产沙量减小的主要原因。

长江上游干支流悬移质含沙量的变化及其原因

河流含沙量的变化是流域自然与人文因子变化的反映。以长江上游干支流1956-2000年的水沙和降水资料为基础,运用时间系列分析和统计分析方法进行研究。研究发现,干流宜昌站和4条主要支流含沙量的变化不是同步的,4条主要支流含沙量的变化呈现出复杂变化图形。流域面平均年降水量的变化,仅能解释含沙量变化的15.86%-37.21%,说明气候因素的变化不是长江干支流含沙量变化的主要原因。运用双累积曲线分析方法,研究了人类活动（如水库修建,交通、矿山和城市建设,水土保持,植被破坏和恢复等）对含沙量变化的影响。人类活动影响在不同的流域有较大差异。与4条主要支流相比,长江干流宜昌站含沙量的变化较小,反映了尺度效应的影响。多元回归分析表明,屏山、高场、北碚、武隆4站的年均含沙量变化对宜昌站年均含沙量变化的贡献率分别为28.5%、12.6%、44.2%和14.7%。

长江流域侵蚀产沙尺度效应的区域分异

以长江流域水文站点的观测数据为依据,基于一定的分区原则,将整个长江流域分成了8个区域,对所有分区产沙模数的尺度效应进行了深入分析。研究表明,所有分区产沙模数的尺度效应可以概括为三类:产沙模数随流域面积的增大而减小,或先减小后基本保持不变的,主要包括长江中下游干流沿岸区域,岷江主体区域,洞庭湖流域和鄱阳湖流域;产沙模数随流域面积的增大基本保持不变的,包括嘉陵江主体区域和汉江流域;产沙模数随流域面积增大而增大,或先增大后基本保持不变的,包括长江上游干流沿岸的非泥石流区域和乌江流域。不同流域尺度效应的差异主要与流域土地利用方式有关。基于各分区校正方程,将所有站点进行了标准面积为100 km2,1 000 km2,10 000 km2的尺度校正,结果表明,当校正面积为100 km2,侵蚀最强烈的区域主要是岷江流域,其次是鄱阳湖和洞庭湖流域,校正面积为1 000 km2和10 000 km2,产沙模数图变化不显著,但明显区别于校正面积为100km2下的产沙模数图。侵蚀最强烈的区域主要是嘉陵江流域,其次是长江上游干流沿岸的部分区域和汉江流域的部分区域。不同校正面积下产沙模数图的变化,显示了不同流域侵蚀来源的差异。

长江上游屏山至宜昌河道泥沙存贮量的变化及其地貌学意义

通过河流输沙分析研究了长江上游河道的悬移质泥沙存贮量及其变化。结果表明，1956～2000年屏山-宜昌河段历年的河道存贮量的变化可以划分为3个阶段，即两个泥沙存贮期和1个泥沙释放期。1956～1968年为第1个泥沙存贮期，河道泥沙存贮累积性增加，累计存贮量为4．0126×10^8t，与这一时期人类活动导致的流域侵蚀加剧有密切的关系；1969～1983年为泥沙释放期，累积释放量为2．6533×10^8t——支流水库大量修建，拦截了泥沙，下泄泥沙减少，进入长江干流的泥沙减少，含沙量降低，使得干流中前期存贮的泥沙发生侵蚀而释放；1984～2000年为第2个泥沙存贮期，累积存贮量为4．0733×10^8t。金沙江下游重点产沙区产沙量增加，进入长江干流的泥沙增多，葛洲坝水库建成后投入运行，三峡水库大坝的建设，也导致长江干流河道中泥沙存贮量的增大。输入沙量、输出沙量和与流域面平均年降水量之间均存在较明显的正相关关系，而存贮量与降水量不相关，说明河道泥沙存贮对于降水量的变化不敏感。屏山一宜昌河道泥沙输移比的时间变化大致可以分为两个阶段，即在1956—1982年河道泥沙输移比呈增加趋势，1983～2000年则呈减小趋势。这种变化可以用河道泥沙存贮的变化来解释。长江上游屏山-宜昌河段河道泥沙存贮的时间变化与中游宜昌-武汉河段泥沙冲淤量的时间变化相位在一定程度上是相反的，说明上游河道泥沙存贮增多会导致中游河道泥沙存贮减少，上游河道泥沙存贮减少会导致中游河道泥沙存贮增多。

海河流域产沙模数尺度效应的空间分异

基于流域完整性、地形的相似性,将整个海河流域分为9个分区,分析了各分区产沙模数的尺度效应。结果表明,在双对数坐标系上,产沙模数与流域面积的关系呈现出3种类型:①线性负相关,即产沙模数随流域面积的增大而减小;②无显著相关,即产沙模数随流域面积的增大基本保持不变;③线性正相关,即产沙模数随流域面积的增大而增大。从地形、分区的位置以及土地利用状况方面对所有分区产沙模数的尺度效应进行分析,并对1000 km2标准面积下产沙模数进行校正。基于校正后的数据,利用ArcGIS的Kriging空间插值法,绘制了校正后的产沙模数图。校正结果显示,流域侵蚀模数的空间分布总体表现为自西向东逐渐减小的趋势,这与流域地形的总体变化趋势是一致的。流域西部以山地为主,因而侵蚀强度大,产沙模数高;东部以平原为主,是泥沙的淤积区域,因而产沙模数低。最后,对图中产沙模数的高值区域,从气候、植被和侵蚀作用力3个方面进行了成因分析。

黄河内蒙古段支流“十大孔兑”侵蚀产沙的时空变化及其成因

"十大孔兑"来沙造成黄河干流强烈淤积。为了通过流域治理来减轻泥沙灾害,研究"十大孔兑"侵蚀产沙过程具有重要意义。基于1960—2005年的河流输沙量、径流量和降雨量资料,运用统计方法进行了研究。结果表明:"十大孔兑"输沙量高度集中于几个大水大沙年份,其余年份对46年总输沙量的贡献很小。最大1年、最大3年、最大5年和最大10年的累积输沙量分别占到46年总输沙量的21.26%、37.18%、47.92%和69.29%。1960—1991年和1992—2005年两个时段相比,后一时段输沙量年均值减少了37%。这一差异可以用暴雨特征的差异和下垫面(如植被)的变化来解释。1991年以后,年降水量无明显变化,但最大1日降雨量在p<0.10的水平上呈现减小的趋势。虽然20世纪90年代西柳沟并未大规模实施水土保持治理,但由于农村富余劳动力转移,对土地的压力减轻,对植被的破坏大大减弱,使得植被逐渐恢复,NDVI呈增大趋势,因而侵蚀产沙减弱。"十大孔兑"产沙模数具有明显的空间分异特征,从西向东增大,在西柳沟达到最大值,然后再减小。流域自然地理因素具有明显的变化,从西向东,沙尘暴频率减小,降雨量增大。沙丘类型也发生了变化,由以流动沙丘为主变为以半固定沙丘为主,进入河道风沙的输沙强度减小。另一方面,水力驱动的侵蚀和泥沙输移从西向东增强。上述两种作用叠加的结果,在区域中部西柳沟附近出现了侵蚀产沙的峰值区。