武关河流域水沙变化特征及其趋势分析
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]。
黄土高原周河流域水沙变化特征及其影响因素分析
站名流域控制面积/km 2时期年均降雨量/mm 年均径流深/mm志丹周河7741964~201044939.07文章编号：1673-9000（2019）07-0076-03黄土高原周河流域水沙变化特征及其影响因素分析晏安平，刘刚，曹林顺(陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西西安710010）［摘要］为探明黄土高原典型流域水沙变化特征和影响因素，选择北洛河上游周河流域为研究对象，采用多年滑动平均、非参数Mann-Kendall 趋势检验、线性趋势估计法以及滑动T 检验和Pettitt 非参数检验法探讨研究区的水沙变化特征，利用水文分析法分析人类活动和气候因素对水沙变化的贡献率。
结果表明：流域年径流和输沙变化均呈现下降趋势，且突变时间均发生在2003年。
退耕还林之后，流域的径流深降低49.74%；输沙量变化更加明显，下降了83.26%。
突变之后，人类活动对流域水沙变化影响基本一致，贡献率分别为87.16%和89.58%，气候因素影响很小。
研究成果为有效分析退耕还林背景下的黄土高原小流域水沙变化可以提供有效指导和参考。
［关键词］水沙变化；人类活动；退耕还林；周河流域［中图分类号］P333［文献标识码］A［收稿日期］2019-06-14［作者简介］晏安平（1979-），男，陕西富平人，工程师，主要从事水利工程技术管理等方面工作。
0引言近年来，黄河上中游区径流和输沙发生显著变化，下降趋势明显[1~2]。
准确判断水沙变化特征和趋势、定量分析气候变化和人类活动对黄河流域水沙变化的影响程度已经成为当前研究的热点之一[3~6]。
赵广举等[4]、党素珍等[5]、龚珺夫等[6]分别对皇甫川、泾河上游和延河流域的研究结果表明，人类活动和气候变化对径流和泥沙减少的贡献率有所不同，但人类活动影响居于主导地位。
北洛河是黄河中游重要的多砂粗砂区和暴雨洪水的主要源头，也是全国最早实施退耕还林试点的地区之一，其水沙变化引起了许多学者的关注。
长江上游近期水沙变化特点及其趋势分析
长江上游近期水沙变化特点及其趋势分析许全喜1,2,石国钰2,陈泽方2(11武汉大学水利水电学院水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉 430072;21长江水利委员会水文局,湖北武汉 430010)摘要:对长江上游主要控制站水沙量进行了统计分析。
近期长江上游水沙变化特点主要表现为:与1990年前相比,1991-2002年宜昌站年均减少沙量约113亿t ;金沙江屏山站年均增加沙量约0135亿t ,其占宜昌站的百分数由5118%增加到7119%;嘉陵江北碚站年均减少沙量约01985亿t ,占宜昌站的百分数由2517%减小至911%。
采用滑动平均法以及S pearman 秩次相关检验和线性回归检验等方法,对屏山、北碚和宜昌等3站水沙变化趋势进行了分析,分析结果表明:宜昌站径流量无趋势性变化,但输沙量有减小趋势;北碚站水沙减小趋势均较为明显;屏山站径流量无趋势变化,但输沙量有一定的增大趋势。
另外还对影响长江上游水沙变化的降水量、水土保持措施、水库拦沙以及人类活动增沙等主要因素进行了分析。
关 键 词:长江上游;水沙变化;趋势分析;相关检验中图分类号:T V14112 文献标识码:A 文章编号:100126791(2004)0420420207收稿日期:2003205215;修订日期:2003209220基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2003C B415205);国家自然科学基金和长江水利委员会联合资助重大项目(50099620);三峡工程泥沙“十五”攻关项目作者简介:许全喜(1974-),男,湖北武汉人,长江水利委员会工程师,武汉大学博士研究生,主要从事水文泥沙、河道演变以及河流模拟等研究。
E 2mail :xuqx @cjh 1com 1cn长江上游水沙变化是流域多种自然因素和人为因素综合作用的结果,由于长江上游水沙变化受降水、人类活动等多种因素制约,一方面,流域降水的时空(包括时间、落点、强度、历时等)分布,受大气环流等影响,表现出较强的随机性;另一方面,流域的人为因素较为复杂,其不确定度也较大,且人类活动(人为因素)对流域的下垫面以及流域泥沙的输移条件等又可产生重要的影响。
百年尺度黄河上中游水沙变化趋势分析
百年尺度黄河上中游水沙变化趋势分析姚文艺;高亚军;安催花;焦鹏【摘要】According to observed data of runoff and sediment load in the Yellow River from 1919 to 2012, the trend of the runoff and sediment load in the reaches upstream of Tongguan was analyzed with nonlinear statistical methods. The annual runoff and sediment discharge has shown a declining trend in the Yellow River since the mid-1980s, and the relationship between runoff and the sediment load in the upper and middle reaches of the Yellow River abruptly changed before the late 1960s and abruptly changed again in 1986. At the century scale, the runoff and sediment changes of the Yellow River were mainly influenced by climatic and other natural factors before 1960, high and low runoff and sediment loads occurred with changes in rainfall, while the runoff and sediment changes were influenced by human activities and natural factors since 1960. Though rainfall showed significant changes at different times, the runoff and sediment load decreased continuously. Over the last hundred years, the absolute value of the tendency of the annual sediment transport amount has been significantly higher than that of the annual runoff, and the absolute values of the tendency of annual runoff and the sediment transport amount in the middle reach have been significantly higher than those in the upper reach. Over the last 30 years, the runoff and sediment load were at their lowest levels in the Yellow River, and the outstanding characteristics were the continuous decrease of the runoff and sedimentload, the uneven spatial distribution of the runoff and sediment load, the decrease of the sediment load mainly occurring in the middle reaches, and the decrease of runoff mainly occurring in the upper reaches. Thus, the annual distribution of the runoff and sediment load tended to be uniform, the incoming sediment coefficient tended to decrease, and the relation between runoff and sediment load tended to be strong.%根据黄河有实测资料以来的水文泥沙定位观测数据,利用非线性统计方法分析了1919—2012年黄河潼关以上河段水沙系列变化趋势。
渭河武山站以上水沙变化特点分析
渭河武山站以上水沙变化特点分析
刘社强
【期刊名称】《人民黄河》
【年(卷),期】2017(039)009
【摘要】依据渭河武山水文站及以上区域21个雨量站1975—2015年的水文观测数据,对武山站以上区域的水沙变化及影响因素进行了分析.结果表明:①武山站以上区域降水量、径流量、输沙量均呈下降趋势,以1988年为界比较,降水量减小了4.9%,径流量减小了48.7%,输沙量减小了36.0%;②年降水量序列不存在明显的变化趋势,径流量、输沙量分别在1988年、2004年发生了一次减少突变.
【总页数】3页(P5-7)
【作者】刘社强
【作者单位】黄河水利委员会水文局,河南郑州450004
【正文语种】中文
【中图分类】P333;TV121
【相关文献】
1.渭河下游水沙变化趋势分析 [J], 陈强;陈建国
2.渭河下游水沙变化特征与河道淤积机理研究 [J], 韩小军;
3.渭河下游水沙变化特征与河道淤积机理研究 [J], 韩小军
4.渭河与泾河流域水沙变化规律及其差异性分析 [J], 黄晨璐;杨勤科
5.渭河下游近期水沙变化及其对河道冲淤影响 [J], 林秀芝;侯素珍;王平;常温花
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黄河水沙变化规律的ARIMA模型分析预测
黄河水沙变化规律的ARIMA模型分析预测2.山东协和学院医学院，山东济南 2501093.山东协和学院计算机学院，山东济南 2501094.山东协和学院基础部，山东济南 250109摘要：黄河流域是中华民族文明的发祥地，其水沙通量的变化更是影响了相邻区域的生态环境及人民生活。
了解黄河各水文特征间的关系，掌握其变化规律，制定最优采样监测方案，合理进行“调水调沙”，能够科学地指导沿黄流域防汛抗旱、水资源统一调度及相关经济的发展等。
关键词：ARIMA模型Mann-Kendall突变检验自相关性分析时间序列线性回归一、问题重述问题一，给出了近6年位于小浪底水库下游黄河某水文站的水位、水流量与含沙量等实际监测数据，第一步要求通过分析处理附件一该水文站近6年黄河水文特征数据，分析含沙量与时间、水位、水流量的关系；第二步根据分析处理的数据，对该水文站近6年的年总排沙量和年总水流量进行估算。
问题二，明确水沙通量定义，对该水文站近6年水沙通量的突变性、季节性和周期性等特性进行分析，给出其水沙通量的变化规律。
二、问题分析问题一，首先对附件1进行数据质量检测及处理，进行ADF平稳性检验，建立时间与含沙量的ARIMA模型并分析相关性；对含沙量与水位、水流量分别建立线性回归模型分析其相关性。
计算得到近6年该水文站年总水流量和年总排沙量。
问题二，首先明确水沙通量的定义并计算得出原始数据，再分别根据所求特性确定合适的时间单位进行研究。
对于周期性，第一步通过Excel绘制时间周期折线图，第二步利用SPSS对相关变量进行自相关性分析，观察系数置信度图例变化并得出结论；对于突发性，通过Matlab软件对原始数据进行Mann-Kendall 突变检验，确定突变时间；对于季节性，利用SPSS软件进行可视化分析，通过Excel计算季节指数，结合季节性时间序列模型分析水沙通量的季节性规律。
三、模型的建立与求解3.1问题一模型的建立与求解3.1.1数据预处理在研究含沙量与各变量间关系之前，首先要对所给数据进行数据质量检测，发现所给数据完整性一般，利用Excel对含沙量及时间数据进行筛选确定有效值并补充缺失数据。
柳河上游水沙特性及河道断面变化特征分析
水文泥沙DOI：1 0.166 1 6/j.cnki. 1 $ - 4446/TV. 2022.02.14
柳河上游水沙特性及河道断面变化 特征分析
巩士群（辽宁省阜新水文局
，辽宁阜新123000
）
&摘要
】河道冲淤变化与流域来沙状况密不可分，
本文研究以柳河中段彰武水文站数据为切入点，对该站
1980-2018年所测数据进行数学分析。结合典型断面套绘图，利用一元线性回归预测和滑动平均等方法
，总结出
了柳河上游多年来水沙变化特征，即：径流量缓慢提升，含沙、输沙量降幅显著。
“十三五”以来，柳河上游水土保持
取得阶段性成果,趋势线预测该流域沙量有连续下降的态势，加大治理力度是“十四五”时期重要工作
。
&关键词】 柳河流域;水沙特性;输沙量；降雨量；断面套绘
中图分类号：TV123 文献标志码：A 文章编号：2097-0528 （2022）02-079-06Analysis on the characteristics of water sediment characteristics in
the
upper readies of Liuhe River and variation of river channel section
GONG Shiqun(Liaoning Fuxin Hydrographic Bureau
# Fuxin 123000,
China)
Abstrace: The change of riveo channd erosion and siltation is closely related to the sediment inflow in the riveo basin. The
study is started with the date from Zhangwu Hydelogical Station in the middte part of Liuhe River. The date measured atthe station from 1980 to 2018 is mathematicalty analyzed. The characteristica of runoff and sediment change in the upper reaches of Liuhe River in recent years ao summarized based on the mapping of typicct sections according te the methods of unaro lineas reyression prediction, moving average, etc. The characteristice include the follows: the onoff is increased slowly,the sedOnent content and sediment transportation are decreased sionificantly. Soii and wateo conservetion in the upper seaches of Liuhe River has achieved periodic achievemente sincc the 13th Five-Year Plan, and the trend line predicte
黄河河龙区间输沙变化特征及归因分析
第29卷第3期2022年6月水土保持研究R e s e a r c ho 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 .29,N o .3J u n .,2022收稿日期:2020-03-29 修回日期:2020-05-17资助项目:国家自然科学资助项目 黄土丘陵区典型流域水沙变化的时空尺度特征与驱动机制研究 (41471094);国家优秀青年科学资助项目 半干旱区土壤 水文 植被相互作用 (41822103) 第一作者:宁珍(1991 ),女,北京人,博士研究生,主要研究方向为土壤侵蚀㊂E -m a i l :n i n gz h e n 1991@f o x m a i l .c o m 通信作者:高光耀(1984 ),男,湖北仙桃人,研究员,博士,主要研究方向为生态水文㊂E -m a i l :g y ga o @r c e e s .a c .c n 黄河河龙区间输沙变化特征及归因分析宁珍1,2,高光耀1,2,傅伯杰1,2(1.中国科学院生态环境研究中心,城市与区域生态国家重点实验室,北京100085;2.中国科学院大学,北京100049)摘 要:黄河中游河口镇 龙门区间(河龙区间)是黄河泥沙的主要来源区㊂近年来黄河输沙量急剧变化,为了识别黄河输沙量变化的原因,基于河龙区间15个流域1961 2017年的输沙和降雨数据,分析了研究时段内输沙模数的变化趋势和突变时间,定量区分气候变化和人类活动对输沙减少的贡献率㊂结果表明:研究区内15个流域的输沙模数均呈现显著的下降趋势,突变时间集中在80,90年代㊂降雨减少和水土保持措施的增加共同导致了输沙模数的下降,在多数流域,人类活动是导致输沙模数减少的主要因素,80年代后急剧增加的水土保持措施有效减缓了流域产沙㊂研究成果可为黄河流域生态恢复及水沙调控提供决策支持㊂关键词:河龙区间;输沙模数;降水变化;归因分析中图分类号:S 157.1 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2022)03-0038-05C h a r a c t e r i s t i c s a n dA t t r i b u t i o nA n a l ys i s o f S e d i m e n tY i e l d C h a n g e s i nH e l o n g R e gi o no f t h eY e l l o wR i v e r N I N GZ h e n 1,2,G A O G u a n g y a o 1,2,F U B o ji e 1,2(1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f U r b a na n dR e g i o n a lE c o l o g y ,R e s e a r c hC e n t e r fo rE c o -E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e s ,C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s ,B e i j i n g 100085,C h i n a ;2.U n i v e r s i t y o f C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s ,B e i j i n g 100049,C h i n a )A b s t r a c t :S e d i m e n t d i s c h a r g e o f t h eY e l l o w R i v e rh a sc h a n g e dr a p i d l y i nr e c e n t y e a r s .I t i so f g r e a t s i gn i f i -c a n c e t o i d e n t i f y t h e c a u s e s o f t h e v a r i a t i o no f s e d i m e n t d i s c h a r ge i n t h eY e l l o w R i v e rf o r t h e f o r m u l a t i o no f w a t e r s h e dm a n ag e m e n t s t r a t e g i e s .H e k o u zh e n -L o n g m e n r e gi o n (H e l o n g r e g i o n )i n t h em i d d l e r e a c h e s o f t h e Y e l l o w R i v e r i s t h em a i n s o u r c e a r e a o f s e d i m e n t y i e l d .B a s e do n t h e s e d i m e n t y i e l d a n d p r e c i pi t a t i o nd a t a o f 15b a s i n s i n t h eH e l o n g r e g i o n d u r i n g 1961 2017,w e a n a l y z e d t h e v a r i a t i o n t r e n d a n d a b r u p t c h a n ge t i m e of s p e c i f i c s e d i m e n t y i e l dd u r i ng th e s t u d yp e ri o d ,a n d q u a n t i t a t i v e l y i d e n t i f i e d t h e c o n t r i b u t i o n r a t e s o 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 st os e d i m e n t t r a n s p o r tr e d u c t i o n .T h er e s u l t ss h o wt h a t t h es pe c if i cs e d i m e n t y i e l do f t h e 15b a s i n s i n t h e s t u d y a r e a p r e s e n t e da s ig n i f i c a n t d o w n w a r d t r e n d ,a n d th e a b r u p t c h a n g e ti m e c o n c e n t r a t e d i n t h e 1980s a n d 1990s .T h e d e c r e a s e o f p r e c i p i t a t i o n a n d t h e i n c r e a s e o f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a -t i o nm e a s u r e s l e dt ot h ed e c r e a s eo f s pe c if i cs e d i m e n t y i e l d .H u m a na c t i v i t i e s i n m o s tb a s i n sa r e t h e m a i n f a c t o r l e a d i ng t oth ed e c r e a s eo f s p e ci f i cs e d i m e n t y i e l d .T h es h a r p i n c r e a s eo f s o i l a n d w a t e rc o n s e r v a t i o n m e a s u r e s a f t e r t h e1980sh a de f f e c t i v e l y s l o w e dd o w nt h es e d i m e n t y i e l d .T h i ss t u d y a t t e m pt st o p r o v i d e d e c i s i o n -m a k i n g s u p p o r t f o r e c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n a n dw a t e r a n d s e d i m e n t r e gu l a t i o n i n t h eY e l l o w R i v e r b a s i n .K e y w o r d s :H e l o n g r e g i o n ;s p e c i f i c s e d i m e n t y i e l d ;p r e c i p i t a t i o n c h a n g e ;a t t r i b u t i o na n a l y s i s 河口 龙门区间(简称河龙区间)位于黄河中游晋陕峡谷段,区间内植被稀疏㊁暴雨密集㊁土壤质地疏松,导致了严重的水土流失问题[1]㊂河龙区间面积占黄河流域总面积的15%,贡献了三门峡以上黄河泥沙量的90%[2]㊂流域产沙量主要取决于降雨和人类活动的影响[3]㊂自20世纪50年代以来,为了控制水土流失和土地退化,黄河中游实施了大规模的梯田㊁造林㊁坝地等水土保持措施,1999年更是启动了退耕还林还草大型生态修复工程[4]㊂此外,20世纪50年代以来,河龙地区气候呈现暖干化趋势(即潜在蒸散发增加,降水量减少)[5]㊂在降雨减少和人类活动的共同作用下,近60a来河龙区间产沙量发生了显著变化,平均每年减少3.3%[6]㊂Z h a n g等[7]指出,气候干旱㊁工程措施和植被增加共同作用导致了1950 2008年黄土高原的产沙量显著减少㊂高海东等[8]以河龙区间为研究对象,认为植被恢复是2000 2017年输沙量减少的主要原因㊂胡春宏等[9]以黄河中游为研究区域,发现在极端降雨事件中,实施水土保持措施的地区比未实施地区的输沙模数减少了75%㊂王飞等[10]发现在不同时期,人类活动对延河流域水沙变化的影响程度有一定差异㊂分析黄河中游河龙区间泥沙变化的特征和原因,不仅对黄河可持续管理至关重要,也可以为多沙粗沙区水土流失的治理提供参考[11]㊂目前的研究对黄河泥沙变化规律和影响因素等方面已有全面的阐述,但对各因素作用大小仍缺乏定量的研究[12]㊂另外,多数研究以河龙区间整体为研究对象,忽略了不同子流域间的对比分析㊂因此,本文选取河龙区间的15个流域,分析1961 2017年输沙模数的变化趋势和突变时间,定量区分气候变化和人类活动对输沙模数的影响,为黄河治理提供参考㊂1研究区概况河龙区间位于黄河中游上段(图1),地处北洛河以东,吕梁山以西,在东经108ʎ02' 112ʎ44',北纬35ʎ40' 40ʎ34'之间,集水面积约11.2万k m2㊂区域内地势北高南低,地貌类型以黄土丘陵沟壑区㊁风沙区和基岩出露区为主,其中黄土丘陵沟壑区占流域总面积的60%以上㊂河龙区间属于温带大陆性季风气候,年均气温2.2ʎ~15ħ,年均降水量310~610m m㊂区域内降雨时空分布极不均匀,空间上由东南向西北递减,东南部年平均降雨量达590m m,西北部年平均降雨量仅为300 m m[13],年内降雨集中在6 9月,占全年总降雨的60%以上㊂作为国家水土保持工作的重点地区,截至2006年底,河龙区间水保措施累计治理面积达418万h m2,为1959年的18倍[14]㊂2数据与方法2.1数据来源输沙量数据由水利部黄河水利委员会发布的黄河流域水文资料获得,输沙模数根据输沙量数据计算而得,数据时间为1961 2017年㊂降水数据由中国气象科技数据中心(h t t p:ʊd a-t a.c m a.c n/)获得,该数据基于国家级台站(基本㊁基准和一般站)的降水月值资料,由薄盘样条法进行空间插值生成,空间分辨率为0.5ʎˑ0.5ʎ㊂各流域的数据使用A r c G I S软件进行剪裁和计算㊂水土保持措施数据来自冉大川[15]和姚文艺等[16]文献㊂图1河龙区间流域、水文站及气象站点位置2.2方法2.2.1 M a n n-K e n d a l非参数趋势检验法M a n n-K e n d a l l非参数检验法是判断时间序列数据趋势的重要方法[17],现已广泛应用于水文㊁气象等时间序列的趋势性分析[18]㊂与参数法相比,该方法不考虑样本序列的分布特征,且检验结果不受序列中少数异常值和中断点的干扰,因而得到了广泛的应用[19]㊂对于给定的时间序列X(x1,x2, ,x n),统计量S定义如下:S=ðn-1i=1ðnj=i+1sg n(x j-x i)(1)式中:x j和x i表示第j和i年的样本值,且j>i:s g n(x j-x i)=1x j>x i0x j=x i-1x j<x iìîíïïïï(2)统计量S近似正态分布,方差为:v a r(S)=n(n-1)(2n+5)18(3)标准化统计量为:Z=s-1/v a r(S)S>00S=0s+1/v a r(S)S<0ìîíïïïï(4)若|Z|>1.96,则在0.05显著性水平下拒绝无趋势的原假设㊂当Z为正值时,表示上升趋势,当Z 为负值时,表示下降趋势㊂趋势度β的公式为:β=m e d i a n(x j-x ij-i),∀j>i(5)β大于0时表示序列呈上升趋势,β小于0时表示序列呈下降趋势㊂93第3期宁珍等:黄河河龙区间输沙变化特征及归因分析2.2.2 P e t t i t t突变点检验法 P e t t i t t检验是目前广泛用于检测水文序列突变点的非参数方法[20]㊂对于给定的时间序列X(x1,x2, ,x n),划分为x1,x2, ,x t和x t+1,x t+2, ,x n两部分,统计量U t,n计算如下:U t,n=U t-1,n+V t,n(6)V t,n=ðn j=1s g n(x t-x j)(7)式中:t=2, ,n;s g n()函数与M a n n-K e n d a l l检验中相同㊂突变点为|U t,n|最大处:K n=m a x U t,n(8)判断显著性水平的统计量p定义为:P=e x p(-6(K n)2n3+n2)(9) 2.2.3输沙变化归因分析使用 水文法 定量区分降雨减少和人类活动对输沙变化的贡献㊂该方法可以用于确定不同时期水文时间序列的差异㊂根据各个流域的突变时间,将突变时间以前的输沙模数序列划分为基准期,突变时间后的时段为受到人类活动影响较多的措施期㊂首先建立基准期内降雨与输沙之间的回归方程,然后用此方程估计措施期的产沙量,实测值与拟合值之间的差值代表人类活动造成的影响,其余的部分由降雨变化造成㊂公式如下:S S Y1=f(P1)(10) S S Y'2=f(P2)(11)ΔS S Y L U C C=S S Y2-S S Y'2(12)ΔS S Y P r e=(S S Y2-S S Y1)-ΔS S Y L U C C(13)式中:S S Y为实测输沙模数(t/k m2);P为降雨量(mm);S S Y'为拟合输沙模数,下标1,2分别表示基准期和措施期;S S Y1和S S Y2分别代表基准期和措施期的平均实测输沙模数;S S Y'2代表措施期的平均拟合输沙模数;ΔS S Y L U C C和ΔS S Y P r e分别是措施期内土地利用/土地覆盖变化和降水变化导致的输沙模数变化量㊂R u s t o m j i等发现黄土高原流域年输沙模数的平方根与年降水量呈线性相关[21]㊂本研究中用此来描述降雨 输沙的关系:S S Y=a P+b(14) 3结果与分析3.1输沙序列趋势分析对1961 2017年15个流域的数据进行分析,研究区内各流域的年平均输沙模数差异较大(表1),范围在730.84~11132.60t/k m2之间,相差15倍以上,15个流域的平均值为6064.66t/k m2㊂MK分析结果显示15个流域的年平均输沙模数都存在显著的下降趋势,下降幅度在-20.74~347.26t/(k m2㊃a)之间㊂表11961-2017年各流域输沙模数的年平均值及M K趋势分析流域观测站年平均输沙模数/(t㊃k m-2)统计量Z趋势度β/(t㊃k m-2㊃a-1)皇甫川皇甫10788.43-5.22*-286.89孤山川高石崖11132.60-6.01*-347.26窟野河温家川8202.03-6.19*-255.18秃尾河高家川4134.06-6.51*-114.26佳芦河申家湾9594.87-5.47*-212.29无定河白家川3350.67-4.61*-66.56清涧河延川7923.09-4.00*-147.90延河甘谷驿6122.40-4.07*-111.16云岩河新市河1257.09-5.80*-30.41仕望川大村730.84-6.56*-20.74湫水河林家坪9196.48-5.11*-222.44三川河后大成3440.22-5.78*-88.79屈产河裴沟6877.29-4.51*-132.14昕水河大宁2760.88-5.93*-89.11州川河吉县4441.47-7.70*-146.55平均值-6064.66-5.93*-179.78注:*表示通过99%显著性检验㊂3.2输沙序列突变点检验使用P e t t i t t检验法对15个流域年输沙模数突变时间和显著性水平进行检验,结果见表2,研究区各流域突变时间主要集中在80,90年代㊂表2输沙模数序列P e t t i t t突变点检验结果流域突变年份统计量p流域突变年份统计量p 皇甫川19960.000云岩河19960.002孤山川19970.000仕望川19830.000窟野河19960.000湫水河19810.000秃尾河19980.000三川河19960.000佳芦河19780.001屈产河19980.004无定河19980.004昕水河19960.000清涧河20020.001州川河19820.000延河19960.0003.3气候变化和人类活动对输沙变化的贡献率定量区分降雨变化和人类活动对输沙减少的贡献,基准期各流域输沙模数的平方根和降雨量之间的线性回归方程见表3,回归方程的决定系数在0.53~ 0.72之间㊂降水变化和人类活动对输沙模数减少的贡献率见图2㊂平均来看,降水和人类活动对输沙模数减少的贡献率分别为37.92%和62.08%㊂在云岩河流域和湫水河流域,降水对输沙模数减少的贡献率大于50%,在其余流域,人类活动是导致输沙模数减少的主要因素㊂位于研究区中部的部分流域中,人类活动对输沙04水土保持研究第29卷模数减少的贡献率较高,如清涧河流域和三川河流域,人类活动的贡献率均大于80%㊂表3输沙模数的平方根与降雨量之间的线性回归方程流域时段回归方程R2p 皇甫川1961 1996年S S Y=0.58P-4.140.690.000孤山川1961 1997年S S Y=0.6P-5.650.710.000窟野河1961 1996年S S Y=0.53P-2.380.720.000秃尾河1961 1998年S S Y=0.31P+2.260.620.000佳芦河1961 1978年S S Y=0.64P-4.830.720.000无定河1961 1998年S S Y=0.28P+1.140.670.000清涧河1961 2002年S S Y=0.38P-3.410.560.000延河1961 1996年S S Y=0.37P-3.260.610.000云岩河1961 1996年S S Y=0.16P-2.520.600.000仕望川1961 1983年S S Y=0.13P-1.890.530.000湫水河1961 1981年S S Y=0.50P-5.520.650.000三川河1961 1996年S S Y=0.28P-4.350.680.000屈产河1961 1998年S S Y=0.41P-5.040.600.000昕水河1961 1996年S S Y=0.25P-3.720.650.000州川河1961 1982年S S Y=0.37P-5.340.570.000图2降水和人类活动对输沙减少的贡献率3.4水土保持措施对输沙的影响自20世纪50年代以来,黄土高原采取了一系列水土保持措施,包括梯田㊁坝地等工程措施和造林种草等生物措施[22]㊂淤地坝是黄土高原地区防治水土流失的主要工程措施,在蓄水拦沙方面发挥了显著作用,河龙区间部分流域淤地坝的多年平均减沙效益可达40%以上[23]㊂退耕还林还草工程实施后,黄土高原植被覆盖度从1999年的31.6%迅速增加到2013年的59.6%[24],植被覆盖能削弱降水对地表的溅蚀和冲刷,被认为是减少侵蚀最有效的措施之一[25]㊂图3为研究区60年代以来水土保持措施统计㊂20世纪80年代之前各项措施的实施速度较慢,但在80年代之后显著加快,水土保持措施的急剧增加可能是流域输沙减少的主要原因㊂1959 2006年,水土保持措施总面积占比由1.28%增加到42.4%,其中造林的增幅最高,由1959年的0.75%增至2006年的29.99%,尤其在90年代后,随着国家水土保持生态建设和退耕还林还草等政策的实施,区间内造林和种草的面积大幅提升㊂至2006年,研究区总水土保持治理度达39.75%,研究区内面积最大的水土保持措施为造林,面积为2.01万k m2,占所有措施总面积的70.92%,种草㊁梯田和坝地依次占16.14%,11.48%和1.82%㊂图3水土保持措施面积比例变化使用15个流域的年代际产沙系数与水土保持措施面积占流域总面积的百分比做线性回归分析,来分析土保持措施对流域产沙的影响,公式如下:S C=-mA C+n(15)式中:S C为产沙系数(S C=S S Y P)的平均值;A C为水土保持措施面积占流域总面积的百分比㊂各流域的回归分析结果见表4㊂表4年代际产沙系数与水保措施总面积占流域总面积比值的回归分析流域回归方程R2p皇甫川S C=-0.64A c+48.810.920.010**孤山川S C=-1.04A c+54.240.860.024*窟野河S C=-0.86A c+40.420.930.008**秃尾河S C=-0.50A c+21.100.990.000***佳芦河S C=-1.19A c+54.340.970.002**无定河S C=-0.37A c+17.190.980.001***清涧河S C=-0.20A c+23.880.280.361延河S C=-0.23A c+18.330.710.073云岩河S C=-0.03A c+2.890.230.417仕望川S C=-0.16A c+3.140.870.021*湫水河S C=-1.27A c+46.900.860.024*三川河S C=-0.28A c+13.500.780.048*屈产河S C=-0.21A c+18.770.430.228昕水河S C=-0.20A c+8.930.690.083州川河S C=-2.69A c+79.920.600.126注:***,**和*分别代表显著性水平0.001,0.01,0.05㊂各流域年代际产沙系数随水土保持措施占比面积增大而下降,共有9个流域通过显著性检验(p< 0.05),决定系数R2范围在0.78~0.99之间㊂共有5个流域(皇甫川㊁窟野河㊁秃尾河㊁佳芦河和无定河)的14第3期宁珍等:黄河河龙区间输沙变化特征及归因分析决定系数大于0.9,这些流域集中在研究区西北侧㊂与东南侧流域相比,研究区西北侧流域的产沙系数与水土保持措施面积占比的相关性更强,水土保持措施在减缓流域产沙方面发挥了更大的作用㊂4结论(1)研究区不同流域间年平均输沙模数差异较大,相差15倍以上㊂在1961 2017年,所有流域的输沙模数都呈现显著的下降趋势,下降幅度最高可达-347.26t/(k m2㊃a)㊂(2)研究区各流域突变时间主要集中在80,90年代,以突变年份划分基准期和措施期,降水变化和人类活动对输沙模数减少的平均贡献率分别为37.92%和62.08%,多数流域中人类活动起到主要作用㊂(3)1959 2006年,水土保持措施面积占比由1.28%增加到42.4%㊂迅速增加的水土保持措施有效减缓了流域产沙,尤其在研究区西北侧,流域年代际产沙系数与水土保持措施面积占比相关性较强,流域的产沙系数随水土保持措施占比的增加而下降㊂参考文献:[1]王飞,穆兴民,李锐,等.河口镇到龙门区间水土保持措施减沙水代价分析[J].水土保持通报,2005,25(6):28-32. 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堪 ２
基
月份
图１ 武 关 河 多年 平 均 各 月 径 流 量 图
１ ． ２ 泥 沙 特性
据实 测 资料 分 析 ， 武关 河 流域 泥沙 特 点 是 ， 河 流 汛 期 含 沙量大 ， 含 沙量 年 内变 化 大 。一 般 是 ４ 、 ５月 涨 水 期 开 始 增 大， 最 大含 沙量 多 出现 在 ６ 、 ７ 、 ８月 ， 汛期后迅速减 小 ， 最 小 含 沙 量在 枯 水期 。据 实 测 资料 分 析 ， 武 关 河 流 域 输 沙 量 从 ６ ０年代 至 ８ ０年代 总 体 呈 现 递 增 趋 势 ， 但从 ８ ０年 代 至 今 有
１ ． １ 径 流 特性
递减趋势 。６ ０年代 流域径 流量达 １ ４ ． ９ ８万 １ １ ３ ， 至８ ０年代 已增至至 ５ １ ． ４ ３万 ｍ ， 但到 １ ０年代减至 ３ ７ ． ５ ４万 ｍ 。武 关河流域 ６～ ８ 月 的输沙量量 占全年输沙量 的 ８ ４ ． ６ ４ ％， ｌ １
年代至 ８ ０年代总体呈现递增趋势 ， 但从 ８ ０年代至 １ Ｏ年代
有 递 减趋 势 。６ Ｏ年 代流 域 径 流量 达 １ ． ９ ３亿 ｉ ｎ ， 至８ ０年 代
已增至至 ２ ． ４ ９亿 ｍ ， 但到 １ ０年代减至 １ ． ９ １ 亿 ｍ 。武关
河 流 域 ７～ｌ ０月 的径 流 量 占全年 径 流量 的 ６ ４ ． ８ ％， １ １ 月 ～ 次年 ３ 月 的径 流量 占全 年 径 流 量 的 １ ３ ． ２ ％， 径 流 泥 沙 多 集 中在 几次 大 洪水 。
月～ 次 年 ３月 的径 流 量 占全 年 径 流 量 的 ６ ． ３ ５ ％， 且 泥 沙 多 集 中在 几 次大 洪水 。
据武 关 河 １ ９ ６ ７～ ２ ０ １ ０年共 ４ ４年 的径 流 系列 资料 统 计 ，
多年平 均径流量 为 １ ． ８ ９亿 ｍ ， 最大年径 流量 ７ ． ４ ３亿 ｉ ｎ
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北纬 ３ ３ 。 ３ ５ ， １ ９ ５ ９年 １ 月设立。测站以上控制流域面积 ７ ２ ４
ｋ ｍ ， 占武 关 河全 流 域 面 积 的 ８ ０ ． ４ ％ 。 以下 计 算将 武 关 水文 站径流 、 泥沙 资 料 按 照 水 文 比 拟 法 推 算 到 整个 流 域 。 武 关 河 流 域 水 文泥 沙特 征 统计 见 表 １ 。
武关 河发源 于秦 岭南 部蟒 岭 主脊 ， 在 丹凤 县武 关 乡
注入丹江 ， 属长江水系， 丹江一级 支流， 干流长 １ １ ６ ． ７
ｋ ｍ， 流域 面 积 ９ ０ ０ ｋ ｍ 。地形 特 点 为 北 高南 低 ， 相 对 高 差在 ４ ０ ０～ ２ ０ ０ ｍ之 间 ， 多 为土石组 成 的浅 山丘 陵 区， 山 地森林 植被较 好 ， 森 林覆盖 率达 ４ ０ ％ 以 上 。河 道 两 岸 山
（ １ ９ ６ ４年） ， 最小年径流量 ０ ． ４ ５亿 ｍ （ １ ９ ９ ９年 ） ， 最 大值和
最小值分别为平均值的 ３ ． ７ ４倍和 ０ ． ２ ３倍 。武关河流域径 ［ 收稿 日期］ ２ ０ １ ３— ０ ５— １ ７
［ 作者简介］ 李世全 （ １ ９ ６ ３． ） ， 男， 陕西眉县人， 助理工程师 ， 主要从事水利工程等方面的工作 。 ［ 通讯作者］ 汪建武（ １ ９ ５ ７． ） ， 男， 河南信 阳人 ， 高级工程师 ， 主要从事水利工程等方面的工作。
２ ０ １ ３年 ９ 月
地 下水
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Ｓ ｅ ｐ．， ２０１ ３ Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎ０ ． ５
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第５
武 关 河 流 域 水 沙 变 化特 征 及 其 趋 势分 析
李 世 全 ， 汪 建武
（ １ ． 陕西省眉县水利局 ， 陕西 眉县 ７ ２ ２ ３ ０ ０ ； ２ ． 甘肃省水利厅 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ） ［ 摘 要］ 采 用实测资料 ， 对武关河流域 水沙量进行统计分析。采用滑动平均 法、 Ｍ ａ ｎ ｎ—Ｋ ｅ ｎ ｄ Ｍ １ 非参数秩
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第３Байду номын сангаас５卷
第 ５期
地 下水
２ ０ １ ３年 ９月
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［ 中图分类号］ Ｔ Ｖ １ ４ ９
［ 文献标识码］ Ｂ
［ 文章编号 ］ １ ０ ０ ４— １ １ ８ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ０ ９ ６— ０ ３
流 特 点是 ： 年径 流 量相 对较 大 ， 产 流不 均 匀 ， 年际变化大 ， 年 内分 配很 不均 匀 。据 实 测 资 料 分 析 ， 武关河流域径流从 ６ ０
坡较 陡 ， 河 床大 多 由沙 石 和 砾石 组 成 ， 纵 剖 面上 比降 较
大， 河流在 平 面形 态 上 表现 出宽谷 与峡 谷交 替 的特点 。 河 流 弯 曲段 多 ， 河 流湍急 。
１ 径流 、 泥 沙 特 性
为研 究 武关 河 流 域 多 年 来 水 沙 条 件 的 变 化 ， 选 取 其 主 要 控 制站 武 关 水文 站 进行 水 沙 基 本 特征 分 析 。武 关水 文 站 在 武 关河 中下 游 丹 风 县 武 关 乡 西 河 村 ， 位于东经 １ １ ０ 。 ３ ７ ，
次相 关检 验 法 、 Ｒ ／ Ｓ分析 法 ， 对 流域 水 沙 变化趋 势进 行 研 究 。 结果 表 明 ： 在 一 定显 著 性 水 平 下 ， 武 关 河流 域 径 流 与 泥 沙在 多年 变化 中均 呈 明显 下降趋 势 。
［ 关键词 ］ 武关河流域 ； 水沙变化 ； 趋 势分析 ； Ｍ ａ ｎ ｎ— Ｋ ｅ ｎ ｄ ￣ ｌ 检验 ； Ｒ ／ Ｓ分析