北洛河水沙变化及其驱动因素分析

作     者：谢剑 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高鹏

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：北洛河流域 水沙变化 气候变化 人类活动 

摘      要：近十几年来,北洛河流域水沙情势发生显著改变,造成一系列北洛河流域治理新问题。探究北洛河流域水沙变化规律及驱动因子,对北洛河流域治理规划和生态环境建设具有重要意义。本研究以北洛河流域为研究区,收集并整理流域内干支流的历年水文气象实测资料与土地利用遥感数据等,通过Mann-Kendall趋势性检验、Mann-Kendall突变性检验、距平累积法、小波分析等方法分析北洛河流域径流、输沙的时空分布规律,探讨水沙变化特征及其驱动因素,并定量计算气候变化和人类活动对北洛河流域水沙变化的贡献。主要结论如下:(1)1937-2018年北洛河径流、输沙呈现显著减少趋势,且存在明显的周期变化。北洛河流域1937-2018年多年平均径流量为7.48亿m,1956-2018年多年平均输沙量为0.61亿t。径流量、输沙量均呈显著减小趋势(p=0.01),分别在1994年和1999年发生突变,均表现出明显丰—平—枯阶段性变化,突变期年均径流量为5.88×10m,与基准期相比减少了27.76%;突变期年均输沙量为1.20×10t,与基准期相比减少了85.43%。年均径流量存在5a,14a及34a和54a尺度的周期变化,54a尺度的周期变化占据主周期。(2)北洛河流域不同水文区间的来水来沙量特征差异明显,水沙异源性显著。大部分水文分区的来水量和来沙量主要集中于1970年左右和2000年左右发生突变,上游区间来水来沙量具有明显丰平枯阶段性特征。北洛河上游黄土丘陵沟壑区为主要来沙区,下游黄土丘陵林区为主要来水区。(3)影响北洛河流域水沙变化的主要驱动因素有降水、气温以及土地利用、水利水保措施等。北洛河流域降水量无明显变化趋势,未发生突变。北洛河流域年均气温呈显著增加趋势(p=0.01),在1986年发生突变。1990-2015年流域内林地及建设用地的面积持续增加,耕地、水域面积持续减少,草地面积波动变化,草地、耕地和林地为流域的主要土地利用类型。1970-2006年,北洛河流域水土保持措施面积由水土保持措施治理面积由125km增加至8201km,年均减水2.65亿m,年均减沙0.14亿t。(4)人类活动是北洛河流域水沙减少的主要驱动因素,减水减沙贡献率占比90%以上。采用弹性系数法定量分析1957-2018年气候变化和人类活动对北洛河径流量的影响,人类活动对径流减少的贡献率为90.98%。双累积曲线法分析结果表明,与1957-1970年相比,1971-1994和1995-2018人类活动对于径流减少的贡献率分别高达92.26%和96.51%;1957-2018年人类活动对输沙量减少的贡献率为100.4%。