近50年来黄河中游典型流域水沙变化趋势分析

论文摘要

本文选择黄河中游北部风沙-黄土丘陵过渡区的秃尾河和佳芦河,中部黄土丘陵区的延河,及南部土石山林区的云岩河和仕望川等5条典型流域作为研究对象,采用各流域水文站建站至2005年的月径流量和月输沙量数据,用相应时期降雨及控制面积进行标准化处理,采用Mann-kendall和Pettitt水文统计法、距平累计法、历时曲线频率分析等方法,分析了近50年来典型流域径流量、输沙量及其水沙关系的演变趋势,探讨了对上世纪70-80年代间的水土保持措施实施和1999年以来的生态环境建设的响应规律,为流域管理、水土保持规划和生态环境建设等提供科学依据。研究结果表明:（1）近50年来,5条流域,除延河外,径流量、输沙量均呈现显著性（P:0.050.001）减少趋势。秃尾河和佳芦河流域径流量和输沙量年均变率最大,均值分别-3.242 m3/km2.mm-1.a-1、-0.556 t/km2.mm-1.a-1,而云岩河和仕望川径流量和输沙量年均变率均值分别为-0.67 m3/km2.mm-1.a-1、-0.054t/km2.mm-1.a-1。年径流量均有显著（P:0.01-0.001）跃变时间,但时间不一致,佳芦河和秃尾河流域较早,分别在1977年、1983年,云岩河和仕望川流域较晚,分别在1994、1982年。年输沙量也均具有（P:0.05-0.001）显著跃变时间,与径流量的跃变时间基本一致。距平累计法分析表明,除延河流域外,4条流域近50年来,径流量、输沙量持续增加和减少的阶段划分时间与Pettitt法判断结果基本一致。（2）根据各流域径流量、输沙量跃变时间,将其划分为跃变时间前（前期）、跃变时间至1999（后期）以及2000年后（退耕期）三个时期。用历时曲线法比较各时期丰水（5%）、平水（50%）、枯水（95%）时的径流、输沙变化率。结果表明,除了延河流域变化不大外,各流域均随时间进展,流域径流量、输沙量呈持续减少趋势。佳芦河和秃尾河流域径流量随时间进展变化程度最大,5%频率上,后期两条流域减少量均值为48%、退耕期均值达66%,50%频率上,后期减少量均值为33%、退耕期均值达64%。云岩河和仕望川流域随时间进展变化程度较小,5%频率上,后期两条流域减少量均值为27%,退耕期均值达59%,50%频率上,后期两条流域减少量均值为24%。时段频率上的河流输沙量减少程度较径流量大,零输沙天数逐时段增加。佳芦河和秃尾河流域输沙量随时间进展变化程度最大,5%频率上,后期两条流域减少量均值为71%、退耕期均值达94%,50%频率上,后期减少量均值为56%、退耕期均值达89%。云岩河和仕望川流域随时间进展变化程度较小,5%频率上,后期两条流域减少量均值为46%,退耕期均值达78%,50%频率上,后期两条流域减少量均值为47%。（3）建站到2000年的日含沙量数据分析结果表明,5条流域年均含沙量均表现出显著（P: 0.01-0.001）减少趋势。风沙-黄土丘陵过渡区的秃尾河和佳芦河流域的年均变率较大,分别为-3.455kg/m3.a、-5.164kg/m3.a,黄土丘陵区的延河流域为-4.547kg/m3.a,土石山林区的云岩河和仕望川流域变率较小,分别为-2.476 kg/m3.a、-2.578kg/m3.a,且均具有显著的（P: 0.05-0.001）的跃变时间,跃变年份集中在1971—1982年间。土石山林区的云岩河和仕望川流域含沙量随时间进展减少程度最大,5%频率上分别为46%和70%,50%频率上分别为88%和90%。风沙-黄土丘陵过渡区的秃尾河和佳芦河流域含沙量5%频率上后期减少量为49%和47%,50%频率上分别为29%和70%。延河流域后期5%、50%频率上含沙量减少量则为26%和77%。将日含沙量分为≤20kg/m3、20-80kg/m3、80-300kg/m3、≥300kg/m3四个级别,分析其不同年代间重现期的变化趋势,结果表明,5条流域均表现出,同年代中低含沙量级别重现期较小,高含沙量级别重现期较大的规律;同一含沙量级别不同年代重现期的变化趋势,除延河不明显,均表现出波动增大趋势,也即发生频率减少。（4） 5条流域汛期径流量和输沙量的关系表明,植被覆盖度低的风沙-黄土丘陵过渡区两条流域的径流-输沙量分布域,较植被覆盖度高的土石山林区流域大一个数量级。将径流量和输沙量的一次回归系数视为流域“产沙动力系数”。跃变时间前期,风沙-黄土丘陵过渡区两条流域的产沙动力系数最大,最高达0.65,土石山林区两条流域最小,最大为0.24,黄土丘陵区延河居中,为0.52,表明风沙-黄土丘陵区流域产沙能力最强,土石山林区流域的产沙动力最弱。随着时间进展,5条流域的产沙动力系数均呈现逐时段降低趋势。后期5条流域水沙动力系数平均降低22.4%,退耕期则使其平均降低63.4%。流域水沙拟合线性关系常数项绝对值,以及流域冲淤平衡时的径流量（也即式中输沙量为零时的径流量值）均表现出随时段减小趋势。说明了水土流失治理及退耕还林（草）措施对流域水沙动力关系的削弱效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 影响流域径流量变化因素研究
• 1.2.2 影响流域输沙量变化因素研究
• 1.2.3 环境要素变化对水沙关系影响研究
• 1.2.4 研究不足及今后展望
• 1.3 研究目标及研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 研究方法与技术路线
• 2.1 研究区域自然社会概况
• 2.2 数据资料
• 2.3 研究方法
• 2.4 技术路线
• 第三章 流域土地利用变化特征研究
• 3.1 流域土地利用/土地覆盖变化
• 3.2 近50 年来水土保持措施的历史实施状况
• 第四章 流域径流量、输沙量变化趋势分析
• 4.1 流域径流量的变化趋势分析
• 4.1.1 流域径流量的变化趋势及跃变年份
• 4.1.2 流域径流量的年际变化特征
• 4.1.3 径流量的时段频率变化分析
• 4.2 流域输沙量变化趋势分析
• 4.2.1 流域输沙量变化趋势及突变年份
• 4.2.2 流域输沙量年际变化特征
• 4.2.3 流域输沙量时段频率变化趋势分析
• 第五章 流域水沙关系演变特征
• 5.1 流域含沙量变化趋势分析
• 5.1.1 流域年含沙量变化趋势及跃变年份
• 5.1.2 月均含沙量时段频率变化趋势分析
• 5.1.3 日均含沙量重现期研究
• 5.2 流域水沙关系分析
• 5.2.1 流域汛期水沙关系分析
• 5.2.2 流域产沙动力分析
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题与讨论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介