基于小波变换的黄河下游水沙变化特征及其成因分析

【摘要】：黄河是世界上最难治理的河流之一，“水少沙多、水沙关系不协调”是黄河的主要特征。黄河下游河道一直处于一种强烈的淤积抬高状态，每年河床平均要升高0.08m，现阶段下游河床一般要高出河堤两岸地面5m，形成“地上悬河”。随着黄河流域人口的不断增加以及区域经济快速发展，用水量还要不断增加，河道生态用水将被大量占用，未来黄河的水沙关系依然会朝着不协调的方向发展，水沙关系的这种不协调导致的主河道萎缩、河道排洪能力降低以及河水水质污染等问题将会更加严重，因此研究黄河下游流域水沙变化特征及其影响因素有着重要的意义。 本文采用了小波分析方法并结合山本检验法、双累积曲线法等多种方法对黄河下游花园口、高村、艾山、利津四站1950—2005年近60年来的实测年径流量、年输沙量的变化特征及影响因素进行了分析，结果如下： 由小波分解与重构方法得出黄河下游径流量、输沙量1950—2005年以来整体上呈持续下降趋势。由小波变换多时间尺度分析方法分析得出黄河下游径流量存在5a、15a、21a的主要变化周期，其中21a为首要主周期，周期变化特性最为显著；黄河下游输沙量存在7a、15a、20a的主要变化周期，其中20a为首要主周期。选出主周期21a尺度下可能的突变点，结合山本检验法进一步检验，得出黄河下游径流的突变点发生在1971年、1985年；黄河下游输沙的突变点发生在1978年、1985年、1999年。 影响水沙变化的因素很多，主要包括自然和人为两方面因素。人类活动对黄河下游输沙量的减少作用明显，通过双累积曲线方法将人类活动对输沙量的影响情况作了定量估算，结果表明：由于人为因素的影响，20世纪80年代以来，花园口站累积输沙减少量为54.41亿t；高村站累积输沙减少量为47.96亿t；艾山站累积输沙减少量为23.60亿t；利津站累积输沙减少量为19.77亿t。