中国江河水沙变化趋势与主要影响因素
211235478_黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素
第37卷第3期2023年6月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .3J u n .,2023收稿日期:2022-10-19资助项目:中国科学院 西部之光 计划项目 第一作者:曲绅豪(1999 ),男,山东烟台人,硕士研究生,主要从事农业水土资源保护研究㊂E -m a i l :619267127@q q .c o m 通信作者:佘冬立(1980 ),男,湖南长沙人,博士,教授,博士生导师,主要从事农田水土过程与侵蚀控制研究㊂E -m a i l :s h e d o n gl i @h h u .e d u .c n 黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素曲绅豪1,周文婷1,张翔2,佘冬立1(1.河海大学农业科学与工程学院,南京211100;2.中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心,陕西杨凌712100)摘要:为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956 2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用M a n n -K e n d a l l 趋势及突变检验㊁累积距平法和M o r l e t 连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献㊂结果表明:1956 2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9ˑ107,1.7ˑ107m 3,年均输沙量分别为12.3ˑ106,9.8ˑ106t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素㊂研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议㊂关键词:黄河中游;水沙关系;影响因素;双累积曲线中图分类号:T V 882.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)03-0035-08D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.03.005V a r i a t i o nT r e n da n d I n f l u e n c i n g Fa c t o r s o fW a t e r a n dS e d i m e n t i n t h e M i d d l eR e a c h e s o f t h eY e l l o wR i v e r i nR e c e n t 60Y e a r sQ US h e n h a o 1,Z HO U W e n t i n g 1,Z H A N G X i a n g 2,S H ED o n gl i 1(1.C o l l e g e o f A g r i c u l t u r a lS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,H o H a iU n i v e r s i t y ,N a n j i n g 211100;2.R e s e a r c hC e n t e r o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o na n dE c o l o gi c a lE n v i r o n m e n t ,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s a n d M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100)A b s t r a c t :I no r d e r t oa n a l y z e t h eo r i g i no fw a t e ra n ds e d i m e n t i nt h eY e l l o w R i v e ra n d p r e d i c t t h e f u t u r e w a t e r a n ds e d i m e n ts i t u a t i o n ,t w ot y p i c a lw a t e r s h e d s (X i n s h u iR i v e ra n dZ h u ji a c h u a n w a t e r s h e d )i nt h e m i d d l e r e a c h e s o f t h eY e l l o w R i v e rw e r e s e l e c t e d a s t h e s t u d y ar e a .B a s e d o n t h em e a s u r e dd a t a o fw a t e r a n d s e d i m e n t f r o m1956t o2018a t t h eh y d r o l o g i c a l s t a t i o na n dr a i n f a l l s t a t i o n ,t h e M a n n -K e n d a l l t r e n d ,t h e c h a n g e -p o i n t a n a l y s i s ,t h e c u m u l a t i v e a n o m a l y m e t h o d a n d t h eM o r l e tw a v e l e tm e t h o dw e r eu s e d t oa n a l yz e t h e v a r i a t i o n t r e n do fw a t e r a n ds e d i m e n t i nt y pi c a lw a t e r s h e d s .F u r t h e r m o r e ,t h ea t t r i b u t i o no fw a t e r a n d s e d i m e n t c h a n g e sw e r ea n a l y z e db y u s i n g th ed o u b l e m a s sc u r v e m e t h o d ,a n dt h er e l a t i v ec o n t r i b u t i o n so f c l i m a t e c h a n g e a n dh u m a na c t i v i t i e s t ow a t e r a n d s e d i m e n t c h a n gew e r e q u a n t i f i e d .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t f r o m1956t o 2018,t h e a v e r a g e a n n u a l r u n o f f i n t h eX i n s h u i R i v e r a n dZ h u j i a c h u a nw a t e r s h e dw a s 11.9ˑ107a n d 1.7ˑ107m 3,r e s p e c t i v e l y ,a n dt h ea v e r a g ea n n u a l s e d i m e n td i s c h a r gew a s12.3ˑ106a n d9.8ˑ106t ,r e s p e c t i v e l y .T h e r u n o f fa n ds e d i m e n td i s c h a r g es h o w e das i g n i f i c a n td e c r e a s i n g t r e n d .T h ea b r u p tc h a n ge y e a r of r u n o f f i nt h eX i n s h u iR i v e ra n dZ h u j i a c h u a n w a t e r s h e d w a s1980a n d1984,r e s p e c t i v e l y,a n dt h e a b r u p t c h a n g e y e a ro fs e d i m e n td i s c h a r g e w a s1980a n d1972,r e s p e c t i v e l y .T h ec h a n ge sof w a t e ra n d s e d i m e n t i n t h ew a t e r s h e d sh a do b v i o u s p e r i o d i c i t y ,a n d t h e f i r s tm a i nc y c l eo f r u n o f f c h a ng ew a s45y e a r s a n d 16y e a r s ,a n d th e fi r s tm a i nc y c l eo f s e d i m e n t t r a n s p o r t c h a n g ew a s 9y e a r s a n d15y e a r s ,r e s p e c t i v e l y.T h e c o n t r i b u t i o n r a t e o f r a i n f a l l t o t h e r e d u c t i o no f r u n o f f i nX i n s h u iR i v e r a n dZ h u ji a c h u a nw a t e r s h e dw a s 19%a n d 8%,r e s p e c t i v e l y ,a n d t h e c o n t r i b u t i o nr a t eo f r a i n f a l l t o t h e r e d u c t i o no f s e d i m e n td i s c h a r gew a s Copyright ©博看网. All Rights Reserved.25%a n d35%,r e s p e c t i v e l y.T h eC o n t v i b u t i o nr a t eo f r a i n f a l l i sf a r l o w e rt h a nt h a to fh u m a na c t i v i t i e s, w h i c ha r e t h e l e a d i n g f a c t o r o f t h e s h a r p d e c r e a s e o f r u n o f f a n d s e d i m e n t d i s c h a r g e.T h e r e s e a r c h r e s u l t s c a n p r o v i d e s c i e n t i f i c s u g g e s t i o n s f o rw a t e r a n d s e d i m e n t c o n t r o l o f t h eY e l l o w R i v e r.K e y w o r d s:m i d d l e r e a c h e s o f t h eY e l l o w R i v e r;r e l a t i o n s h i p b e t w e e nw a t e r a n ds e d i m e n t;i n f l u e n c e f a c t o r;d o u b l em a s s c u r v eme t h o d黄河是中华民族母亲河,黄河流域生态保护和高质量发展是我国重大国家战略㊂黄河流域面积大,水资源时空分布不均衡,存在水少沙多㊁水沙异源等问题[1-3]㊂黄河中游地带穿越生态系统脆弱的黄土高原,携带大量泥沙,成为黄河流域土壤侵蚀最为严重区域[4-5]㊂分析黄河中游水沙变化趋势对于治理黄土高原水土流失,保护黄河流域生态具有重要意义㊂近年来,黄河流域水沙形势发生剧烈变化,整体呈下降趋势,直接影响流域水沙调控体系布局[6]㊂陈康等[7]以黄河干流近65年各水文站为研究对象,利用来沙系数分析发现,除唐乃亥㊁艾山和利津站呈增大趋势外,其他水文站均呈减小趋势㊂对比黄河上㊁中㊁下游发现,黄河中游平均输沙模数最大,为主要产沙区,选取中游多沙粗沙区进行小尺度分析可以更加深刻地探究水沙变化机理[8-9]㊂贾昊等[10]通过对黄河中游潼关站69年(1950 2018年)实测径流量变化研究发现,径流量呈减少趋势,表现出丰枯特征且在1985年发生突变,减少40.1%,并预测未来20年潼关站径流量会持续稳定减少㊂夏露等[11]通过分析昕水河水沙变化关系发现,其径流和输沙量突变发生的时间均在1980年前后,突变年份前(1958 1980年),水沙存在良好的线性关系,2003 2015年相关性不显著㊂同时,利用水文分析和模型解析等分离气候㊁人类活动减水减沙效益的研究也在广泛开展㊂赵广举等[12]通过构建水文站点的径流 降雨和输沙量 降雨的双累积曲线识别黄河中游水沙变化的主要影响因素㊂通过分析发现,黄河流域水沙变化存在明显周期性规律,分析水沙变化趋势及影响因素对小流域水土流失治理具有借鉴意义㊂基于此,以黄河中游气候㊁地形地貌差异显著的2条流域为研究对象,采用M a n n-K e n d a l l趋势及突变点检验㊁累积距平法和M o r l e t连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并通过构建双累积曲线分析水沙变化的影响因素,识别降雨和人类活动的减水减沙效益,以期因地制宜㊁针对性实施水土保持措施提供科学性建议㊂1材料与方法1.1研究区概况与数据来源选取昕水河和朱家川流域开展研究(图1)㊂昕水河流域(36ʎ06'20ᵡ 36ʎ57'27ᵡN,110ʎ29'15ᵡ 111ʎ23'33ᵡE)位于黄河中游多沙粗沙区东岸,发源于吕梁山系,上游属于土石质山区,中㊁下游属于黄土残塬沟壑区㊂流域属于暖温带半湿润大陆性季风气候,夏秋季雨水充沛,冬春季气候干燥[13]㊂朱家川流域位于山西省西北部(38ʎ42'51ᵡ 39ʎ18'06ᵡN,110ʎ58'54ᵡ 112ʎ13'32ᵡE),流域地形平坦,地势从东到西依次降低,土质为砂壤土,西部靠近黄河沿岸易受到黄河下切侵蚀作用㊂流域处于我国北方生态脆弱的农牧交错带,全年受温带大陆性季风气候影响,全年降水少,属于干旱半干旱地区[14]㊂水沙数据是1956 2018年的逐年数据,其中,径流泥沙数据和部分降雨数据来源于黄河水利委员会编著的黄河流域水文年鉴[15],其余降雨数据来源于中国气象数据网(h t t p s://d a t a.c m a.c n/)㊂图1研究区地理位置分布1.2研究方法选用M a n n-K e n d a l l对流域水沙数据进行趋势和突变检验[16-17]㊂该统计方法属于非参数检验的范畴,其优点在于对数据整体趋势做分析,去除极大或极小等极端值对序列的影响,且不受主观因素干扰[18]㊂其计算方法见公式(1)~公式(3):S k=ðki=1r i(k=2,3, ,n)(1)式中:S k为第i个样本x i>x j(1ɤjɤx)的累计数,当x i>x j时,r i=1,反之,r i=0㊂在假定长时间序列随机独立的情况下,S k的均值与方差分别为:E S k()=n n+1()4,v a r S k()=n n-1()2n+5()72(2)将S k标准化则为:U F k=S k-E S k()[]v a r S k()(3)63水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.式中:U F1=0,当给定显著性水平α=0.05时,临界值U0.01=ʃ1.96,若|U F|>Uα,表示长时间数据存在显著的趋势变化㊂然后将此方法再应用于反序列,反序列顺序为x n,x n-1, ,x1,将反序列结果标准化后用U B k进行表示㊂最后,U F k和U B k可绘制成2条曲线,若2条曲线出现交点且交点在2条临界线内,则可判断该交点为长时间序列数据的突变点㊂采用累积距平法来进一步判断突变点年份,计算方法为:L P i=ðni P i-P()(4)式中:L P i为第i年累积距平值(t);P i为第i年的输沙量(t);P为多年平均输沙量(t)㊂通过观察累积距平图中曲线的变化趋势及转折点来判断离散程度和突变点年份㊂采用M o r l e t连续小波分析,对流域水沙数据的时间变化进行解析,进而识别出水沙变化隐含的周期[19-20]㊂采用M a t l a b软件中的W a v e l e t工具包运算出径流量和输沙量小波系数后,采用O r i g i n L a b O r i g i n P r o2021b软件绘制小波变换实部分布图和方差图㊂采用双累积曲线分析流域水沙变化的影响因素,计算突变年份前的累积降雨量 径流量(输沙量)的回归方程,并将突变年后的累积降水量代入方程得到理论和实际累积径流量(输沙量)变化情况,进而解析降雨和人类活动对水沙变化的贡献率[21]㊂2结果与分析2.1流域水沙变化趋势由图2可知,2条流域年径流量和输沙量变化趋势㊂昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为1.2ˑ108,0.17ˑ108m3,总体呈降低趋势㊂水文站实测数据显示,2个流域年径流量在1956 1970年变化较剧烈,而后趋于相对稳定,尤其近10年,年径流量分别降至1950 1970年平均流量的20%㊂与朱家川小流域相比,昕水河小流域径流量降低更为明显,从1956 1970年平均径流量2.1ˑ108m3减少为2000 2018年平均径流量0.68ˑ108m3㊂昕水河和朱家川小流域年均输沙量分别为1.23ˑ107,0.98ˑ107t,输沙量与径流量变化一致,均呈显著减少趋势㊂朱家川小流域输沙量降低较为明显,其输沙量1967年出现峰值(1.22ˑ108t),1975年后稳步减少㊂至2018年,2条流域输沙量均减少超过90%㊂采用M-K趋势检验法对昕水河和朱家川小流域年径流和输沙量进行趋势检验表明,2条流域径流量和输沙量均呈显著的减少趋势(p<0.01)㊂图2昕水河和朱家川小流域径流量和输沙量的年际变化过程2.2流域水沙突变及周期性变化由图3可知,流域水沙动态数据突变年检验结果㊂昕水河和朱家川小流域年径流量突变年份分别为1980年和1984年,年输沙量在M-K检验中不存在明显突变点,引用累积距平法对输沙量进行突变检验(图4),昕水河和朱家川小流域输沙量突变年份分别为1980年和1972年㊂图3昕水河和朱家川小流域径流量和输沙量突变检验73第3期曲绅豪等:黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素Copyright©博看网. All Rights Reserved.2条流域水沙变化呈现显著的周期性规律(图5)㊂昕水河小流域径流量主要表现为6~12,13~24,37~52年3类尺度变化周期,6~12年变化周期在1980年前比较明显,13~24年变化周期在1995年前明显,37~52年的周期变化具有全域性㊂由图6可知,昕水河径流量存在3个较为明显的尺度,依次对应9年㊁18年和45年尺度,其中,45年时间尺度对应最大峰值,为第1主周期,9年和18年时间尺度分别对应第2和第3主周期㊂朱家川小流域径流量存在2~7,11~20,23~43年3类尺度周期变化规律,2~7年变化周期在1990年前比较明显,11~20年变化周期在1975年前明显,23~43年的周期变化在1985年前较为明显㊂朱家川径流量存在3个时间尺度,分别为4,16,33年,特别是16年震荡最强烈,对应第1主周期,33年和4年时间尺度分别对应第2和第3主周期㊂图4昕水河和朱家川小流域输沙量累积距平曲线图5昕水河和朱家川小流域径流量小波实际分布83水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.由图7可知,昕水河和朱家川小流域输沙量变化的小波分析结果㊂昕水河小流域输沙量呈现3~ 5,6~11,13~20,22~32年4类时间尺度周期变化,其中,3~5年在1970年前比较明显,6~11年在1965年较明显,13~20,22~32年持续到2000年前后㊂小波方差(图8)中显示4个周期的中心尺度分别在4,9,17,27年,9年尺度震荡程度较为强烈,为第1主周期,4,27,9年时间尺度分别为第2㊁第3和第4主周期;朱家川小流域泥沙量周期变化存在2~5,10~20,22~44年3类尺度,2~5年在1975年比较明显,10~20年在1980年较明显,22~44年在1995年前较为明显㊂各周期中心尺度分别在3,15,33年,其中,15年尺度显示出最强烈的震荡,为第1主周期,33,3年时间尺度分别为第2和第3主周期㊂图6昕水河和朱家川小流域径流量小波方差图7昕水河和朱家川小流域输沙量小波实际分布93第3期曲绅豪等:黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素Copyright©博看网. All Rights Reserved.图8 昕水河和朱家川小流域输沙量小波方差2.3 水沙变化的影响因素绘制降雨 径流双累积曲线(图9),径流突变年份即双累积曲线斜率发生明显转折的年份㊂昕水河小流域和朱家川小流域每次转折曲线斜率均在变小,表明相同降雨量情况下,径流量在减少,降雨 径流的关系随之发生变化㊂通过预测理论径流量和实测径流量计算人类活动对径流量减少的贡献率(表1)㊂相较于突变年份前的时期(1956 1979年),昕水河小流域的径流量在19802018年期间减少56%,降雨和人类活动的影响对径流量的减少均起到作用,贡献率分别为19%,81%,人类活动起主导作用;对于朱家川小流域,1984 2018年间径流量相较突变年份前的时期(1956 1983年)减少81%,降雨和人类活动对减水的贡献率约为1ʒ12,人类活动成为该流域径流量锐减的主导因素㊂图9 昕水河和朱家川小流域降雨 径流双累积曲线表1 昕水河和朱家川小流域各时间段降雨和人类活动对径流量的影响流域时间段径流量/(108m 3㊃a-1)理论值实测值减少量减少总量人类活动降雨径流量减少贡献率/%人类活动降雨昕水河1956 19791.931.861980 20181.660.811.050.850.208119朱家川1956 19710.330.321972 20180.300.060.260.240.02928同样,根据昕水河和朱家川小流域实测年降雨量和年输沙量,绘制降雨 输沙双累积曲线(图10)㊂昕水河和朱家川小流域降雨 输沙双累积曲线斜率在输沙突变年份发生转折,转折均朝右偏,表明昕水河小流域和朱家川小流域降雨 输沙的关系分别在1980年和1972年后持续减弱㊂计算昕水河和朱家川小流域降雨对输沙量变化的贡献率(表2)㊂昕水河1980 2018年输沙量较突变年份前时期(1956 1979年)减少80%,朱家川1972 2018年输沙量较突变年份前时期(1956 1971年)减少87%㊂降雨对朱家川输沙量变化的贡献率(35%)高于对昕水河输沙量变化的贡献率(25%),相较于降雨对径流量的影响,降雨对输沙量的影响更强烈,但不及人类活动的贡献率,人类活动仍是输沙量锐减的主导因素㊂图10 昕水河和朱家川小流域降雨 输沙双累积曲线表2 昕水河和朱家川小流域各时间段降雨和人类活动对输沙量的影响流域时间段输沙量/(108t㊃a -1)理论值实测值减少量减少总量人类活动降雨输沙量减少贡献率/%人类活动降雨昕水河1956 19790.240.251980 20180.200.050.200.150.057525朱家川1956 19710.280.301972 20180.210.040.260.170.09653504水土保持学报 第37卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.3讨论流域内水沙发生突变的主要原因是降雨时空分异和人为活动的影响㊂昕水河和朱家川2条气候条件不同的流域其径流量受降雨影响程度不同,昕水河流域较朱家川流域,气候更温润,降水条件更丰富,因此,突变年前后汛期降雨变化[22]对昕水河流域径流量的影响(19%)大于对朱家川流域径流量的影响(8%)㊂朱家川流域由于植被覆盖率低,土质松散,土层更容易受到雨水的冲刷,产生更多的水土流失[23],因此,降雨的变化对朱家川流域输沙量变化的影响(35%)高于对昕水河流域输沙量的影响(25%)㊂人类活动对黄河中游泥沙锐减占主导地位,输沙量大规模减少得益于人为水土保持措施的实施,大面积的退耕还林还草㊁兴建淤地坝和梯田等改变泥沙的输送过程,从根源上阻断坡面漫流㊁土壤侵蚀的发生,流域减水减沙效果明显[24]㊂2000年后水库工程㊁河道采砂以及流域调水调沙等人类活动不断增多,系统性的水土保持工作使得流域下垫面变化更为明显,蓄水拦沙作用进一步增强,导致黄河泥沙骤减[25]㊂然而,当前全球灾害性气候频发,局部地区一旦遭遇特大暴雨,所形成的洪水泥沙可能将过去水保措施所拦截的泥沙一并冲下,因此,近些年的黄河减水减沙工作必须高度重视大水大沙年份的出现及其引起的水沙灾害[26]㊂同时,刘晓燕[27]在关于未来黄河水沙形势的思考中提出,至2050年,黄河中游地区将存在严重的刚性缺水,绝大部分的淤地坝也将失去拦沙能力,林草植被覆盖度将达到饱和状态,黄河沙量反弹成为必然趋势㊂因此,在黄河水沙新常态背景下,需要在关于流域产汇流机制㊁水沙驱动因子㊁水保治理格局以及水沙调控阈值体系等关键问题科学筹划和精准实施[28]㊂4结论选取黄河中游多沙粗沙区气候㊁地形地貌差异显著的2条流域(昕水河和朱家川)为研究对象,分析2条流域1956 2018年小流域水沙变化趋势,量化气候变化及人类活动对径流和输沙量变化的相对贡献表明:(1)昕水河和朱家川流域年均径流量分别为11.9ˑ107,1.7ˑ107m3,年均输沙量分别为12.3ˑ106,9.8ˑ106t,2条流域径流和输沙量均呈显著减少趋势(p<0.01)㊂(2)昕水河和朱家川流域径流量的突变年分别为1980年和1984年,输沙量的突变年分别为1980年和1972年㊂2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化第1主周期分别为45,16年,输沙变化第1主周期分别为9,15年㊂(3)降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,2条流域水沙量的减少受到降雨的影响明显但远不及人类活动,人类活动是水沙锐减的主导因素㊂参考文献:[1]胡春宏,张晓明.黄土高原水土流失治理与黄河水沙变化[J].水利水电技术,2020,51(1):1-11.[2] L i uSY,H u a n g SZ,X i eY Y,e t a l.S p a t i a l-t e m p o r a lc h a n g e s o f r a i n f a l l e r o s i v i t y i n t h e l o e s s p l a t e a u,C h i n a:C h a n g i n gp a t t e r n s,c a u s e sa n d i m p l i c a t i o n s[J].C a t e n a,2018,166:279-289.[3] H a n JQ,G a o JE,L u oH.C h a n g e s a n d i m p l i c a t i o n s o ft h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nr a i n f a l l,r u n o f fa n ds e d i m e n t l o a d i nt h e W u d i n g R i v e rb a s i no nt h eC h i n e s eL o e s sP l a t e a u[J].C a t e n a,2019,175:228-235.[4]姚文艺,焦鹏.黄河水沙变化及研究展望[J].中国水土保持,2016(9):55-63,93.[5]马文进,李鹏,任小凤,等.黄河中游府谷/吴堡区间水文特性分析[J].水文,2002,22(5):59-61,24.[6]穆兴民,贾昊,高鹏,等.水土保持生态建设对黄河中游水文情势影响研究[J].人民黄河,2021,43(10):44-50.[7]陈康,苏佳林,王延贵,等.黄河干流水沙关系变化及其成因分析[J].泥沙研究,2019,44(6):19-26. 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长江口近期来沙量变化及其对河势的影响分析
长江口近期来沙量变化及其对河势的影响分析
李保;付桂;杜亚南
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2012(000)007
【摘要】长江来水来沙变化影响因素众多,除自然因素外,人类活动对河流水沙运动影响越来越显著.作为长江流域的终端,长江口地区既受自然因素影响,同时也显著地受到流域人类活动的影响.采用Mann-Kendall法分析大通站近几十年的泥沙监测资料,结果表明:近几十年来,大通站的年均输沙量一直呈下降趋势,2003年大通站的年均输沙量出现显著下降.长江口来沙量减少主要是由于流域来沙量的显著减少,与水库工程拦沙、长江上游水土保持工程、人工采沙及中游河道泥沙淤积等因素有关.长江口来沙量减少对南支及口外三角洲影响相对明显,均表现为冲刷特征,对此长江口综合治理相关部门应当充分给予重视.
【总页数】6页(P129-134)
【作者】李保;付桂;杜亚南
【作者单位】长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局,上海 200136;交通运输部长江口航道管理局,上海 200003;长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局,上海 200136
【正文语种】中文
【中图分类】TV148
【相关文献】
1.长江口南港瑞丰沙整治工程对周边河势的影响 [J], 李文正
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4.长江口南汇嘴近岸海床近期演变分析--兼论长江流域来沙量变化的影响 [J], 虞志英;楼飞
5.长江口北支河势的变化与水、沙、盐的输移 [J], 陈宝冲
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近70年黄河流域水沙情势及其成因分析
第34卷第21期农业工程学报V ol.34 No.21112 2018年11月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov. 2018 近70年黄河流域水沙情势及其成因分析赵阳，胡春宏，张晓明，王友胜，成晨，殷小琳，谢敏（中国水利水电科学研究院，水利部水土保持生态工程技术研究中心，北京 100048）摘要：深入剖析黄河水沙现状及成因是精准预测黄河未来水沙情势的前提与基础。
为此，以黄河干流潼关断面以上4个主要干流水文站及7个主要一级支流把口站1950—2016 年水沙实测资料为基础，采用双累积曲线等多种统计分析方法，系统剖析了黄河流域水沙演变规律及水沙主要源区变化特征，定量评估了不同环境要素对黄河水沙变化影响。
结果表明：1）黄河干流兰州、头道拐、龙门及潼关水文站年径流及年输沙量均呈显著减少趋势（P<0.05），其中，年径流减幅17.93%~40.79%，年输沙量减幅均在46.74%以上。
受多种因素影响，黄河水沙在20世纪80—90年代发生减少突变；2）兰州-潼关区间年均径流量沿程变化表现为由总体递增状态向递减趋势转变，年均输沙量递增状态虽未转变，但递增幅度平均减小90%以上；3）黄河泥沙主要来源区由头龙区间向龙潼区间发生转移特征明显，龙潼区间水土流失治理有待进一步加强；4）人类活动对黄河中游水沙锐减占据主导作用，平均贡献率达到90%以上。
而上游兰州站年均径流量受气候影响较大，贡献率达到66.57%。
研究结果可为深刻认识黄河水沙时空现状及成因提供依据，并对未来水土流失治理区位方向确定提供参考。
关键词：径流；评估；水文；黄河；干流；一级支流；水沙doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.014中图分类号：P333; TV882.1 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-21-0112-08赵阳，胡春宏，张晓明，王友胜，成晨，殷小琳，谢敏. 近70年黄河流域水沙情势及其成因分析[J]. 农业工程学报，2018，34(21)：112－119. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.014 Zhao Yang, Hu Chunhong, Zhang Xiaoming, Wang Yousheng, Cheng Chen, Yin Xiaolin, Xie Min. Analysis on runoff and sediment regimes and its causes of the Yellow River in recent 70 years[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 112－119. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.014 0 引 言黄河以水少沙多，含沙量高而著称[1]。
长江源区近年水沙变化趋势及成因分析
候 干寒 、 空气 稀 薄 ， 常年 温度 很 低 ， 是 我 国气 候 最 寒 冷
的地 区之一 ， 具 有 特殊 的 高 原 自 然 地 理 环 境 。 长江 源
区 是青 藏 高 原 现 代 冰 川 分 布 较 集 中 的地 区 之 一 。２ ０ 世纪 ７ ０年代 以后 ， 由于 气 候 急 剧变 暖 ， 各 冰 川均 表 现
中图法分类号 ： Ｔ Ｖ１ ４ ５ ． ３
１ 研 究 区 域 基 本 情 况
长江 源 区位 于青 藏 高原腹 地 、 青海 省 西南部 ， 长 江
在 此 区域 流 经青海 省 格尔 木市 的唐 古拉 山乡及 玉树 州 的治 多 、 曲麻 菜 、 称多 、 玉 树等 县 ， 至玉 树县 的赛 拉 附近
了长江 源 区水沙 特 征 。径 流 、 泥沙 资 料 主 要 采用 采 用 长 江 源 区 沱沱 河 、 五道梁 、
曲麻莱气 象 站 以及直 门达 水 文站 降水资 料 。主要 分析 方 法包 括集 中度 、 集 中期 、 不 均 匀 系 数法 。 。 、 趋 势 分 析
进 入 四川 、 西 藏境 内， 地理 位置 在北 纬 ３ ２ 。 ２ ６ ～３ ５ 。
４ ２ 、 东经 ９ ０ 。 ３ ３ ～ ９ ５ 。 ２ ０ 之 问 。长江 源 区地势 高 峻 、 气
降水 、 径 流变 化对 区域 生态 环境 及泥 沙 的影响 。
２ 资 料 使 用 及 研 究 方 法
区水 沙变 化进 行 了研 究 ， 谢 昌卫 等 对 长 江 一黄 河 源 寒 区径 流时 空变 化特 征 进 行 了研 究分 析 ， 吴 豪 等 对 受 气 候 影 响的水 沙 丰枯 周 期 进 行 了分析 研 究 ， 刘 宪 锋
黄河的水沙通量的变化规律
黄河的水沙通量的变化规律黄河是中国第二大河流，也是世界上最大的泥河之一。
其水沙通量的变化规律是一个与自然和人类活动密切相关的复杂问题。
黄河水沙通量的变化受到多种因素的影响，包括气候变化、降水量、地质条件、土地利用以及水利工程等。
随着气候的变化，黄河流域的降水量和蒸发量也会发生变化，间接影响到水沙通量的变化。
而地质条件则决定了土壤的渗透性和水流的速度，进而影响到水沙通量。
此外，土地利用的变化和水利工程的建设也对黄河水沙通量产生了重要的影响。
根据历史数据和研究分析，黄河水沙通量的变化呈现出一定的周期性和规律性。
一般来说，黄河的水沙通量在年内会发生明显的季节性变化。
春季和夏季是黄河水沙通量较高的时期，而秋季和冬季则较低。
这与黄河流域的降水量、冰雪融水和悬移质的输送有关。
近年来，由于人类活动对黄河流域的影响日益增大，黄河水沙通量的变化也受到了更多的人为因素的影响。
水利工程的建设和管理调控成为调整黄河水沙通量的重要手段。
控制水库库容和蓄水量、合理进行引水、排水和输沙等工程措施，可以对黄河水沙通量进行调节。
为了更好地掌握黄河水沙通量的变化规律，科学家们进行了大量的研究和观测工作。
通过收集和分析黄河流域的水文气象数据，建立了相应的模型和预测方法，有助于提前预判和应对黄河水沙通量的变化。
这对于黄河流域的水资源管理、防洪调度和生态环境保护具有重要意义。
总之，黄河水沙通量的变化规律是一个复杂而关键的问题，受到气候、地质、土地利用和人类活动等多种因素的综合影响。
只有通过加强科学研究和综合管理，才能更好地理解和应对黄河水沙通量的变化，保护好黄河这一宝贵的资源。
近年三江源区河流泥沙变化趋势及成因分析
０ ． ９ ７ ３
２ ０ １ ２
ｌ ２ ｌ ３
ｌ ９ ４ ０
２ ０ ０ ５
４ ４ ５
２ ０ ０ ６
８ ８ ． １
巴 塘河
新寨
２ ２ ９ ８
２ ０ ０ ５ － ２ ０ １ ２
Ｏ ０ ８
０ ． １ ８ ８
２ ０ ０ ６
６ ． ２ ６ ３
１ ４ ． ７
年来三江源 区水流沙 的变化情况 。三江源 区水流沙站 点分布 见图 １ 。
【 关键词 】降水 ；河流泥沙；三江源 ；趋势分析
１前 言
河流 泥沙不仅反 映河 流水土流失 的状况 ，还 是河川径流质量 的 个重要标 志，影响着水 资源 的开发和利用 。河流泥 沙的大小受降 水 、径流及 流域下垫面条件的制约 。一般 说来，泥沙 的大小与降水 、
出现 年份
年平均输 沙量 （ ｔ ）
输 沙量 出现 （ 万ｔ ） 年份
输沙 量 出现 （ 万ｔ ） 年份
多 年 平 均 输 沙 模 数 （ ｔ ／ ｋ ｎ ｉ ）
通 天河
直门达
１ ３ ７ ７ ０ ４
２ ０ ０ ５ － ２ ０ １ ２
０ ． ７ １ ４
三江源 区地 处青藏高原腹地 ，独 特的生态环境造就 了世界上高 海拔地 区独 一无 二的大面积湿地生态 系统，使得在地势高 寒、大气 储水能力甚差 的半干旱气候区 内可 以储 存生命之水 ，加上 高原 大地 形的抬升 ，强化 了三江源 区的局部 降水 ，长江、黄河 、澜沧江 三大 河流得以 同源于此 ，成为 中华水 塔 ”甚至 “ 亚洲水塔 ” ３河流泥沙 变化趋 势分析 ３ ． １数 据来源 三江源区站点稀疏且分布 不均多设在出 山口附近 ，本次选取直 门 达、新寨、同仁、上村 ４个水文站点 ８年 （ ２ ｏ ｏ ５ ￣２ ｏ １ ２年 ）的降水 观测数据 。三江源 区泥沙代表站 分析 时， 以 ２ ｏ ０ ５ ￣２ ０ １ ２ 年输 沙率、 含沙量月平均值与各月 多年平 均值 （ １ ９ ５ ６ ￣２ ｏ ０ ０ 年 ）比较 ， 反 映近
试析江河水沙变化与治理的新探索
试析江河水沙变化与治理的新探索摘要：经济与文化的快速发展导致了全球气候和生态发生巨大变化，其中江河水沙的变化尤为显著。
江河水沙变化影响着我国水利的建设，制约着我国经济的发展。
传统的治理方式已经不能满足江河水沙的现状，必须调整治理方式，采取新的有效措施才能维持江河水沙的平衡，促进我国经济的发展，维持社会的稳定。
关键词：水沙变化；江河治理；水沙平衡；调整治理方式近几年，我国的各大河流的输沙量和径流量没有明显的变化，但整体有下降的趋势。
不同的地区江河水沙的变化程度不一样，产生的原因也不相同，这种变化是自然因素和人为因素共同作用的结果。
面对这种形式，相关部门必须根据实际情况先制定合理的计划，从特殊到一般，将理论与实践结合在一起，应对这种变化。
本文针对江河水沙变化的原因以及影响进行探究，在如何有效治理江河方面进行总结创新。
一、我国江河水沙现状及变化趋势全球的江河水沙治理存在着严重问题，而我国的问题尤为明显。
选取我国主要的几条河流统计其多年的水沙特征值，如表1。
由表1可知，我国径流量最大的江河是长江，以大通站为例，年径流量大约在9000亿立方米，其次为珠江，年径流量大约在2800亿立方米。
我国输沙量最大的江河是黄河，以潼关站为例，黄河的年平均输沙量大约为10亿吨，而排在第二的长江大通站年平均输沙量只有4亿吨左右。
上世纪中期，我国的河流总径流量和总的输沙量基本稳定在一定数值上，并且围绕着稳定数值上下波动，没有表现出明显变化，但是20世纪末期，总净流量和总输沙量都开始呈下降趋势，且输沙量的降幅大于径流量的降幅[1]。
针对这种变化，我国相关部门必须分析产生变化的原因，采取相应的措施调控水沙平衡，减少降幅。
二、江河水沙产生变化的原因江河水沙产生变化的原因有很多，不同的地区产生变化的原因不同，变化的程度也不一样。
总体来说，江河水沙产生变化是自然因素和人为因素共同导致的。
（一）自然因素每条流域内的地理环境和气候环境对江河水沙的变化具有很大影响。
简述我国河流含沙量的特征及其影响
简述我国河流含沙量的特征及其影响
【题目】简述我国河流含沙量的特征及其影响
【答案】简述我国河流含沙量的特征及其影响整理如下，供学习参考。
(1)中国许多河流以泥沙多著称，其中：①黄河含沙量居世界第一，长江含沙量居世界第四；②中国河流含沙量区域差异很大，流经黄土高原者含沙量最大，黑龙江流域及东南沿海的河流含沙量最小，流经石灰岩地区者含沙量也较小。
(2)由于泥沙问题突出，给我国的江河治理和水资源开发带来很多问题：①平原地区河势经常发生变化；②湖泊、水库常发生淤积；③水轮机和过水建筑物磨损严重；④泥沙又是有机和无机污染物的载体，对水灾影响很大。
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表 2 全国主要河流代表站总径流量与输沙量的年代变化
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � T� � � � � � 2 � � D� � � � � � � � � � �
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时段 195 1 1960 1961 1970 1971 1980 1981 1990 1991 200 0 20 0 1 200 8
应具 有长系 列的 水沙 观测 资料 �根 据流 域河 道 分布 特 点 ，可 以 选 择数 个 水 文站 � 结合 各 流 域 河流 分 布 特 征，�中国河流泥沙公报�公布的 11 条主要河流选定的代表水文站如表 1 所示［1］�
收稿日期: 20 0 9-0 8-0 6 基金项目: 国家自然科学基金创新研究群体基金资助项目 ( 5 0 7210 0 6) ; 国家杰出青年基金资助项目 ( 5 0 725 930 ) 作者简介: 胡春宏( 1962 - ) ，男，浙江慈溪人，博士，教授级高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究�
的难 度， 因此， 本文 主要 采用 水文 站径 流量 和输 沙量的 累计 值的 变化 过程 进行 分析 �假 设河 流水 文站 总输 沙
量( 即输沙量的累计值 W s ) 随时间的变化过程用以下函数表示:
Ws = ( )
(1)
其导数 W s = dW s � / d ( 输沙量累积曲线的切线斜率) 代表总输沙量随时间的变化率，当 dW s / d 随时间无明
从全国主要河流代表站总径流量和输沙量的双累计曲线进一步看出( 图 2) ，全国主要河流代表站总径流 量与输沙量双累计曲线是上凸的，且从 1960 年起逐渐偏向径流量，表明全国主要河流代表站总输沙量减小 幅度大于径流量的减小幅度，全国主要河流加权年平均含沙量逐渐减小，从 20 世纪 5 0 年代的 1. 74 kg /m 3 减至 70 年代的 1. 33 kg /m 3，90 年代减为 0 . 84 kg /m 3，20 0 1 20 0 8 年仅为 0 . 46 kg/m 3�
也有 一定的 差异 ，水 文资 料的 系统 观测 也不 同， 一些 河流 水文资 料观 测的 起始 年份 较晚 ，甚 至有 些年 份出 现
漏测 现象 ，特别 是泥 沙资 料缺 测现 象比 较普 遍， 给深 入研 究全国 水沙 变化 趋势 带来 了一 定的 困难 �为 便于 水
沙变化的深入分析和水沙资料的完整性，对资料缺测的年份进行了如下的处理: 对于河流代表水文站年径流
势; 当� dW s / d 随时间逐渐增大( 或增大趋势) ，相应的二阶导数大于零( d2 W s / d 2 > 0 ) ，输沙量累积曲线为一
上凹 的曲线 ，表 明水 文站 输沙 量随 时间 具有 明显 的增加 趋势 �
对于水 文站 径流 量的 变化 过程 和输 沙量 与径 流量的 变化 关系 也可 以采 用上 述分 析方 法�
控制流域面积 /万 km 2
170 . 5 4 68. 22 13. 16 5 . 22 41. 5 2 5 2. 83 12. 76 2. 30 5 . 85 15 .0 0 1.0 0
388. 40
多年平均径流量 /亿 m 3
9 0 34 349. 9 290 . 7 15 . 62 2 849 65 3. 4 32. 80 20 0 . 2 5 73. 9 72. 78 15 . 70 14 0 90
多年平均
年均径流量 /亿 m 3 14 161 1 3889 1330 6 1 3625 14 5 26 1 2 936 14 0 90
年均输沙量 /亿 t 24. 631 22. 15 6 17. 643 13. 80 5 12. 183 5 . 95 2 16. 90 0
平均含沙量 /( kg�m -3) 1. 74 1. 60 1. 33 1. 0 1 0 . 84 0 . 46 1. 23
图 1 全国主要河流代表站 总年径流量和输沙量的变化过程 � Fig. 1 � Variationprocesses inth e total annu al ru noffand sedim entload forth e t pical h drologicals tationinm ainrivers
摘要: 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 1 4 0 90 亿 m 3; 年总输 沙量在 1 960 年前变 化 � 不大，1960 年后逐渐减小，从 20 世纪 5 0 年代的 26. 43 亿 t减小至 20 0 1 20 0 8 年间的 5 . 95 亿 t; 平均含沙量则从 5 0 年代 的 1 . 74 kg/m 3 减至 20 0 1 20 0 8 年 间的 0 . 46 kg/m 3�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�
1 中国江河水文控制站与资料整理
1 .1 流域代表水文控制站选择 在中国 主要 江河 流域 内， 布置 了大 量的 水文 控制 站， 而且 不同的 水文 站控 制不 同的 流域 面积 ，这 些水 文
站监 测流域 内不 同区 域的 水沙 变化 过程 �为 便于 有效 地反 映河流 整个 流域 的水 沙变 化特 点， 选择 流域 代表 水 文站是必要的�流域代表水文站应具有如下特点: 应具有较大的流域控制面积，控制流域大部分区域;
关键词: 主要河流; 水沙变化; 变化趋势; 影响因素; 中国
中图分类号: TV 15 2
文献标志码: A
文章编号: 1 0 0 1 -6791 ( 20 1 0 ) 0 4-0 5 24-0 9
中国许多河流，特别是北方河流，每年输送大量的泥沙�据不完全统计，中国 11 条主要河流多年平均 输沙量约 16. 9 亿 t，其中仅黄河�长江的年输沙量就高达 1 5 . 2 亿 t�泥沙具有两重性，即资源性和灾害性， 既给 人民生 命财 产带 来灾 害， 长期 以来 也塑 造了 美丽 富饶的 平原 陆地 ，逐 渐成 为资 源而 被人 类利 用� 随着 流 域内 人类活 动频 繁和 气候 降水 条件 的变 化， 特别 是流 域修 建水利 水保 工程 和加 强植 被建 设， 流域 产流 产沙 将 发生 变化 ，导致 江河 水沙 条件 也发 生显 著变 化� 河流 水沙 变化不 仅关 系到 河流 本身 的发 展， 而且 也反 映了 流 域的 环境特 性� 水土 流失 程度 及人 类活 动的 影响 �在 水利 规划 �防 洪减灾 �水 资源 利用 和保 护� 水土 保持 及 生态 环境建 设等 方面 的工 作中 ，河 流水 沙变 化问 题也 是必须 考虑 的主 要因 素� 对于 许多 河流 ，特 别是 多沙 河 流而 言， 泥沙治 理十 分重 要， 治水 必治 沙� 河流 水沙 变化 对中 国 经济 发 展和 水 利 工程 建 设 具有 重 要 的 影响 ， 甚至 成为社 会经 济可 持续 发展 的制 约因 素， 因此 ，全 面了 解全 国主要 河流 径流 量和 输沙 量的 变化 情况 十分必 要�本文对中国 11 条主要江河水沙总量和各条河流水沙量变化及其影响因素进行了分析，试图为中国江河 治理 和流域 社会 经济 发展 提供 科技 支持 �
多年平均年输沙量 /亿 t
4. 140 11. 10 0 0 . 117 0 . 187 0 . 75 9 0 . 127 0 . 169 0 . 0 27 0 . 0 66 0 . 234 0 . 0 23 16. 90 0
1 .2 河流水沙资料处理方法
对于全国 11 条主要河流而言，由于各河流所处的战略地位和开发程度不同，国家对其重视程度和投入
E-m ail: h u ch @ iw h r. com
第4 期
胡春宏，等: 中国江河水沙变化趋势与主要影响因素
5 25
表 1 选择的全国主要河流 代表水文站及其多年水沙特征值 � � � � � � � � � � � � � � � � � T� � � � � � � 1 � � � S� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
流域
代表水文站
长江 黄河 淮河 海河 珠江 松花江 辽河 钱塘江 闽江 塔里木河 黑河 合计
大通 潼关 蚌埠 +临沂 石闸里 +响水堡 +张家坟 +下会 高要 +石角 +博罗 佳木斯 铁岭 +新民 兰溪 +诸暨 +花山 竹岐 +永泰 阿拉尔 +焉耆 莺落峡
注: 多年平均值是指 195 0 20 0 5 年期间的平均值�
量缺测的年份，利用多年平均径流量代替，以进一步分析全国年径流量的变化特征; 对于河流代表水文站年
输沙 量缺测 的年 份， 利用 代表 水文 站年 输沙 量与 径流 量的关 系估 算年 输沙 量， 以进 一步 分析 全国 年输 沙量 的
变化 特征 �
1 .3 分析方法
一般说 来， 河流 水文 站径 流量 和输 沙量 的变 化过程 是周 期性 的上 下变 化， 深入 分析 其变 化趋 势仍 有一 定
第 21 卷 第 4 期 20 10 年 7 月
水科学进展 AD V A N CES IN W A TE R S CIE NCE