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水土保持措施和气候变化对汾河水库入库径流贡献定量分析

作者:原创论文网 时间:2013-05-17 13:23 加入收藏
  利用汾河水库1956-2004年入库径流和降雨量资料,在采用统计学方法探讨径流和降雨变异分析的基础上,建立双累积曲线模型,分离出了降水变化和水土保持措施分别引起的径流变化量,在定义贡献率的基础上,分析水土保持措施和气候变化对径流演变的贡献。结果表明,1956-2004年49年来汾河水库入库径流和降雨均呈减少的趋势,但径流减少趋势明显;以入库径流突变年份为界将研究时段分为2段(1956-1982年和1983-2004年);水土保持措施的实施致使径流减少24.8mm,贡献率为87.1%,降雨减少致使入库径流减少3.7mm,贡献率为12.9%。流域内从20世纪80年代初开始的水土保持措施实施改变了水库上游流域的水文循环过程。
  汾河水库是山西省最大的水库,是省城太原及晋中、吕梁等地的防洪屏障和重要水源地。汾河水库上游流域面积5268km2,汾河水库控制流域区段位于汾河河源区,从河源至水库坝址长122km,河道纵坡为3.7‰~20‰,河网密度为0.3km/km2。流域内历史上曾有茂密的森林覆盖。据考证,唐代以前汾河之水清澈见底,到明代中期以后,上游森林遭到几代连续破坏,汾河变成“太行西半浊汾流”,汾河水库上游只剩下零散的梢林。
  虽然经过近50年的营林建设,少量森林得到恢复,但植被覆盖率仍很低。流域内地貌根据地面物质组成及侵蚀特征划分为黄土丘陵沟壑区、土石山区、河川阶地区3大类型区。其中黄土丘陵沟壑区面积1984.4km2,占流域总面积的37.8%,年土壤侵蚀模数6710t/km2,年均侵蚀量1332万t,占流域年侵蚀总量的71.1%,是主要且集中的产沙区。1983年后汾河水库上游进行了大规模的治理,形成了有效的水土流失综合防治体系。然而,由于这些水保措施的影响,致使前后径流不被认为来自同一个总体。
  流域水文变化是环境变化的结果,环境变化主要指气候变化(或波动)和人类活动对流域下垫面等自然状况的改变2个方面。河川径流源于降水,气候条件的变化直接影响到河川径流的丰枯。政府间气候变化专业委员会(IPCC)的系列报告表明,在20世纪的100年中,全球地面气温平均上升了0.4~0.8℃,根据不同的气候情景模拟估计未来100年中,全球平均温度将上升1.4~5.8℃。当前,气候变化是最重要的环境问题之一。气候变化尤其是全球变暖对水资源的影响问题,包括水循环过程、水量时空分布、降水极端事件与洪涝灾害等的改变,事关人类的生存与发展。人类活动通过改变下垫面条件,如森林砍伐、水利工程实施、城镇建设以及水土保持措施等,引起水文要素的时空变化。因此,气候变化和人类活动对河川径流直接或间接的影响也受到很多学者的关注,并进行了大量的研究。汾河水库上游流域面积大,人类活动影响频繁,因此,研究气候变化和人类活动对汾河水库入库径流的影响,将会为汾河流域国民经济的发展特别是为农业生产的可持续性发展、水资源的有效利用和调配等提供决策依据。
  资料与方法研究区域概况汾河是黄河流域的第二大支流,是山西省经济最发达、人口密度最高、城镇最集中的区域。汾河水库上游河道纵坡4.5‰,河网密度为0.35km/km2,主要支流有12条,面积在78~1146km2之间。丘陵沟壑区内3~30km2的小流域135条,面积1774.3km2,占丘陵沟壑区面积的92.51%。水库上游在122km的谷地上沉积了深厚的第三纪红土及第四纪黄土,受水蚀和重力侵蚀作用形成了黄土丘陵沟壑侵蚀地貌景观,沟梁相间,沟深坡陡,地形破碎,沟河面积占总面积的48%,水库上游水土流失严重,致使水库淤积严重。从1961年投入运用到1987年,汾河水库遭受了严重的泥沙淤积,7.2亿m3的总库容在26年间淤积了3.1亿m3。为了减少汾河水库淤积,1983年汾河水库上游被列为省重点治理流域,每年用于水土保持的投资从60万元增加到160万元,并实行以小流域为治理单元,1998-2008年再次进行了为期20年的水土流失综合治理。
    水文序列是一定时期内气候条件、自然地理条件以及人类活动等综合作用的产物,突变表现为从一种状态到另一种状态的变化,表明性质发生了根本的变化。径流是降水和下垫面条件综合作用下共同形成的,随着气候变化和人类活动的影响,致使径流形成过程发生了变化。突变作为非线性变化的一个重要规律对其进行检测就具有非常重要的意义。

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