乌江流域水沙特性变化分析

熊亚兰等：乌江流域水沙特性变化分析1947乌江流域水沙特性变化分析熊亚兰1，张科瑞1*，杨光之间2，顾子21.表面过程和资源生态国家重点实验室/北京师范大学地理和遥感科学院，北京100875；贵州省水土保持监测站，贵州贵阳210093摘要：分析乌江流域水沙特性变化是解决长江上游泥沙问题、增加水资源利用、防灾减灾的根本出发点，可以为岩溶地区水土流失管理和生态恢复提供理论依据。本文通过分析乌江流域主要水文站大河站、乌江渡站和锡兰站降雨径流时间推移的泥沙变化、降雨径流和径流沉积物的相关性和双累积曲线，研究结果表明，降雨量、径流系数和泥沙输运系数没有随时间变化的趋势。自1980年以来，水土保持事业实施了很多，泥沙输移系数大大减少。在年均径流系数相同的情况下，1971-1979年的沉积物产量高于1961-1970年。从1971年开始，与径流相比，沉积物输送系数的增加主要是由于人类的活动。三个站点的双累积曲线与表明人类活动对河流沉积物影响的趋势相似，可能会因人类的活动方式、程度和流域环境条件而异。关键词：岩溶；输沙系数；径流系数中途分类编号：S157单据标识代码：a单据编号：1672-2175(2008)05-1942-06乌江全长1050公里，流域总面积87920公里，贯穿贵州省西部、中部和东北部，四川洞1。对乌江流域的降雨-径流-泥沙研究有两个意义。首先，乌江是长江上游右岸最大的支流，也是三峡水库最大的水源补给河之一，乌江口距三峡大坝只有489公里。由于自然因素和长期人为破坏，乌江流域土壤侵蚀严重，河流附着着大量泥沙。土沙问题处理的好坏已经成为水利、电力、交通、航运工程、河道防洪成败的关键之一2。根据国家西部生态环境建设和长江中上游地区水土保持事业等国家战略的实施，乌江流域的水土流失特征及其变化，对长江上游水土流失管理、水资源利用效率提高、防灾水库的储存和泥沙减少提供了指导。其次，乌江流域岩溶地形分布很广，各种碳酸盐岩储层暴露面积达64.81%3-7。研究岩溶地区下层表面的特殊性，乌江流域水沙特性及其变化，掌握岩溶地区水沙分布规律，引出岩溶地区降雨-径流-泥沙相关性，为岩溶地区水土流失管理和生态恢复提供理论依据。目前对水和沉积物规律的研究主要集中在黄河流域和长江干流上，对长江中流动水的沙规律的研究较少8-14。研究了乌江流域沙南站控制区内的产量法，分别建立了输沙量、降雨、径流的相关方程，但不再研究不同年代的水沙规律15-16。本文分析了吴江干流3个控制面积最大的鸭跖江站(上游)、吴江头站(中游)和思南站(下游)的降雨、径流和泥沙实测资料，可以为吴江流域水土流失管理、生态恢复和防灾等提供理论依据。1来源和研究方法本研究主要分析乌江流域的降水量、径流系数及泥沙输移系数。乌江流域控制面积最大、水文数据系列最长的三个站点都昌站(上游)、乌江渡站(中游)和泗南站(下游)1960-2000年年年年平均降雨量、年平均径流系数和泥沙输送测量数据1960-1979年的数据来自长江流域水文资料（19561979），1980-2000年的数据来自贵州省水资源及其开发利用现状调查评价(附表一卷)。用曼-肯德尔趋势检验法分析了各站降雨、径流和沉积物的长期变化趋势。基于秩的曼氏趋势检测法经常用于检测水文时间序列数据(如水质、径流、温度、降水量等)的明显趋势变化，许多文献中介绍的非参数统计检测法在这里没有详细说明17-20。同时，用数学统计方法分析了降雨-径流-泥沙相关性和双累积曲线。2结果和分析2.1降雨-径流-沉积物的时间序列分析图1是3个站点1961-1979年降雨量、径流系数和输沙系数的历史趋势图。1966年的降雨量仅为历年降雨量最低的700毫米左右，该年径流系数和输沙率为历年最低值。这说明径流和泥沙运输量在一定程度上受到了降雨量的影响。1971年的降雨量约为1100毫米，与历年的降雨量相比略高，径流系数也比历年的径流系数略高，但是沙子运输系数也显示得很大。从L0年的短时间尺度来看，气候的变化是有限的，不能对流域的水沙关系产生重大影响，河流的泥沙输送量一般根据降水量的多少而增减，短时间尺度的河流泥沙关系的变化大部分与人类活动引起的流域底部的侵蚀、产沙、输沙环境的变化有关。图1鸭江站、乌江头站、沙南站的年降雨量、年径流系数和年输沙系数随时间变化fig . 1 temporal variations in annual rainfall，run off and sediment transport at yachi he station，Wu Jiang du station and sinan station表1鸭塘河、乌江头及市南站1960-1979年平均降雨、径流和沉积物的统计特征值table 1 statistical character of average rainfall，run off and sediment transport at yachi he station，Wujiang du station and sinan station鸭池河(18187 km2*)奥康杜(2788km2 *)萨南(51125 km2 *)泥沙输移系数径流系数降雨量泥沙输移系数径流系数降雨量泥沙输移系数径流系数降雨量平均值80318.91086.457517.61015.9402.4171112.8方差11013213.4322417.35639511.725666.723625.410.544765.14波动系数0.410.190.170.410.190.160.380.190.19MK-0.04950.130-0.04950.130-0.04950.0640*表示控制区域表2鸭池塘河、乌江头和沙南站降雨-径流-泥沙比较Table 2 comparison of rainfall，run off and sediment transport in different terms at yachi he station，Wujiang du station and sinan station鸭池河(18187 km2*)奥康杜(2788km2 *)萨南(51125 km2 *)泥沙输移系数径流系数降雨量泥沙输移系数径流系数降雨量泥沙输移系数径流系数降雨量1961-1970603.319.01078.1421.917.2996.1339.916.81147.7971-1979903.718.71110.8680.118.11062.8448.217.51108.81980-200051417.351011.421616.69969.296.517.471133.5*表示控制区域表1是各站点1960-1979年多年平均降雨量、多年平均径流系数和多年平均泥沙输送系数的统计特征值。过渡系数可以反映变量的过渡程度，通常将cv 0.1视为弱过渡。0.1 1是强可变性。每个站的降雨量、径流系数和输沙系数有中等程度的变化，输沙系数的变化系数最大，径流系数和降雨量的变化系数比较接近。Mann-Kendall趋势检测法还用于检查各站降雨、径流和沉积物的长期变化趋势。-1.96MK1.96(置信水平0.05)表示研究对象没有趋势，反之表示研究对象有长期趋势。在本研究中，各水文站多年平均降雨量、多年平均径流系数和多年平均输沙系数的MK检验值为-通过分析鸭江、吴江头、沙南三个遗址，分析了不同时代(1961-1979，1971-1979，1980-2000)的降雨量、径流、泥沙输移率，结果显示，径流系数和降雨量在不同年代差异较小，而泥沙输移率则是70年代的沙输移系数最大的，而80年代以来，各网站的泥沙输送系数大幅减少，其中沙南的泥沙输送系数减少最多，减少到216 tkm-2a-1，主要是自20世纪80年代以来，贵州在长江上游防护林项目、珠江上游防护林项目、山地农业综合开发项目、代替工作的斜坡变化阶梯项目流域产沙情况发生变化的原因很多，包括岩石、地形等自然因素，以及土地利用、社会经济等。对于不同的站点，不同年代的沙子运输模块都是鸭跖江乌江头沙南，说明乌江流域的沙子运输系数从上游逐渐减少到下游。位于清津市的鸭嘴江站主要来自乌江上游的三叉戟河和陆冲河，三叉戟河和陆冲河通过贵州省土流流失最严重的地区比斯市，鸭嘴江站控制区内的泥沙输送系数更高。2.2降雨-径流-泥沙相关性分析图2年平均沉积物输送系数与年平均降雨量和年平均径流系数的关系fig . 2 relationship between annual average sediment transport and rainfall，run off以1961-1979年水文资料为基础，研究了鸭塘江、乌江头、沙南站的年平均降雨量、年平均径流系数、年平均泥沙输移系数之间的相关性(图2)。图2的中点说明了每个站点的年平均降雨量与年平均径流系数、年平均径流系数和年平均沉积物输送系数之间的关系，1961-1970和1971-1979年的数据点，降雨-径流和径流-沉积物具有一定的相关性。通过用直线方程拟合降雨-径流-沉淀物的关系，可以反映出直线拟合方程的斜率随着降雨量和径流的变化，泥沙输运系数有多大的变化。如图2所示，降雨径流分析的三个站点在1971年到1979年之间坡度大于1961年到1970年之间。也就是说，降雨量的增加幅度大于前期。径流-泥沙分析中表示下一期间的直线都位于表示上一期间的直线上，这表明，如果年平均径流系数相同，则下一期间的沙子比上一期间产生的沙子更多。径流沉淀物的总和意味着两条拟合直线相互平行，拟合方程的斜率大致相同，在60年代和70年代随着径流的增加，沉积物产量的比例也相同。2.3基于双累积曲线的分析197119711971图3累积输沙系数与累积降雨量和累积径流系数的关系fig . 3 double-mass curves between cumulative annual sediment transport and rainfall，run off时间序列中径流系数和泥沙输移系数的变化也是人类活动的结果，叠加降水变化的影响，消除径流系数和泥沙输移系数变化中间降水变化的影响，最常用的方法之一是双累积曲线分析。双累积曲线是揭示河流沉积物是否有趋势变化的一般方法。图3根据多年的降雨量、径流系数和输沙系数数据，将鸭江站、乌江头站、舍南站的降雨径流和径流沉积物的双重累积曲线，并以不同的符号区分1961-1970年和1971-1979年的数据点。双累积关系分别于1961-1970年和1971-1979年直线分布，表明年平均径流系数和年平均泥沙输运系数基本上没有抽象变化。但是在三个站点径流，即沉积物的双重堆积曲线中，可以看到共同的明显转折点，即1971-1979年拟合直线明显偏转，与径流相比，河流沉积物的倾向增加了。造成这种情况的原因是，从20世纪60年代中期开始，从“三线建设”开始，军工企业按照“山、山、洞”部署方针在贵州省定居，建设工程增加。许多道路建设、矿山开采及其他项目由于挖掘和废弃的土方，消除植被，可以显着加快河谷土壤的侵蚀，暴雨下，大量的土岩被冲入河流，增加河水的泥沙浓度。另外，3个网站的降雨-径流和径流-沉积物的双重累积曲线表明了类似的趋势，人类活动对河流沉积物的影响取决于人类活动的方式和程度以及流域环境的条件。3结论本文分析了乌江流域控制面积最大的三个水文站的水沙特性及其变化，得出以下结论：(1)1961-1979年间，鸭江站、乌江头站、舍南站的降雨量、径流系数、输沙率随着时间的变化，分别具有一定的同步性，多年来，输沙系数为鸭江吴江头沙南。80年以来，3个网站的泥沙输送系数均大幅减少，乌江头站的泥沙输送系数减少最多，减少到216 t/km2*a，主要是因为1980年以