羅 婭, 楊勝天, 劉曉燕, 周 旭,4, 金雙彥, 張亦弛, 陳 珂

(1.北京師范大學(xué) 地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院, 遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 環(huán)境遙感與數(shù)字城市北京市

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100875; 2.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴州 貴陽 550001; 3.黃河水利委員會,

河南 鄭州 450003; 4.西華師范大學(xué) 國土資源學(xué)院, 四川 南充 637009; 5.黃河水利委員會 水文局, 河南 鄭州450004)

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孤山川流域1980s以來次降雨-產(chǎn)流-產(chǎn)沙變化

羅 婭1,2, 楊勝天1, 劉曉燕3, 周 旭1,4, 金雙彥5, 張亦弛1, 陳 珂1

(1.北京師范大學(xué) 地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院, 遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 環(huán)境遙感與數(shù)字城市北京市

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100875; 2.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴州 貴陽 550001; 3.黃河水利委員會,

河南 鄭州 450003; 4.西華師范大學(xué) 國土資源學(xué)院, 四川 南充 637009; 5.黃河水利委員會 水文局, 河南 鄭州450004)

摘要：[目的] 研究入黃支流降雨—徑流—產(chǎn)沙變化規(guī)律,揭示黃河水沙變化成因。[方法] 獲取孤山川流域1985—2010年115場降雨事件數(shù)據(jù),運(yùn)用徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)和彈性系數(shù)指標(biāo),分析孤山川流域近30年降雨—產(chǎn)流—產(chǎn)沙變化。[結(jié)果] (1) 與1980s相比,1990s的降雨多為短歷時、弱雨強(qiáng)類型,2000s的降雨多為長歷時、中雨強(qiáng)類型;2000s的降雨—產(chǎn)流能力和降雨—產(chǎn)沙能力減小最為突出,其平均徑流系數(shù)、平均產(chǎn)沙系數(shù)分別約為1980s的50%和23%。(2) 1980s—1990s降雨—產(chǎn)流彈性系數(shù)和降雨—產(chǎn)沙彈性系數(shù)分別為0.13，4.21；1980s—2000s降雨—產(chǎn)流彈性系數(shù)和降雨—產(chǎn)沙彈性系數(shù)分別為1.73，6.19。(3) 徑流系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比的相關(guān)系數(shù)分別為-0.662 3,-0.911 4,-0.801 0和-0.821 4,產(chǎn)沙系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比的相關(guān)系數(shù)分別為-0.887 7,-0.998 5,-0.962 9和-0.971 7。[結(jié)論] 1980s以來,孤山川流域的降雨—產(chǎn)流能力和降雨—產(chǎn)沙能力發(fā)生明顯變化,尤其2000年后的變化最為突出;降雨—產(chǎn)沙能力比降雨—產(chǎn)流能力對雨強(qiáng)變化更為敏感;植被蓋度變化是下墊面因素中影響孤山川流域產(chǎn)流產(chǎn)沙能力變化的主要原因。

關(guān)鍵詞：降雨—徑流—產(chǎn)沙關(guān)系; 次降雨; 孤山川

黃河的水沙變化規(guī)律是制定治黃方略的重要參考依據(jù)，受到中國水資源管理部門的高度重視。自1970s以來，黃河實(shí)測徑流量和輸沙量逐漸減少[1-2]。以位于黃河中游的河口鎮(zhèn)—龍門區(qū)間(簡稱河龍區(qū)間)為例，與1950—1969年平均值相比，20世紀(jì)70年代、80年代、90年代(1990—1996年)、近期(1997—2006年)河龍區(qū)間年均徑流量分別減少了1.935×109，3.615×109，1.515×109，4.360×109m3；年均輸沙量分別減少了2.40×108，6.23×108，4.77×108，7.77×108t[3]。研究入黃支流的降雨—徑流—產(chǎn)沙變化規(guī)律，對于揭示黃河水沙變化成因，優(yōu)化治黃方略有著重要意義。

黃土高原的水土流失主要由少數(shù)幾場暴雨產(chǎn)生[4-5]。氣候變化會引起雨強(qiáng)、降雨歷時等降雨特征的變化，從而成為黃河水沙變化的原因之一[6-7]。了解氣候變化導(dǎo)致的次降雨特征(降雨歷時、雨強(qiáng)等)變化，進(jìn)而分析降雨變化對流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，是研究氣候變化對黃河水沙變化貢獻(xiàn)度的重要途徑和切入點(diǎn)。

近年關(guān)于黃河流域降雨—徑流—產(chǎn)沙關(guān)系變化的研究，主要從兩方面開展：一是通過統(tǒng)計坡面尺度的次降雨—徑流事件,研究坡面尺度水沙隨降雨歷時和雨強(qiáng)的變化[8-11]；二是分析流域尺度或區(qū)域范圍的日(月、年)降雨—徑流—產(chǎn)沙長時間序列數(shù)據(jù)，獲知流域尺度或區(qū)域范圍的水沙隨降雨的變化規(guī)律[12-15]。可看出，前者能較好地闡釋坡面尺度降雨特征對水沙變化的影響，但由于尺度效應(yīng)的存在，難以揭示大中空間尺度水沙變化對降雨變化的響應(yīng)機(jī)制；后者能較好地反映出流域(或區(qū)域)尺度水沙與降雨的多年變化規(guī)律，但由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的時間步長多為日(月、年)，難以精細(xì)刻畫降雨歷時、雨強(qiáng)等降雨特征變化對流域單元產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響。通常情況下，黃土高原的一場降雨通常在數(shù)小時甚至更短時間內(nèi)就可完成。因此，要分析降雨變化對流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，有必要對流域單元長時間序列次降雨事件中的降雨、產(chǎn)流、產(chǎn)沙觀測數(shù)據(jù)開展深入研究。

本文整理分析孤山川流域1985—2010年的次降雨資料，以期達(dá)到如下目標(biāo)：針對雨量站和水文站數(shù)據(jù)記錄時間精度不一的問題，通過數(shù)據(jù)重采樣，將降雨摘錄數(shù)據(jù)和洪水水文要素數(shù)據(jù)統(tǒng)一為小時時間步長；基于時間步長一致的降雨摘錄和洪水水文要素數(shù)據(jù)，分析1980s，1990s和2000s這3個時期的次降雨變化及其對產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，從而為揭示氣候變化與人類活動對黃河水沙變化的貢獻(xiàn)率提供參考。

1研究區(qū)概況

孤山川位于黃河中游多沙粗沙區(qū)，東經(jīng)110°31′—111°04′，北緯39°0′—39°27′，溝壑密度為5.58 km/km2[16]。流域面積1 263 km2(高石崖水文站以上)，海拔796 m～1 402 m。年均降雨量410 mm，約75%的徑流量和99%的產(chǎn)沙量產(chǎn)生于雨季[17]。流域90%以上的地區(qū)被黃土所覆蓋，水土流失嚴(yán)重。自1970s以來，孤山川徑流量和輸沙量持續(xù)減少：1970—1979年，年均來水9.794×107m3，年均來沙2.969×107t；1980—1989年，年均來水5.515×107m3，年均來沙1.279×107t；1990—1999年，年均來水5.234×107m3，年均來沙1.130×107t；2000—2010年，年均來水1.771×107m3，年均來沙2.01×106t。孤山川流域的水沙變化代表著黃河中游的水沙變化情況，研究其次降雨的降雨—徑流—產(chǎn)沙關(guān)系，將有助于厘清黃河水沙變化成因。

2方法與數(shù)據(jù)

2.1　降雨摘錄與洪水水文要素數(shù)據(jù)重采樣

由于各時期的雨量站和水文站數(shù)據(jù)記錄時間精度不一，時間間隔不同，為保證降雨記錄與洪水水文要素記錄在時間上能匹配對應(yīng)，分別對降雨摘錄數(shù)據(jù)和洪水水文要素數(shù)據(jù)進(jìn)行時間重采樣，生成時間步長為1小時的降雨和水文要素數(shù)據(jù)，從而為后期降雨—徑流—產(chǎn)沙變化分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1.1降雨摘錄數(shù)據(jù)時間重采樣通過式(1)和(2)，對降雨摘錄數(shù)據(jù)進(jìn)行時間重采樣：

(1)

式中：R5mini,j——某降雨記錄5 min內(nèi)降雨量平均值；Rx1-x2——某降雨記錄內(nèi)降雨總量(mm)；x1,x2——某時段降雨記錄起止時間(min)。下同。

(2)

式中：Ri——重采樣后第i小時內(nèi)的降雨總量(mm)。

2.1.2洪水水文要素數(shù)據(jù)時間重采樣通過式(3)和(4)，對洪水水文要素數(shù)據(jù)中的流量和含沙量2個數(shù)據(jù)進(jìn)行時間重采樣：

(3)

式中：Rti——重采樣后ti時刻瞬時觀測流量(m3/s)或含沙量(kg/m3)； t1,tn——相鄰兩條數(shù)據(jù)的觀測記錄時刻； Rt1，Rtn——t1,tn這2個時刻對應(yīng)的瞬時流量或含沙量觀測數(shù)據(jù)。

(4)

式中：Ri——第i小時內(nèi)的平均流量或含沙量(m3/s)；R6mini,j——第i小時內(nèi)，第j個6 min內(nèi)的平均流量或含沙量(m3/s)。

2.2　降雨-徑流(產(chǎn)沙)事件遴選

由于記錄誤差的存在，常會出現(xiàn)降雨、徑流(產(chǎn)沙)觀測數(shù)據(jù)在時間上不匹配的現(xiàn)象，從而影響降雨—徑流—產(chǎn)沙關(guān)系的有效分析。為保證所選降雨、徑流(產(chǎn)沙)觀測數(shù)據(jù)的有效性，所選降雨—產(chǎn)流(產(chǎn)沙)事件有如下規(guī)定。

(1) 降雨事件規(guī)定。只要流域內(nèi)任意雨量站有降雨記錄，則認(rèn)為流域有降雨事件發(fā)生。

(2) 降雨—產(chǎn)流事件歷時。降雨起始時刻至洪水退卻時刻所經(jīng)歷的時間。以1990年9月4日的降雨—徑流事件為例(圖1)：降雨起始時刻為9月4日06:00，洪水退卻時刻為9月5日09:00，則該降雨—產(chǎn)流事件歷時為27 h。

圖1　孤山川1990年9月4日至5日降雨-產(chǎn)流過程

2.3　降雨-徑流-產(chǎn)沙特征指標(biāo)

將重采樣后的降雨數(shù)據(jù)與洪水水文要素數(shù)據(jù)按時間先后排列，獲取流域各場降雨的雨量、流量、輸沙量等數(shù)據(jù)，為分析流域降雨—徑流—產(chǎn)沙關(guān)系提供基礎(chǔ)。

2.3.1降雨特征雨量、降雨歷時和降雨強(qiáng)度是次降雨的最基本特征。由于雨量本身就是降雨歷時和降雨強(qiáng)度的乘積，為避免重復(fù)，直接選用降雨歷時和降雨強(qiáng)度兩個指標(biāo)表示流域的降雨特征。其中，降雨歷時是指流域一次降雨的持續(xù)時間，即流域內(nèi)任意雨量站有降雨到所有雨量站降雨停止所經(jīng)歷的時間(h)。降雨強(qiáng)度指流域在單位時間內(nèi)的面降雨量(mm/h)。

面降雨量可用算術(shù)平均法[18]和反距離加權(quán)空間插值法[19]計算。通過隨機(jī)抽樣14場降雨，將2種方法計算的面雨量加以對比，結(jié)果顯示R2為0.986，可看出2種方法的計算結(jié)果基本相同(圖2)。考慮到所選次降雨事件較多，本研究選用較簡單的算術(shù)平均法計算流域面雨量。

圖2　兩種方法計算流域面雨量的結(jié)果對比

2.3.2降雨—產(chǎn)流能力選取徑流系數(shù)表示流域的降雨產(chǎn)流能力，用以反映不同時期的降雨—產(chǎn)流關(guān)系。徑流系數(shù)指降雨—徑流事件歷時內(nèi)的徑流深(mm)與降雨量(mm)的比值，單位為%。公式為：

(5)

式中：RCi——第i場降雨的徑流系數(shù)(%)；TRi——第i場降雨的徑流量深(mm)；Pi——第i場降雨的面雨量(mm)。RCi越大，次降雨的產(chǎn)流能力越強(qiáng)。下同。

2.3.3降雨—產(chǎn)沙能力借鑒劉曉燕[20]等提出的產(chǎn)沙系數(shù)概念，并對其進(jìn)行修正，作為表示流域降雨產(chǎn)沙能力的指標(biāo)，用以反映不同時期的降雨產(chǎn)沙關(guān)系。次降雨產(chǎn)沙系數(shù)可通過式(6)獲?。?/p>

(6)

式中：SCi——第i場降雨的產(chǎn)沙系數(shù)〔t/(km2·mm)〕；sedi——第i場降雨的總產(chǎn)沙量(由于研究區(qū)梯田、水庫、淤地壩等攔截的沙量較少，在此用實(shí)測輸沙量代替(t)；A——流域面積(km2)； 越大，次降雨的產(chǎn)沙能力越強(qiáng)。

2.4　數(shù)據(jù)來源

選取水利部門監(jiān)測發(fā)布的1985—2010年雨量站降雨摘錄數(shù)據(jù)與水文站洪水水文要素數(shù)據(jù)作為次降雨—產(chǎn)流—產(chǎn)沙變化分析的數(shù)據(jù)源。其中，降雨數(shù)據(jù)來源于孤山川流域及其周邊14個雨量站的降雨摘錄數(shù)據(jù)，流量和含沙量等徑流產(chǎn)沙數(shù)據(jù)來源于高石崖水文站洪水水文要素數(shù)據(jù)。

將符合降雨—徑流(產(chǎn)沙)事件遴選條件的115場降雨作為研究孤山川流域1980s以來降雨—徑流—產(chǎn)沙變化的基礎(chǔ)資料，并將其分為1980s(1985—1989)，1990s(1990—1999)，2000s(2000—2010)這3個時期加以統(tǒng)計分析(表1)。其中，1980s收集到5年22場降雨資料，1990s收集到10年54場降雨資料，2000s收集到11年39場降雨資料。

3結(jié)果分析

3.1　次降雨特征變化

統(tǒng)計每場降雨的降雨日期、起訖時間、面雨量，計算出每場降雨的降雨歷時與雨強(qiáng)，進(jìn)而運(yùn)用算術(shù)平均方法，獲取孤山川流域每年次降雨的平均歷時與雨強(qiáng)等降雨特征(圖3)，用以反映次降雨的變化。

由圖3可看出，1980s,1990s,2000s孤山川流域次降雨的平均降雨歷時為23, 21, 25 h，平均雨強(qiáng)分別為1.26, 1.04, 1.1 mm/h。結(jié)果表明，與1980s

相比，1990s的降雨多為短歷時、弱雨強(qiáng)類型，而2000s的降雨多為長歷時、中雨強(qiáng)類型。

表1　孤山川流域降雨-產(chǎn)流-產(chǎn)沙事件統(tǒng)計

圖3　孤山川流域次降雨特征變化(平均歷時和平均雨強(qiáng))

3.2　次降雨-產(chǎn)流能力變化

統(tǒng)計每場降雨的降雨量和總徑流量，通過式(5)，計算出每場降雨的徑流系數(shù)，進(jìn)而通過算術(shù)平均方法，獲取孤山川流域每年次降雨的平均徑流系數(shù)(圖4)，用以反映次降雨的產(chǎn)流能力變化。

由圖4可看出，1980s，1990s，2000s孤山川流域次降雨的平均徑流系數(shù)分別為19.34%，18.89%，9.24%。結(jié)果表明，與1980s相比，1990s的降雨—產(chǎn)流能力未發(fā)生明顯變化，而2000s的降雨—產(chǎn)流能力減小較為明顯，其平均徑流系數(shù)僅約為1980s的50%。

圖4　孤山川流域次降雨-產(chǎn)流能力變化

3.3　次降雨-產(chǎn)沙能力變化

統(tǒng)計每場降雨的降雨量和總輸沙量，通過式(6)，計算出每場降雨的產(chǎn)沙系數(shù)，進(jìn)而通過算術(shù)平均方法，獲取孤山川流域每年次降雨的平均徑流產(chǎn)沙數(shù)(圖5)，用以揭示次降雨的產(chǎn)沙能力變化。

圖5　孤山川流域次降雨-產(chǎn)沙能力變化

由圖5可看出，1980s，1990s，2000s孤山川流域次降雨的平均產(chǎn)沙系數(shù)分別為78.43，54.37，18.19。結(jié)果表明，與1980s相比，1990s，2000s的降雨—產(chǎn)沙能力均有不同程度的減小，其中，尤以2000s減小最為明顯，其平均產(chǎn)沙系數(shù)僅為1980s的23.19%。

3.4　降雨-產(chǎn)流(產(chǎn)沙)能力對雨強(qiáng)變化的敏感性

在下墊面一致的條件下，雨強(qiáng)是影響次降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙能力的主要因素之一，但其對產(chǎn)流產(chǎn)沙的控制能力卻有所差異[8]。為討論雨強(qiáng)對產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，選用彈性系數(shù)方法[21]，分別計算1990s，2000s較1980s時段內(nèi)產(chǎn)流系數(shù)與產(chǎn)沙系數(shù)對雨強(qiáng)變化的彈性，以檢驗(yàn)1980s以來孤山川流域產(chǎn)流與產(chǎn)沙對雨強(qiáng)變化的敏感性。彈性系數(shù)計算公式為：

(7)

式中：b——彈性系數(shù)(無量綱)；K——平均徑流系數(shù)(%)或平均產(chǎn)沙系數(shù)；X——平均雨強(qiáng)(mm/h)。|b|值越大，表明產(chǎn)流(或產(chǎn)沙)對雨強(qiáng)變化的敏感性越大。

圖6展示了1980s以來降雨—產(chǎn)流(或產(chǎn)沙)的彈性系數(shù)變化情況，從中可看出，1980s—1990s降雨—產(chǎn)流彈性系數(shù)和降雨—產(chǎn)沙彈性系數(shù)分別為0.13和4.21，1980s—2000s降雨—產(chǎn)流彈性系數(shù)和降雨—產(chǎn)沙彈性系數(shù)分別為1.73和6.19。結(jié)果表明，1980s以來，孤山川流域的產(chǎn)沙比產(chǎn)流對雨強(qiáng)變化更為敏感。

圖6　孤山川流域1980s以來降雨-產(chǎn)流(產(chǎn)沙)彈性系數(shù)

3.5　下墊面變化對產(chǎn)流產(chǎn)沙能力的影響

下墊面變化是影響流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的重要因素。1980s以來，伴隨產(chǎn)流產(chǎn)沙的變化，孤山川流域的下墊面狀況也發(fā)生明顯變化。獲取孤山川流域1980，1998，2010的林草面積、植被蓋度、梯田面積、骨干壩控制面積等數(shù)據(jù)，分別代表1980s，1990s和2000s的下墊面狀況(表2)，分析徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比的相關(guān)性(表3—4)，揭示下墊面變化對孤山川流域產(chǎn)流產(chǎn)沙能力的影響。

從表2可看出，1980s以來，孤山川流域的林草面積、植被蓋度、梯田面積和骨干壩控制面積有不同程度的增加或提升，其中，植被蓋度增加最快，1990s，2000s的植被蓋度分別是1980s的2.27倍和3.83倍。從表3可看出，徑流系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比的相關(guān)系數(shù)分別為-0.662 3，-0.911 4，-0.801 0和-0.821 4。從表4可看出產(chǎn)沙系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比的相關(guān)系數(shù)分別為-0.887 7，-0.998 5，-0.962 9和-0.971 7。結(jié)果顯示，徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)與植被蓋度的相關(guān)系數(shù)均大于徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)與其它下墊面指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)，表明植被蓋度變化是下墊面因素中影響孤山川流域產(chǎn)流產(chǎn)沙能力變化的主要原因。

表2孤山川流域不同年代的下墊面狀況

%

注：①數(shù)據(jù)來源于黃河上中游管理局調(diào)查數(shù)據(jù)。

表3　徑流系數(shù)與下墊面狀況的相關(guān)性

注：顯著性水平α=0.05。

表4　產(chǎn)沙系數(shù)與下墊面狀況的相關(guān)性

注：顯著性水平α=0.05。

4結(jié)論與討論

(1) 1980s以來，孤山川流域的降雨—產(chǎn)流—產(chǎn)沙關(guān)系發(fā)生了明顯變化。與1980s相比，1990s的降雨多為短歷時、弱雨強(qiáng)類型，而2000s的降雨多為長歷時、中雨強(qiáng)類型；2000s的降雨產(chǎn)流能力和降雨產(chǎn)沙能力減小最為顯著，其平均徑流系數(shù)、平均產(chǎn)沙系數(shù)分別約為1980s的50%，23%。

(2) 計算1980s—1990s，1980s—2000s的降雨—產(chǎn)流(產(chǎn)沙)彈性系數(shù)，分析降雨—產(chǎn)流(產(chǎn)沙)能力對雨強(qiáng)變化的敏感性，發(fā)現(xiàn)孤山川流域的降雨—產(chǎn)沙能力比降雨—產(chǎn)流能力對雨強(qiáng)變化更為敏感。分析1980s—1990s和1980s—2000s的降雨—產(chǎn)流彈性系數(shù)和降雨—產(chǎn)沙彈性系數(shù)，結(jié)果顯示，1980s—1990s降雨—產(chǎn)流彈性系數(shù)和降雨—產(chǎn)沙彈性系數(shù)分別為0.13和4.21，1980s—2000s降雨—產(chǎn)流彈性系數(shù)和降雨—產(chǎn)沙彈性系數(shù)分別為1.73和6.19。可看出，1980s以來，孤山川流域的降雨—產(chǎn)沙能力比降雨—產(chǎn)流能力對雨強(qiáng)變化更為敏感。

(3) 分析下墊面變化對產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，發(fā)現(xiàn)植被蓋度變化是下墊面因素中影響孤山川流域產(chǎn)流產(chǎn)沙能力變化的主要原因。分析徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比的相關(guān)性，結(jié)果顯示，徑流系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比的相關(guān)系數(shù)分別為-0.662 3，-0.911 4，-0.801 0和-0.821 4，產(chǎn)沙系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比的相關(guān)系數(shù)分別為-0.887 7，-0.998 5，-0.962 9和-0.971 7?？煽闯?，徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)與林草面積比、植被蓋度、梯田面積比和骨干壩控制面積比呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)與植被蓋度的相關(guān)系數(shù)均大于徑流系數(shù)、產(chǎn)沙系數(shù)與其它下墊面指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)，植被蓋度變化是下墊面因素中影響孤山川流域產(chǎn)流產(chǎn)沙能力變化的主要原因。

綜上，本研究成果可為黃河流域水保工程設(shè)計和水沙變化成因分析提供一定的參考。

致謝：感謝王志偉、管亞兵、倪超三位同學(xué)在數(shù)據(jù)收集整理工作中提供的大力幫助！

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Variations of Rainfall, Runoff and Sediment Yield in Gushanchuan River Basin Since 1980s

LUO Ya1,2, YANG Shengtian1, LIU Xiaoyan3, ZHOU Xu1,4, JIN Shuangyan5, ZHANG Yichi1, CHEN Ke1

(1.SchoolofGeography,BeijingNormalUniversity,StateKeyLaboratoryofRemoteSensingScience,BeijingKeyLaboratoryforRemoteSensingofEnvironmentandDigitalCities,Beijing100875,China; 2.SchoolofGeographicandEnvironmentalSciences,GuizhouNormalUniversity,Guiyang,Guizhou550001,China; 3.YellowRiverConservancyCommission,Zhengzhou,He’nan450003,China; 4.SchoolofLandandResource,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong,Sichuan637009,China; 5.HydrologyBureau,YRCC,Zhengzhou,He’nan450004,China)

Abstract：[Objective] To research the rainfall—runoff—sediment change in the tributary of the Yellow river for revealing the causes of Yellow River’s water and sediment variation. [Methods] Based on the data of 115 rainfall events during 1985—2010 in Gushanchuan river basin, the temporal variations of rainfall—runoff—sediment relationships was analyzed by using the runoff coefficient, sediment coefficient and elasticity coefficient. [Results] (1) The short-duration, low-intensity and long-duration, moderate-intensity rainfall events were the primary types in 1990s and 2000s compared to 1980s, respectively. Specially, the capacities of rainfall producing runoff and sediment reduced obviously in 2000s, the runoff coefficient and sediment coefficient in 2000s were accounting for about 50% and 23% of that in 1980s. (2) The rainfall—runoff elasticity coefficient and rainfall—sediment elasticity coefficient were 0.13 and 4.21 during the period from 1980s to 1990s, and were 1.73 and 6.19 during the period from 1980s to 2000s, respectively. (3) The correlation between runoff coefficient and the proportion of forest and grass, vegetation coverage, proportion of terrace, proportion of key dam controlling area was -0.662 3, -0.911 4,-0.801 0,-0.821 4, respectively, meanwhile, the correlation between sediment coefficient and the proportion of forest and grass, vegetation coverage, proportion of terrace, proportion of key dam controlling area was -0.887 7, -0.998 5, -0.962 9, -0.971 7, respectively. [Conclusion] The rainfall—runoff—sediment relationship has been changed significantly since 1980s, especially after the year 2000, the influence of rainfall intensity on capacity of rainfall producing sediment is more sensitive than that on capacity of rainfall producing runoff, and the vegetation coverage variation is the major factor which affects the capacities of rainfall producing runoff and sediment in Gushanchuan river basin.

Keywords:rainfall-runoff-sediment relationships; rainfall events; Gushanchuan river basin

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)03-0023-07

中圖分類號：S157.1

通信作者：楊勝天(1965—),男(彝族),博士,教授、博士生導(dǎo)師,主要從事水資源與水環(huán)境遙感研究。E-mail:yangshengtian@bnu.edu.cn。

收稿日期：2015-01-05修回日期：2015-01-20

資助項(xiàng)目：國家“十二五”科技支撐計劃課題“黃河中游產(chǎn)沙環(huán)境演變及其水沙調(diào)控效應(yīng)分析”(2012BAB02B05-05); 水利部公益項(xiàng)目“中印東段爭議區(qū)生態(tài)資源遙感監(jiān)測與評價研究”(201101037); 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)聯(lián)合資助

第一作者：羅婭(1979—),女(漢族),博士,副教授。主要從事土地利用與水土流失治理研究。E-mail:luoya2002@163.com。