河龙区间水沙变化特征及归因分析

发布时间：2020-07-15 06:10

【摘要】：河龙区间是黄河流域水土流失最严重的地区,是黄河流域粗泥沙主要来源区,也是黄河流域水土保持生态建设重点区域。2000年以来河龙区间河流输沙量锐减,为了探究河龙区间泥沙变化特征及减少原因,本研究选取侵蚀性降水、主汛期侵蚀性降水、径流模数、输沙模数等指标,采用Pettitt检验、有序聚类分析法、Morlet小波分析等方法对河龙区间1956-2015年气象和水文序列进行趋势突变以及周期性分析。采用斜率变化率比较法、冗余分析(RDA)等方法对气候变化与流域水沙响应关系进行分析。基于修正通用土壤流失方程(RUSLE)确定了河龙区间坡面措施的减沙贡献率,进一步构建淤地坝拦沙贡献率计算模型,确定了沟道措施的拦沙贡献率。取得的主要研究结果如下:(1)阐明了河龙区间1956-2015年气象和水文序列的变化趋势。河龙区间年降水量呈减少趋势,但不显著(p0.1);年径流量与年输沙量均呈极显著减少趋势(p0.001)。河龙区间年输沙量突变年份为1979、1999年。依据年输沙量的突变检验,并结合前人研究,划分1956-1979年为T1时期、1980-1999年为T2时期、2000-2015年为T3时期。(2)分析了河龙区间典型流域的降水-径流-输沙变化关系。在年、汛期(6-10月)、主汛期(7-8月)三个时间尺度,大理河流域径流-输沙、降水-径流呈显著(p0.05)线性正相关。径流-输沙关系从年到汛期,再到主汛期尺度,决定系数一直增加,相关性不断增高。不同时间尺度降水-输沙线性回归的斜率变化较小,显示出降水对输沙的影响没有明显的变化;主汛期内的侵蚀性降水-输沙关系优于其他时间尺度的,其中2003-2015年的侵蚀性降水-径流的决定系数(R2)最高,拟合效果好。(3)明确了人类活动是河龙区间输沙量减少的主要因素。人类活动对流域输沙量减少的贡献率均大于降水,各流域输沙量突变之后,人类活动对流域输沙减少的影响占主导作用。1956-2015年间,河龙区间以及各支流降水变化对流域输沙量减少的贡献率范围是0.58%-41.3 1%,人类活动对输沙量减少的贡献率为58.69%-99.42%,平均贡献率达82.45%。(4)量化了河龙区间梯田、植被以及淤地坝等水土保持措施减沙贡献率。2000-2015年间,河龙区间梯田减沙幅度呈逐年增加趋势,从14.02%增加至25.99%。受植被和梯值为3.21亿t。1956-2011年间,河龙区间淤地坝逐年拦沙量变化于0.04-3.91亿t,多年平均拦沙量为1.31亿t,累积拦沙量为73.12亿t。与基准期T1(1956-1979)相比,T3时期(2000-2015)植被和梯田平均减沙贡献率分别为54%、17%,淤地坝平均拦沙贡献率为17%,水库拦沙和引水取沙合计贡献了 12%。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S157.1
【图文】：

路线图,研究技术,路线图,输沙量

1 绪论3）通过水沙系列的突变年份进行流域突变前和突变后的时段划分，分析典型流域前后径流-输沙、降水-输沙、降水-径流关系变化，对比变化率等指标得出突变前后候与流域水沙变化的响应关系；4）分析河龙区间输沙量变化的主要影响因素，选取流域降水量、坝控面积、累积面积以及植被覆盖度、径流量、输沙量等系列资料，对河龙区间的输沙量变化进行分析，定量计算影响河龙区间输沙量变化的水土保持措施各减沙贡献率。具体技术路线如图 1-1 所示。

河龙区间,年值,径流量,年输沙量

2.1 水沙变化特征河龙区间水沙为龙门水文站实测径流输沙量减去头道拐水文站的。1956-2015 年区间年径流量和年输沙量分别如图 3-1 和 3-2 所示。对河龙区间水沙的时间变化趋行分析，由线性回归分析得出：1956-2015 年间，河龙区间年径流量是显著（p<0少的，年输沙量也是显著（p<0.05）减少的。根据年径流量和年输沙量的阶段性判别，结合前人研究结果[62]，大致可以将河龙水沙变化特征分为三个阶段：其中 1956-1978 年为年径流量的第一阶段，多年平均量为 65.63 亿 m3；第二阶段为 1979-1998 年，多年平均径流量为 40.67 亿 m3；第三 1999-2015 年多年径流量为 21.31 亿 m3。年输沙量第一阶段为 1956-1979 年，多年平均输沙量为 9.14 亿 t；第二阶段 1980-1多年平均输沙量为 4.32 亿 t；第三阶段 1999-2015 年多年平均输沙量为 1.09 亿 t。便于书写，本研究定义：1956-1979 年为 T1 时期、1980-1999 年为 T2 时期、2000-2为 T3 时期。

河龙区间,输沙量,年值,多年平均径流量

图 3-2 河龙区间输沙量年值Fig 3-2 Annual value of sediment discharg in He-Long reach表 3-1 为不同时期头道拐、吴堡、龙门水文站以及河龙区间的多年平均径流量平均输沙量，结果显示：多年平均径流和多年平均输沙量都是减少的，其中头道站 T3 时期多年平均径流量是 T1 时期的 67.96%，减少幅度为 32.04%，是 T2 时.32%，减幅为 16.68%；T3 时期多年平均输沙量为 T1 的 29.45%，减幅为 70.48% 的 61.43%，减幅为 38.57%。河龙区间水沙均锐减，T3 时期多年平均径流量为 20.93 亿 m3，是 T1 的 32.13%为 67.87%；T3 年平均输沙量为 1.04 亿 t，仅是 T1 的 11.38%，减幅高达 88.62%。各水文站及河龙区间 1956-2015 年的多年平均径流量和多年平均输沙量与80-1999 年间的多年平均值相近。表 3-1 河龙区间不同时期年均径流输沙量Tab 3-1 Annual average runoff sediment discharg in different periods of He-Long reach时期

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