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降水变化和人类活动对北洛河上游水沙特性的影响研究

刘红英  
【摘要】:本文选择北洛河上游刘家河、吴旗、志丹水文站建站至2006年的月降水量、月径流量和月输沙量数据,用相应时期年降水、年径流量和年输沙量进行变化情势分析,及其年内变化和年际变化规律的研究,并采用Mann Kendall秩次相关检验进行趋势分析,应用有序类聚和Mann Kendall非参数检验对变异点分析,应用小波和小波方差进行了周期分析,分析了近50年来北洛河上游降水量、径流量、输沙量及其水沙关系的演变趋势,探讨了对上世纪90年代末间的水土保持措施实施和生态环境建设的响应规律,为流域管理、水土保持规划和生态环境建设等提供科学依据。研究结果表明: 1、通过对北洛河上游地区的降水、径流和泥沙年内分配过程、年内分配不均系数,集中程度和变化幅度研究表明:刘家河、吴旗、志丹雨水沙主要集中在汛期6-9月,尤其是7、8月间。降水在空间变化不大,但水量和沙量受流域面积和人类活动影响,从上游到下游增加。泥沙流失往往集中在几场大洪水中。1970年以来,北洛河上游地区径流、泥沙明显变小的原因可能是多种多样的,但都离不开降水及其下垫面变化的影响。 2、对三站年降水量、年径流量、年输沙量建立与时间序列的一元线性回归方程,由回归线趋势显示三站雨、水、沙随时间呈下降趋势,并进一步采用Mann Kendall秩次相关检验三站雨水沙减少的程度,检验结果表明三站雨水沙均有显著的减少趋势,输沙量减少趋势显著程度最大,其次是径流减少的显著程度,显著程度最小的为降水,说明北洛河上游水沙减少的原因除降水外,人类活动对水沙的影响程度很大。 3、本次采用有序聚类分析三站降水量、年径流量、年输沙量时间序列的变异点,并采用DPS分析软件,使用非参数检验方法Mann-kendall对变异点的显著性进行检验。分析结果表明:三站降水突变年份均为1979年,刘家河年径流量的变异点为1984年,输沙量的变异点为1977年和2001年,志丹年径流量的变异点为1979年,输沙量的变异点为1996年,吴旗年径流量的变异点为1979年,输沙量的变异点为1977年,降水与径流的变异点时间接近,降水与泥沙的变异点时间相差较大。 4、应用DPS分析软件,采用小波函数和小波方差,研究北洛河上游区雨、水、沙的时间结构及其周期变化规律。研究结果表明:刘家河水、沙存在2年为第一主周期,26年为第二主周期的两种周期变化形式。吴旗水、沙存在26年为第一主周期,2年为第二主周期的两种周期变化形式。志丹水、沙存在2年为第一主周期,26年和8年的分别为第二、第三主周期的三种周期变化形式。三站水、沙周期变化相同,径流是引起泥沙周期变化的决定因素。 5、以三站降水发生变异的年份1979年为界限,将1979年之前的降水、径流、泥沙资料作为基准期,根据回归分析,建立基准期年降水量与年径流量、年降水量与年输沙量的线性关系,分离降水和人类活动对河川径流量的影响数量及比例。定量计算了3个时段的水沙由于降水影响和人类活动影响的水沙变化量及所占比重,分析了不同时段水沙变化的原因,结果表明,在80年代,刘家河、吴旗、志丹降水对径流的影响量分别占87.6%、42.1%、65.7%,径流受降水的影响大于人类活动,人类活动对泥沙的影响分别占72.81%、79.5%、72.1%,人类活动对泥沙的影响程度大于降水;80年代降水是径流减少的主要因素。90年代,由于1994年局部地区特大暴雨,水沙受暴雨影响,降水和人类活动对水沙的影响剧烈;本21世纪前六年期间,刘家河、吴旗、志丹人类活动对径流的影响量分别占69.7%、58.9%、72.9%,大于降水对径流影响程度,人类活动对泥沙的影响分别占80.53%、92.14%、88.37%,人类活动成为目前引起水沙减少的主要因素。从80年代、90年代、21世纪前六年降水变化和人类活动对水沙变化均有影响,到21世纪前六年水沙受人类活动影响程度大与降水,充分说明由于退耕还林,水土保持,实施流域综合治理,是输沙量大幅度减少的根本原因。


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