乌江流域水沙特性变化分析

1、精选优质文档-倾情为你奉上乌江流域水沙特性变化分析熊亚兰1，张科利1*，杨光檄2，顾再柯21. 地表过程与资源生态国家重点实验室/北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京 ；2. 贵州省水土保持监测站，贵州 贵阳 摘要：对乌江流域水沙特性变化进行分析，是解决长江上游泥沙问题、提高水资源利用率和防灾减灾的根本出发点，同时可为喀斯特地区水土流失治理和生态恢复提供理论依据。文章通过对乌江流域主要水文站鸭池河站、乌江渡站和思南站的降雨径流泥沙随时间的变化、降雨径流和径流泥沙的相关性和双累积曲线进行分析，研究结果为：降雨量、径流模数和输沙模数随时间的变化无明显趋势，历年输沙模数是鸭池河>乌江渡>

2、;思南。1980年以后由于实施了大量水土保持工程使得输沙模数大量减少。在年均径流模数相同的情况下，19711979年这一时期的产沙量要高于19611970年。从1971年开始输沙模数相对于径流而言出现趋势性增多，这主要是由人类活动造成。三个站点的双累积曲线变化趋势相似，说明人类活动对河流泥沙的影响，既取决于人类活动的方式、程度，也受制于流域环境条件。关键词：喀斯特；输沙模数；径流模数中图分类号：S157 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）05-1942-06专心-专注-专业乌江全长1050 km，流域总面积为87920 km2，贯贵州西部、中部和东北部及四川东部1。对乌江

3、流域降雨径流泥沙进行研究有两层含义，首先，乌江是长江上游右岸的最大支流，也是三峡水库最主要的水源补给河流之一，乌江河口距三峡大坝仅489 km。自然因素加上长时期人为的破坏，使得乌江流域水土流失严重，河流挟带大量泥沙。泥沙问题处理的好坏，已成为水利、电力、交通和航运工程以及江河防洪成败的关键之一2。随着国家西部生态环境建设和长江中上游地区水土保持工程等国家战略的实施，研究乌江流域水沙特性及其变化对于治理长江上游水土流失、提高水资源利用效率、防灾减灾和减少水库的入库泥沙具有指导意思。其次，乌江流域喀斯特地貌分布广泛，各种碳酸盐岩出露面积达64.813-7。由于喀斯特地区下垫面的特殊性，对乌江流域

4、的水沙特性及其变化进行研究，可掌握喀斯特地区水沙分布规律，得出喀斯特地区降雨径流泥沙的相关性，为喀斯特地区的水土流失治理和生态恢复提供理论依据。目前对水沙规律的研究主要集中于黄河流域和长江干流，对长江支流水沙规律研究较少8-14。已有研究分析了乌江流域思南站控制面积内的产沙规律，分别建立输沙量和降雨、径流的相关方程，但没有进一步研究不同年代的水沙规律15-16。本文通过对乌江干流3个控制面积最大的站点鸭池河站（上游）、乌江渡站（中游）和思南站（下游）的降雨、径流和泥沙实测资料的进行分析，研究结果可为乌江流域水土流失的治理、生态恢复和防灾减灾等提供理论依据。1 资料来源和研究方法本研究主要分析乌

5、江流域的降水量、径流模数和输沙模数。选用乌江流域控制面积最大、水文资料序列最长的三个站点鸭池河站（上游）、乌江渡站（中游）和思南站（下游）19602000年的年均降雨量、年均径流模数和输沙实测资料的进行分析。19601979年的数据来源于长江流域水文资料（19561979），19802000年数据来源于贵州省水资源及其开发利用现状调查评价（附表第一册）。采用Mann-Kendall趋势检验法对各站降雨、径流和泥沙的长期变化趋势进行了分析。基于秩的Mann-Kendall趋势检验法常用来检测如水质、径流、温度、降水等水文时间序列资料的明显趋势变化，是一种非参数统计检验方法，该方法在很多文献中都有

6、介绍，在此就不再一一赘述17-20。同时，采用数理统计方法对降雨径流泥沙的相关性和双累计曲线进行了分析。2 结果和分析2.1 降雨径流泥沙的时间序列分析图1为三个站点19611979年降雨量、径流模数和输沙模数随时间的变化趋势图。1966年的降雨量为历年降雨量的最低值，仅为700 mm左右，同时该年径流模数和输沙模数均为历年的最低值，说明径流和输沙量在一定程度上受降雨量的影响。1971年的降雨量为1100 mm左右，与历年降雨量的相比略为偏高，径流模数与历年径流模数的相比也略为偏高，但输沙模数却出现了大幅度。以l0年计的短时间尺度而言，气候的变化是有限的，不可能对流域的水沙关系产生重大影响，河

7、流输沙量一般随降水的多寡而增减，因此短时间尺度的河流水沙关系的变化，多和人类活动造成的流域下垫面侵蚀、产沙、输沙环境的变化有关。 图1 鸭池河站、乌江渡站和思南站的年降雨量、年径流模数和年输沙模数随时间的变化Fig. 1 Temporal variations in annual rainfall, runoff and sediment transport at Yachihe station, Wujiangdu station and Sinan station表1 鸭池河、乌江渡和思南站19601979年多年平均降雨、径流和泥沙的统计特征值Table 1 Statistical cha

8、racter of average rainfall, runoff and sediment transport at Yachihe station, Wujiangdu station and Sinan station during 19601979鸭池河(18187 km2*)乌江渡(27838 km2*)思南(51270 km2*)输沙模数径流模数降雨量输沙模数径流模数降雨量输沙模数径流模数降雨量平均值80318.91086.457517.61015.9402.4171112.8方差13.432417.35639511.725666.723625.410.544765.14变异系数

9、0.410.190.170.410.190.160.380.190.19MK-0.04950.130-0.04950.130-0.04950.0640*表示控制面积表2 鸭池河、乌江渡和思南站不同年代降雨径流泥沙对比Table 2 Comparison of rainfall, runoff and sediment transport in different terms at Yachihe station, Wujiangdu station and Sinan station鸭池河（18187 km2*）乌江渡（27838 km2*）思南（51270 km2*）输沙模数径流模数降雨量输

10、沙模数径流模数降雨量输沙模数径流模数降雨量19611970603.319.01078.1421.917.2996.1339.916.81147.79711979903.718.71110.8680.118.11062.8448.217.51108.81980200051417.351011.421616.69969.296.517.471133.5*表示控制面积表1为各站点19601979年多年平均降雨量、多年平均径流模数和多年平均输沙模数的统计特征值。变异系数可以反映变量的变异程度，通常认为Cv0.1为弱变异；0.1Cv1为中等程度的变异；Cv1为强变异性。从各站的情况来看，降雨量、径流模数

11、和输沙模数具有中等程度的变异，输沙模数的变异系数最大，径流模数和降雨量的变异系数较为接近。另外，采用了Mann-Kendall趋势检验法来检验各站降雨、径流和泥沙的长期变化趋势。如果-1.96MK1.96（置信水平为0.05）表示研究对象没有趋势，反之，表示研究对象存在长期趋势。在该研究中，各水文站多年平均降雨量、多年平均径流模数和多年平均输沙模数的MK检验值均为-1.96MK1.96，因此不存在长期趋势。对鸭池河、乌江渡和思南三个站点不同年代（19611979年、19711979年和19802000年）的降雨量、径流量和输沙模数进行分析，发现径流模数和降雨量在各年代相差较小，但输沙模数变化较

12、大，大致为70年代输沙模数最大，其中鸭池河站的输沙模数高达903.7 t·km-2·a-1（表1）。80年代以后各站点输沙模数大量减少，其中思南的输沙模数减少最多，降低为216 t·km-2·a-1，这主要是因为20世纪80年代以来，贵州先后实施了长江上游防护林工程、珠江上游防护林工程、山区农业综合开发工程、以工代坡改梯工程、基本绿化贵州工程、联合国粮食计划署中国3365项目工程等多项大型生态建设工程、退耕还林(草)、封山育林等这些工程的实施加大了全省山水林田路综合治理力度，缓解了水土流失，植树造林面积也不断扩大，但总体不容乐观15。导致流域内产沙情况差

13、异的原因甚多，有岩石、地貌等自然因素，也有土地利用、社会经济等人为因素。从不同站点的情况来看，不同年代输沙模数均为鸭池河>乌江渡>思南，说明乌江流域的输沙模数是从上游到下游逐渐减少的。鸭池河站位于清镇市，监测的泥沙主要来自于乌江上游的三岔河和六冲河，而三岔河和六冲河流经贵州省水土流失最严重的地区毕节市，因此鸭池河站控制面积内的输沙模数较高。2.2 降雨径流泥沙相关性分析 图2 年均输沙模数与年均降雨量、年均径流模数的关系Fig. 2 Relationship between annual average sediment transport and rainfall, runoff

14、 以19611979年的水文资料为基础，研究了鸭池河、乌江渡和思南站的年均降雨量、年均径流模数和年均输沙模数的相关性（图2）。图2中点绘了各站点年均降雨量与年均径流模数、年均径流模数与年均输沙模数的关系，并用不同的符号区分了19611970和19711979年的数据点，降雨径流和径流泥沙具有一定相关性。用直线方程对降雨径流和径流泥沙的关系进行了拟合，直线拟合方程的斜率可以反应输沙模数随降雨量和径流量变化的程度。如图2所示，在对降雨径流的分析中三个站点19711979年的斜率均大于19611970年，即后一时期径流随降雨增加的幅度均大于前一时期。在对径流泥沙的分析中，代表后一时期的直线都位于代表

15、前一时期直线上方，表明在年均径流模数相同的情况下，后一时期产沙量要高于前一时期。径流泥沙的和的两条拟合直线互相平行，拟合方程的斜率近似相等，意味着在60年代和70年代产沙量随径流增大的比例相同。2.3 基于双累积曲线的分析1971 1971 1971 图3 累积输沙模数与累积降雨量、累积径流模数的关系Fig.3 Double-mass curves between cumulative annual sediment transport and rainfall, runoff时间序列中径流模数和输沙模数的变化既是人类活动的结果，又叠加了降水量变化的影响，为了从径流模数和输沙模数的变化中部分地

16、消去降水量变化所引起的影响，一种最常用的方法是双累积曲线分析。双累积曲线是揭示河流泥沙是否有趋势性变化的一种常用的方法。图3中以历年的降雨量、径流模数和输沙模数资料为基础，点绘了鸭池河站、乌江渡站和思南站的降雨径流和径流泥沙的双累积曲线，并用不同的符号区分了19611970年和19711979年的数据点。双累积关系在19611970年和19711979年分别呈直线分布，说明年均径流模数和年均输沙模数基本没有趋势性变化。但是，从三个站点径流泥沙的双累积曲线中可以看到一个共同的明显的转折点，即19711979年拟合直线明显上偏，说明相对于径流，河流泥沙出现趋势性增多。出现这种情况的原因可能是从60

17、年代中期开始国家进行“三线建设”，军工企业按“山、散、洞”的布局方针落户贵州，工程建设施工增多。许多修路、开矿等工程项目，都会因为其开挖和堆弃土石方、清除植被而不同程度地加速河谷土壤侵蚀，一旦暴雨来临，大量的土石被冲刷进入河道，增加了河流含沙率。另外，研究发现三个站点的降雨径流和径流泥沙的双累积曲线变化趋势相似，说明人类活动对河流泥沙的影响，既取决于人类活动的方式、程度，也受制于流域环境条件。3 结论本文通过对乌江流域上控制面积最大的三个水文站的水沙特性及其变化进行分析，得出以下结论：（1）从19611979年鸭池河站、乌江渡站和思南站的降雨量、径流模数和输沙模数随时间的变化分别具有一定的同步

18、性，输沙模数随时间增加的趋势明显，历年输沙模数是鸭池河>乌江渡>思南。80年以后三个站点的输沙模数都大量减少，其中以乌江渡站的输沙模数减少最多，降低为216 t/km2*a，主要是因为自1980年以来对贵州省采取了各种不同的水土保持措施，使局部地区水土流失得到改善。（2）降雨径流和径流泥沙具有一定的相关性。在年均径流模数相同的情况下，19711979年这一时期的产沙量要高于19611970，可能是由于从60年代中期开始国家进行三线建设，贵州省工程建设施工增多，使得植被破坏以及河流泥沙增多。（3）从1971年开始，输沙模数相对于径流而言出现趋势性增多主要是由这一时期人为活动造成。三个

19、站点的双累积曲线变化趋势相似，说明人类活动对河流泥沙的影响，既取决于人类活动的方式、程度，也受制于流域环境条件。参考文献：1 张冬青，何腾兵，林昌虎. 贵州乌江流域喀斯特土壤物理性质的研究J. 贵州科学, 2006, 24(2): 39-43.Zhang Dongqing, He Tengbing, Lin Changhu, et al. Study on the physical properties of Karst soil in Guizhou Wujiang river basinJ. Guizhou Science, 2006, 24(2): 39-43.2 韦红波，任红玉，杨勤科

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