泾河流域水沙时空分异特征及其影响因素分析

论文摘要

近年来,随着气候变化和人类活动影响的加剧,黄河的水沙情势发生了重大变化,来水来沙量大幅锐减,给黄河治理和水资源利用带来了一系列新的问题。因此,研究黄河河川径流泥沙的变化特征,探明其变化的驱动力因素具有重大的理论和实践意义。泾河是黄河中游的一条重要支流,因此本研究以泾河流域为研究区域,通过Mann-Kendall趋势检验法、有序聚类分析法、累积距平法和双累积曲线等数学方法分析泾河流域多年来径流、泥沙、降水的时空变化特征,并定量评估了降水和人类活动对径流泥沙减少的贡献,揭示了植被、梯田和淤地坝对水沙的影响。得到以下几点主要结论:（1）泾河流域的水沙特征变化。泾河流域19342016年的年均径流量和输沙量分别为16.08×108m3和2.21×108t,流域内径流量和输沙量都呈显著减少趋势（p=0.01）,突变年份分别为1996年和1997年,自突变点后分别减少38.5%和62.3%。通过累积距平分析发现水沙变化具有明显的阶段性特征,径流量的变化过程为丰-平-枯三个阶段,呈阶梯式减少;输沙量变化为丰-枯-丰-枯四阶段,第一个丰沙期和第二个枯沙期持续时间最长。近60多年来,流域内多数水文站的水沙都表现为显著减少（p=0.05）,马莲河流域各水文站的突变点大多在20022004年,中下游水文站的突变点多位于8090年代间,上游的泾川水沙发生突变的时间最早,分别为1970年和1973年。（2）泾河流域产流产沙强度的时空变化。泾河流域的径流模数从60年代的5.02×104m3/km2·a降至2000年后的2.4×104m3/（km2·a）,减少了52%,各年代间径流模数呈阶梯式递减。2000年后流域内径流模数大于7×104m3/（km2·a）的区域消失,5×1047×104m3/（km2·a）的区域减少,小于3.5×104m3/（km2·a）的区域增加。泾河的输沙模数自80年代减少、90年代增加、2000年后急剧减少,从60年代的6262 t/km2·a减少至2000年后的2138 t/（km2·a）,下降了61%。输沙模数在8000 t/（km2·a）以上的区域消失,50008000 t/（km2·a）的区域减少,2000t/（km2·a）以下的区域增多。（3）降水的时空变化特征。泾河流域19662014年的年均降水量为515mm,汛期降水集中程度高。8090年代降水总体偏枯,2000年以来降水逐渐转丰,2010年后暴雨频发。19662014年,在降水的年际和年内分配上,小雨和中雨的降水量均呈减少趋势,大雨、暴雨及大暴雨的降水量为增加趋势。降雨量具有明显的空间分异特征,自东南向西北递减,黄土塬区降水量较丰,马莲河上游地区的黄土丘陵区降水偏少,年降水量在500mm以下,马莲河中下游、蒲河和汭河上游地区为暴雨高发区。（4）降水和人类活动是导致水沙变化的主要因素,流域内近年来水沙显著减少的主要驱动力是人类活动。1996年前径流量减少主要是由于降水影响,而19972014年径流量减少的主因是人类活动,人类活动的贡献率为97%,降水的贡献率为3%。流域内输沙量减少的主导因素一直是人类活动,19792014年人类活动的贡献率为61.4%,降水贡献率为38.6%。而2000年后人类活动对减沙起绝对主导作用,贡献率达92%,降水影响占8%。人类活动对水沙的影响在2000年后显著增强,2010年后由于暴雨频发,降水起到增水增沙的作用,人类活动对水沙减少的贡献率均超过100%。（5）流域尺度水沙对于主要人类活动的响应,包括植被、梯田和淤地坝。流域内近年来植被状况明显改善,林草植被盖度从1978年的41.8%增至2016年的68.6%,植被和径流、泥沙之间呈非线性的负相关关系,其减水减沙作用具有明显的临界现象。植被盖度小于40%时,减水减沙作用不明显;植被盖度位于40%60%时,植被盖度每增长1%获得最大的减水减沙效益,取得最大的边际效益;当植被盖度超过60%时,减水减沙作用趋于稳定。截至2012年,流域内梯田面积为7758.7km2,分析梯田占比与径流系数和产沙系数的关系发现,在流域尺度上,梯田对径流泥沙均呈非线性的负相关关系。当梯田规模较小时,其减水减沙效果不明显,梯田占比大于510%以后,随着梯田占比增加,流域的产水产沙能力减弱。梯田的减沙能力强于其减水能力,梯田对黄土塬区的减水减沙更显著。截至2016年,流域内大中型淤地坝共633座,92%的淤地坝是19902009年建成。截至2011年,流域内淤地坝的平均淤积比例为25%,自淤地坝运行至2011年共拦泥12.16×108t。淤地坝是马莲河流域泥沙减少的主要人为驱动因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 气候变化对流域水沙的影响
•     1.2.2 人类活动对流域水沙的影响
•     1.2.3 减水减沙效益的评价方法
•     1.2.4 存在问题
•   1.3 研究目标与内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 主要研究内容
•   1.4 技术路线
• 第2章 数据基础与研究方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 地理位置
•     2.1.2 地形地貌
•     2.1.3 土壤和植被
•     2.1.4 气候和水文
•     2.1.5 水土保持情况
•   2.2 数据及预处理
•     2.2.1 水文气象数据
•     2.2.2 土地利用和植被覆盖度数据
•     2.2.3 淤地坝数据
•     2.2.4 梯田统计数据
•     2.2.5 梯田遥感解译数据
•   2.3 研究方法
•     2.3.1 水文气象要素的趋势检验
•     2.3.2 水文气象要素的突变检验
•     2.3.3 水文气象要素的阶段划分
•     2.3.4 气候和人类活动对水沙影响的分离方法
• 第3章 泾河流域水沙时空分异特征
•   3.1 水沙的时间变化特征
•     3.1.1 水沙的年际变化规律
•     3.1.2 水沙的变化趋势及突变年份
•     3.1.3 水沙变化的阶段性
•   3.2 泾河不同分区水沙的时间变化特征
•     3.2.1 主要分区的水沙年际变化趋势
•     3.2.2 主要分区的水沙突变点分析
•     3.2.3 主要分区水沙变化的阶段性
•   3.3 水沙分布的时空特征
•     3.3.1 水沙来源区
•     3.3.2 产流格局时空变化
•     3.3.3 产沙格局时空变化
•   3.4 本章小结
• 第4章 泾河流域的降水变化及其对水沙的影响
•   4.1 降水的时间分异特征
•     4.1.1 降水量的时间变化
•     4.1.2 各强度降水的时间变化
•   4.2 降水的空间分异特征
•     4.2.1 降水的分布特征
•     4.2.2 降水的空间分异特征
•   4.3 径流量对降水变化的响应
•     4.3.1 降水-径流关系的转折年识别
•     4.3.2 降水对径流量变化的定量评价
•   4.4 输沙量对降水变化的响应
•     4.4.1 降水-输沙关系的转折年识别
•     4.4.2 降水对输沙量变化的定量评价
•   4.5 本章小结
• 第5章 水沙变化的人为影响因素分析
•   5.1 土地利用格局变化
•   5.2 植被变化的水文响应
•     5.2.1 植被对水沙的调控机理
•     5.2.2 植被覆盖度的变化特征
•     5.2.3 植被覆盖率对流域水沙的影响
•   5.3 梯田变化的水文响应
•     5.3.1 梯田的水沙响应机理
•     5.3.2 梯田的建设历程
•     5.3.3 梯田对流域水沙的影响
•   5.4 淤地坝对流域水沙的影响
•     5.4.1 淤地坝的水沙响应机理
•     5.4.2 淤地坝建设历程
•     5.4.3 淤地坝的淤积特征分析
•   5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 主要工作及结论
•   6.2 研究不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩向楠

导师: 谢世友

关键词: 泾河流域,水沙,降水,人类活动,水土保持

来源: 西南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 西南大学

分类号: P333

总页数: 78

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