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黄河近期水沙异动及未来研究工作区域水土保持研究学术研讨会穆兴民王飞焦菊英高鹏水土保持研究所，陕西杨凌xmmu@ms.iswc.ac.cn2011.7.11杨陵1研究背景黄河陕县站输沙量变化3黄河中游区间水沙变化4今后研究方向52历史水沙数据挖掘报告提纲黄河之患,患在泥沙。泥沙变化一直是治黄的风向标。黄河泥沙科学观测始于1919年4月黄河陕县水文站。《黄河干支流各主要断面1919-1960年水量沙量计算成果》中首次明确黄河年均输沙量16×108吨，并一直沿用至今。随气候变化、大规模人类活动特别是退耕还林（草）措施的影响，区域产水产沙的下地面条件已发生显著，黄河水沙如何变化？现状如何？对黄河水沙研究甚多，但资料多集中在上世纪50年代--2000年，较少涉及近10年来和50年代之前。1、研究背景近10年来黄土高原生态环境发生显著变化。西部大开发以来，西部地区退耕还林还草2.4亿亩，退牧还草6.8亿亩，林草覆盖率由10.3%提高到17.1%。内蒙古的林草覆盖率由14.8%提高到20.0%。陕西省吴起县从1998年至2007年退耕还林还草230多万亩，林草覆盖率由19.2%提高到62.9%。展延陕县站水沙资料的意义？1、刊布的16亿吨是陕县站2、黄河输沙量延程变化陕县最大3、陕县站已在1959年已停测降雨序列黄河上中游地区最早降雨观测为1916年的太原站，但不同雨量站时、空间分布极不均匀。建立了缺资料地区面平均降雨量展延方法，并建立1919-2008年黄河上中游地区面平均降雨量。径流、输沙量序列采用回归分析方法，建立了1919-2008年黄河陕县站径流及输沙量时间序列数据。2、历史水沙数据挖掘降雨、径流、输沙量历史序列01020304019191923192719311935193919431947195119551959196319671971197519791983198719911995199920032007黄河陕县输沙量年际变化年输沙量/亿吨输沙量1919-2009年遍历了各种降雨类型及长期的人类活动作用，实测输沙量特征值：年均：12.6亿吨(1919-2009)最大年:39.1亿吨(1933年)最小年:1.2亿吨(2009)3、黄河陕县站输沙量变化黄河陕县站输沙量变化阶段性据陕县站输沙量距平累积曲线，将黄河输沙量分为四个阶段：1个丰沙段（1932-1971）。1个平沙段（1972-1978）。2个枯沙段（1924-1931、1979-2008），其中1997-2009年曲线下降最为突兀，说明此间输沙量减小最为显著。累积曲线增加表示一段时间内输沙量高于平均；减少亦然。2000年人类活动及降雨量对黄河陕县站输沙量的影响据双累积曲线理论，如果没有或人类活动影响作用甚小，区域降雨量与输沙量双累积曲线表现为较好的直线关系，否则，说明人类活动对输沙量产生显著影响。双累积曲线：在相同时段内只要给定的成对数据值成正比，那么一个变量的累积值与另一个变量的累积值在直角坐标上可以表示为一条直线。如果双积累曲线的斜率发生显著性变化，那么两个变量之间的比例常数发生了改变。1978R=0.9990人类活动及降雨变化对黄河陕县站输沙量的影响单位：108吨/年时段实测输沙量理论输沙量与基期相比年实测沙量变化降雨的减沙作用人类活动的减少沙作用量%量%1951-197815.6515.74---------------1979-20087.1114.13-8.54-1.6119-6.93811980-19898.3214.68-7.33-1.0614-6.27861990-19998.4213.97-7.23-1.7724-5.46762000-20093.8213.70-11.83-2.0417-9.7983备注：与基期相比年实测沙量变化指各统计时段与1951-1978年输沙量之差，负值表示减少。降雨的输沙的作用量指各时段估算输沙量与1951-1978年估算输沙量之差，负值表示减少。人类活动的减少沙作用量指实测输沙量与理论输沙量之差，负值表示减少。采用双累积曲线方法估算1979年以来人类活动及降雨量对黄河输沙量减少的作用强度。与1951-1978年相比，1979-2009年黄河实测输沙量年均减少8.54亿吨，其中人类活动的作用占81%，降雨的作用占19%。黄河中游，河口镇至花园口区间。黄河中游区间来水量占黄河水量的44.3%，增加沙量占黄河沙量的88.2%，为黄河泥沙的主要来源。4、黄河中游区间水沙变化黄河中游水沙特征值时间黄河中游来水量（108m3）黄河中游来沙量（108t）均值极值比变差系数均值极值比变差系数1950-1959240.12.40.314.13.80.51960-1969235.037.00.59.310.50.61970-1979148.42.40.311.23.20.41980-1989172.63.00.46.85.40.51990-1999100.14.00.46.42.90.42000-200887.36.30.40.714.50.9多年平均165.237.00.58.2212.70.7黄河中游水沙特征值（1950-2008）05001000150020001950196019701980199020002010年中游来水量距平累积/108m3020406080100中游来沙量距平累积/108t黄河中游水沙变化的阶段性198119701985水量沙量0510152025301950196019701980199020002010年黄河中游来沙量/108t黄河中游沙量变化过程曲线黄河中游沙量年均递减系数：0.21×108t/a。01002003004005001950196019701980199020002010年黄河中游来水量/108m3黄河中游水量变化过程曲线黄河中游水量年均递减系数：3.21×108m3/a。黄河中游水沙变化的趋势性165.2亿m38.2亿t101.5亿m3205.9亿m34.5亿t11.3亿t黄河中游水沙变化的突变性0.05显著水平0.05显著水平0.1显著水平0.1显著水平-800-600-400-200020040060019501960197019801990200020102020年Pettitt统计检验K值19811985水量1981沙量1985黄河中游水沙变化的突变检验突变点前后水沙变化差异与突变点前相比，在同一频率下，水沙频率历时曲线都向下平移：水沙量都有减少趋势。水量变化幅度较小沙量变化幅度较大，且沙量从丰年到枯年减小幅度逐渐增加突变点前后典型年水沙变化率典型年变化百分数(%)径流量输沙量丰年(P=5%)51.646.8平年(P=50%)44.061.4枯年(P=95%)60.596.00100200300400500020406080100频率/P,%年来水量/108m3020406080100相对减少量/%1957-19851986-2008相对减少量％突变点前后年来水量频率历时曲线051015202530020406080100频率/P,%年来沙量/108t020406080100相对减少量/%1957-19811982-2008相对减少量％突变点前后年来沙量频率历时曲线43.9%~69.8%44.9%~96.2%降水-人类活动减水减沙贡献率分析累计减水量（亿m3）人类活动贡献率（%）降水贡献率（%）17397228累计减沙量（亿t）人类活动贡献率（%）降水贡献率（%）1548812y=0.3601x+203.21R2=0.9891y=0.1991x+2792.7R2=0.9866030006000900012000050001000015000200002500030000累积降水量/mm累积来水量/108m31739y=0.0207x+1.2069R2=0.9915y=0.0101x+149.85R2=0.93120100200300400500600050001000015000200002500030000累积降水量/mm累积来沙量/108t154黄河中游水沙量呈显著的减小趋势人类活动是影响黄河中游水沙变化的主要驱动因素降水和人类活动的减水贡献率为30%:70%降水和人类活动的减沙贡献率为20%:80%上述成功发表：•ToAssessontheElementsandVariationTendencyofSedimentDischargeinYellowRiverfrom1919～2008(黄河近90年来输沙量演变过程及其影响因素研究).Clean:soilWaterAir,2012：90-99•Trendandchange-pointanalysesofstreamflowandsedimentdischargeinYellowRivermainstreamduring1950-2005（1950-2005年黄河中游地区水沙变化趋势分析）.HydrologicalSciencesJournal,2010,55(2):275-285.•双累积曲线方法理论及在水文气象领域应用中应注意的问题.水文,2010,30(8):47-515、研究计划问题：近年黄河水沙锐减——偶然？趋势？水沙减少的主要驱动因素——气候？人类？侵蚀？淤积？水沙演变的空间异同？黄土高原乃至黄河治理对策如何调整？黄土高原土壤侵蚀环境演变的发生发展过程与驱动机制自然和人为活动相互作用下的黄河泥沙变化趋势及机制黄土高原复杂条件下流域生态与水文过程互馈机制谢谢！