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北洛河流域生态环境变迁及对水资源和水沙关系的影响

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水文地质工程地质 2023年第6期50卷 14-24页

作者：韩双宝王赛赵敏敏吴玺袁磊李海学李甫成马涛李文鹏郑焰中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定071051 南方科技大学环境工程与科学学院广东深圳518055 哈尔滨工业大学环境学院黑龙江哈尔滨150090 湖北省地质局第一地质大队湖北大冶435000 中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430078 中国地质环境监测院北京100081

黄土高原地区水土流失严重,水资源短缺,生态系统脆弱,限制了该区域的社会和经济发展。针对人类活动将如何影响黄土高原水沙变化以及如何配置退耕还林还草面积的问题,目前尚缺乏定量分析和研究。以黄土高原渭河子流域北洛河流域为研究区... 详细信息

黄土高原地区水土流失严重,水资源短缺,生态系统脆弱,限制了该区域的社会和经济发展。针对人类活动将如何影响黄土高原水沙变化以及如何配置退耕还林还草面积的问题,目前尚缺乏定量分析和研究。以黄土高原渭河子流域北洛河流域为研究区,分析了北洛河流域近20 a降雨、径流、水资源量、产沙量和归一化植被指数的时空变化,建立了流域分布式水文模型,定量评价了退耕还林还草对水资源和水沙关系的影响,探索了不同决策条件下的最优退耕方案。结果表明:流域水资源总量、径流量、地下水资源量和产沙量呈现递减趋势,年均减少量分别为0.07×10^(8)m^(3)、0.01×10^(8)m^(3)、0.012×10^(8)m^(3)、163×10^(4)t;归一化植被指数和降水呈现递增趋势,年均增加量分别为0.006 4,0.65×10^(8)m^(3);生态环境变化导致径流量和产沙量减少,流域分布式水文模型模拟显示退耕还林还草或植被覆盖率增加会导致流域径流量和产沙量共同减少,但产沙量的响应更为敏感;综合考虑径流与产沙的影响,基于多目标优化提出了退耕还林还草面积的优化配置建议,最优退耕面积约为全部耕地面积的28.1%。本研究可为黄土高原地区生态环境建设、水土保持、水沙资源的合理利用提供决策支持。

关键词：生态环境水沙关系归一化植被指数分布式水文模型退耕还林还草北洛河流域

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基于能量的坡面侵蚀性径流及其水沙传递关系

农业工程学报 2022年第1期38卷 151-157页

作者：王清源张乐涛魏仪媛何梦真河南大学地理与环境学院环境与规划国家级实验教学示范中心开封475004

为有效辨识径流侵蚀能量对水沙关系的影响,构建水流功率ω和水流能量因子SE等指标,采用经验频率统计法,初步拟定了基于能量的坡面侵蚀性径流标准,并考察了不同侵蚀事件的水沙关系。结果表明:1)坡面侵蚀性径流的一般参考标准为:水流功率... 详细信息

为有效辨识径流侵蚀能量对水沙关系的影响,构建水流功率ω和水流能量因子SE等指标,采用经验频率统计法,初步拟定了基于能量的坡面侵蚀性径流标准,并考察了不同侵蚀事件的水沙关系。结果表明:1)坡面侵蚀性径流的一般参考标准为:水流功率大于10.5 W/m或水流能量大于0.059 W,输沙模数一般大于0.6 kg/m^(2)。2)事件时间尺度下输沙模数主要受水流能量因子控制,平均含沙量与水流功率关系最优;过程时间尺度下瞬时输沙率与瞬时水流功率、输沙模数增量与水流能量因子增量皆成正线性相关。3)侵蚀性径流的输沙能力是非侵蚀性径流的2.5倍,而非侵蚀性径流单位水流能量增量的增沙能力是侵蚀性径流的4.8倍;调节单位水流功率(10W/m)的减沙效益可达50%,调节单位水流能量因子(0.1 W)的减沙效益可达71%。分析结果表明侵蚀性径流事件的整体水沙关系更稳定,径流能量更强,输沙能力更大,基于能量拟定侵蚀性径流标准具有可行性。研究结果可以为黄土高原坡面典型径流事件筛选和径流侵蚀能量调控提供参考。

关键词：侵蚀径流水沙关系侵蚀能量减沙效益事件时间尺度过程时间尺度

黄土高塬沟壑区典型小流域不同雨型水沙关系特征

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中国水土保持科学 2022年第6期20卷 1-7页

作者：郭小雪田鹏杜敏赵广举穆兴民高鹏卢小燕西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 内蒙古自治区鄂尔多斯水文勘测局内蒙古鄂尔多斯017020

探究不同降雨类型下流域产流产沙特征及水沙关系,以黄土高塬沟壑区杨家沟小流域作为研究区,采用K-means聚类算法和判别分析法对流域1981—2010年的184场次降雨事件进行分类,用幂函数方法探究不同降雨类型的水沙关系特征。杨家沟小流域... 详细信息

探究不同降雨类型下流域产流产沙特征及水沙关系,以黄土高塬沟壑区杨家沟小流域作为研究区,采用K-means聚类算法和判别分析法对流域1981—2010年的184场次降雨事件进行分类,用幂函数方法探究不同降雨类型的水沙关系特征。杨家沟小流域年径流量和输沙量都呈现显著减少趋势(P关系,A雨型的拟合效果优于B雨型。降雨量减少和植被覆盖率增加是杨家沟流域径流量及输沙量减少的主要原因,降雨量、降雨强度、降雨历时对流域产流产沙能力有重要影响。

关键词：降雨类型产流产沙水沙关系黄土高塬沟壑区杨家沟小流域

黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化及其驱动因素

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水土保持研究 2023年第6期30卷 40-48页

作者：叶子萱赵广举穆兴民高鹏孙文义西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

[目的]探究黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化,探讨水土保持综合治理对流域水沙关系的调控,以期为黄土高原地区未来的生态恢复与水土保持综合治理提供参考。[方法]基于孤山川、佳芦河和西川河流域1974—1989年和2007—2019年的洪水... 详细信息

[目的]探究黄土高原典型流域次洪事件水沙关系变化,探讨水土保持综合治理对流域水沙关系的调控,以期为黄土高原地区未来的生态恢复与水土保持综合治理提供参考。[方法]基于孤山川、佳芦河和西川河流域1974—1989年和2007—2019年的洪水水文要素资料,采用线性函数分析了流域不同时期水沙关系变化特征,采用皮尔逊相关系数法探讨了径流指标(年径流深、平均洪峰流量和平均流量)和输沙指标(年输沙量、平均最大含沙量和平均含沙量)间的相关性,辨析了不同流域水沙变化的驱动因素。[结果]2007—2019年各流域次洪事件的年均径流深和年均输沙量较1974—1989年均显著减少(p水沙关系在经过水土保持综合治理后发生显著变化,径流深-输沙模数线性关系减弱,黄土高原水土保持措施的实施尤其是大规模植被恢复使流域产输沙能力下降,从而导致径流和输沙变化的不同步。

关键词：次洪事件水沙关系水土保持措施归因分析黄土高原

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黄河水沙关系协调度与骨干水库的调节作用

水利学报 2020年第8期51卷 897-905页

作者：张金良练继建张远生罗秋实黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 天津大学天津300072 河北工程大学河北邯郸056038

提出了水沙关系协调度的概念,认为黄河协调的水沙关系是指长时段内维持下游河道(主槽)不淤或微淤的水沙搭配过程。黄河下游冲淤平衡临界来沙系数是0.01 kg·s/m^6,采用来沙系数和冲淤平衡临界来沙系数相对关系建立了黄河水沙关系协调度... 详细信息

提出了水沙关系协调度的概念,认为黄河协调的水沙关系是指长时段内维持下游河道(主槽)不淤或微淤的水沙搭配过程。黄河下游冲淤平衡临界来沙系数是0.01 kg·s/m^6,采用来沙系数和冲淤平衡临界来沙系数相对关系建立了黄河水沙关系协调度表达式。当水沙关系协调度大于1,说明某断面来沙系数大于河道冲淤平衡临界来沙系数,河道呈现淤积状态,水沙关系不协调;反之,当水沙关系协调度小于1,说明水沙关系协调,且数值越小说明协调程度越高。小浪底水库拦沙和调水调沙提高了水沙关系协调程度,减轻了下游河道淤积,但是小浪底水库拦沙库容淤满后,黄河下游的水沙关系会变为不协调,河道仍将处于淤积状态。

关键词：黄河下游水沙关系来沙系数水沙关系协调度小浪底水库

降雨条件下两种土壤类型工程堆积体坡面水沙关系与侵蚀动力特征

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应用生态学报 2020年第9期31卷 3141-3153页

作者：聂慧莹王文龙郭明明康宏亮李建明白芸西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 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 长江科学院水土保持研究所武汉430010 榆林学院陕西省陕北矿区生态修复重点实验室陕西榆林719000

随着生产建设活动的日益频繁,其产生的工程堆积体逐渐成为人为水土流失的主要来源。本研究选取风沙土和红土堆积体,通过室内模拟降雨试验,研究了不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^-1)和砾石含量(0、10%、20%、30%)条件下,两种土质... 详细信息

随着生产建设活动的日益频繁,其产生的工程堆积体逐渐成为人为水土流失的主要来源。本研究选取风沙土和红土堆积体,通过室内模拟降雨试验,研究了不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^-1)和砾石含量(0、10%、20%、30%)条件下,两种土质工程堆积体坡面侵蚀过程中水沙关系和侵蚀水动力特征的变化。结果表明:风沙土堆积体产沙率随时间呈波动式增大趋势;红土堆积体在1.0 mm·min^-1雨强时先增大后逐渐稳定,其他雨强则迅速下降后呈波动变化的趋势,且雨强越大、砾石含量越小,波动越剧烈。风沙土堆积体在0和10%砾石含量时存在坡面细沟侵蚀,细沟侵蚀阶段的产沙率是片蚀阶段的6.74~57.40倍;红土堆积体坡面侵蚀过程可划分为松散颗粒侵蚀阶段和土石侵蚀阶段,松散颗粒侵蚀阶段产沙率是土石侵蚀阶段的1.05~3.49倍。两类堆积体产沙率均随雨强增大而增大,1.0和1.5 mm·min^-1雨强时产沙率随砾石含量增大而波动变化,雨强>1.5 mm·min^-1时则随砾石含量增大而减小,相同条件下,风沙土堆积体产沙率是红土的1.45~4.14倍。风沙土堆积体侵蚀过程中水沙关系由水大沙少向水大沙多转变,而红土堆积体则呈相反变化:水大沙多时期,风沙土堆积体产沙增速是红土堆积体的1.94~37.60倍;水大沙少时期,红土堆积体产沙减速是风沙土的1.40~21.30倍。总体上,径流功率在描述两类堆积体侵蚀动力过程方面优于径流剪切力,临界径流功率均随砾石含量增大而增大,其中,风沙土堆积体在细沟侵蚀阶段的临界径流功率(0.02~0.04 W·m^(-2))是片蚀阶段的2倍,且两阶段临界径流功率均低于红土堆积体。本研究结果可为工程堆积体侵蚀预测模型的建立提供科学参考。

关键词：工程堆积体土壤类型侵蚀过程水动力机制水沙关系

北方土石山区典型流域不同类型洪水的水沙关系差异及归因

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中国农村水利水电 2023年第10期 77-82,88页

作者：吉戴婧琪高鸿婷沈丽娟邢先双刘志凯鲁素芬韩剑桥西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 山东省水文中心山东济南250000 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

基于水文站的降水、径流和泥沙数据,采用聚类分析、含沙量-流量(SSC-Q)滞回曲线等方法,从事件尺度研究北方土石山区弥河流域不同类型洪水事件的径流、输沙特征,揭示各类洪水水沙关系及输沙贡献情况及水土保持措施影响机制。结果表明:(1... 详细信息

基于水文站的降水、径流和泥沙数据,采用聚类分析、含沙量-流量(SSC-Q)滞回曲线等方法,从事件尺度研究北方土石山区弥河流域不同类型洪水事件的径流、输沙特征,揭示各类洪水水沙关系及输沙贡献情况及水土保持措施影响机制。结果表明:(1)弥河流域1951-2021年的261次洪水事件可划分为小型、中型、大型和特大型四类,洪水事件的滞回曲线类型主要为8字形。随着洪水量级的增加,洪水事件的洪水历时和径流输沙量均呈增长趋势,径流和泥沙变率增加,复合型滞回曲线的占比逐渐加大。(2)大型与特大型洪水事件发生频次最低,但输沙贡献率高达86.9%,是北方土石山区输沙的主要洪水类型,主导弥河流域的水土流失灾害,在流域治理中需重点关注。(3)水土保持措施和人类活动对中、小型洪水事件的影响较大,其水沙关系变率超过10%;但对大型洪水事件的影响相对较小,水沙关系变率仅为1.2%。通过合理配置流域中的水土保持措施,当地中小型洪水事件的水沙关系可得到调节,从而达到拦蓄洪水、调控泥沙的目的。同时,亟需持续加强特大暴雨的水土流失及洪水防控措施,避免其给北方土石山区的生态环境等造成严重破坏。研究结果可为该区域水土保持工作的开展及特大暴雨洪水事件的应对提供理论和实践依据。

关键词：洪水水沙关系水土保持弥河流域滞回曲线

滇中引水工程水源区水沙关系及悬移质含沙量预测方法研究

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水电能源科学 2024年第1期42卷 74-78页

作者：陈晶张天力顾世祥云南省水利水电勘测设计研究院云南昆明650021

滇中引水工程水源状况对供水至关重要,为全面了解工程水源区的水量和悬移质含沙量特性,分析悬移质含沙量未来情势,依据水源区石鼓水文站资料系列,基于水文随机分析、小波分析、Copula函数等方法研究石鼓站水与沙的变化趋势及周期规律、... 详细信息

滇中引水工程水源状况对供水至关重要,为全面了解工程水源区的水量和悬移质含沙量特性,分析悬移质含沙量未来情势,依据水源区石鼓水文站资料系列,基于水文随机分析、小波分析、Copula函数等方法研究石鼓站水与沙的变化趋势及周期规律、联合分布及相依变化情况,在此基础上提出一种悬移质含沙量模拟及预测模型。研究结果表明,石鼓站流量和悬移质含沙量的年际、年内分配不均匀;水沙组合的同现重现期最大、联合重现期次之、条件重现期最小,同步遭遇概率远大于异步遭遇概率;未来丰、平、枯水情景下的多年平均悬移质含沙量分别为0.639、0.597、0.562 kg/m^(3),较1955~2019年实测的0.586 kg/m^(3)分别增长了9.0%、1.9%、-4.1%,3种情景下悬移质含沙量均呈上升发展趋势。研究成果从水沙分析角度为滇中引水工程供水调度、含沙量预估等提供了决策依据。

关键词：滇中引水工程水沙关系 Copula函数模拟预测

龙羊峡、刘家峡水库运用对黄河上游水沙关系的调控机制

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水科学进展 2017年第1期28卷 1-13页

作者：姚文艺侯素珍丁赟黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室河南郑州450003 河海大学水利水电学院江苏南京210098

依据龙羊峡、刘家峡水库进出库水沙定位观测资料,根据河流动力学原理,分析了水库运用对径流泥沙过程的调节作用及其影响,揭示了水库对其下游河道水沙关系的调控机制。结果表明:1大型水库运用对进、出库径流泥沙的调节作用与水库的运用... 详细信息

依据龙羊峡、刘家峡水库进出库水沙定位观测资料,根据河流动力学原理,分析了水库运用对径流泥沙过程的调节作用及其影响,揭示了水库对其下游河道水沙关系的调控机制。结果表明:1大型水库运用对进、出库径流泥沙的调节作用与水库的运用方式有关,多年调节的龙羊峡水库对径流为线性调控,对泥沙为非线性调控,而不完全年调节的刘家峡水库对径流、泥沙均为线性调控;2水库运用对其下游河道水沙关系具有很强的干扰作用,主要是打破了天然条件下河道通过长期自动调整所形成的输沙规律,改变了挟沙水流的本构关系;3大型水库运用对水沙关系动力学机制的影响主要归因于重新调整了挟沙水流的平衡条件,使洪水传播过程中切应力降低,临界弗劳德数增大,改变了相对平衡输沙状态,挟沙水流则需通过淤积增大比降,满足临界弗劳德数状态下的水流切应力要求,重新实现挟沙水流的平稳状态,从而致使水沙关系发生相应变化。

关键词：大型水库调控机制水沙关系宁蒙河段黄河上游