趙 陽(yáng)，胡春宏，張曉明，王友勝，成 晨，殷小琳，謝 敏

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近70年黃河流域水沙情勢(shì)及其成因分析

趙 陽(yáng)，胡春宏，張曉明，王友勝，成 晨，殷小琳，謝 敏

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，水利部水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100048）

深入剖析黃河水沙現(xiàn)狀及成因是精準(zhǔn)預(yù)測(cè)黃河未來(lái)水沙情勢(shì)的前提與基礎(chǔ)。為此，以黃河干流潼關(guān)斷面以上4個(gè)主要干流水文站及7個(gè)主要一級(jí)支流把口站1950—2016 年水沙實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)，采用雙累積曲線等多種統(tǒng)計(jì)分析方法，系統(tǒng)剖析了黃河流域水沙演變規(guī)律及水沙主要源區(qū)變化特征，定量評(píng)估了不同環(huán)境要素對(duì)黃河水沙變化影響。結(jié)果表明：1）黃河干流蘭州、頭道拐、龍門及潼關(guān)水文站年徑流及年輸沙量均呈顯著減少趨勢(shì)（<0.05），其中，年徑流減幅17.93%~40.79%，年輸沙量減幅均在46.74%以上。受多種因素影響，黃河水沙在20世紀(jì)80—90年代發(fā)生減少突變；2）蘭州-潼關(guān)區(qū)間年均徑流量沿程變化表現(xiàn)為由總體遞增狀態(tài)向遞減趨勢(shì)轉(zhuǎn)變，年均輸沙量遞增狀態(tài)雖未轉(zhuǎn)變，但遞增幅度平均減小90%以上；3）黃河泥沙主要來(lái)源區(qū)由頭龍區(qū)間向龍潼區(qū)間發(fā)生轉(zhuǎn)移特征明顯，龍潼區(qū)間水土流失治理有待進(jìn)一步加強(qiáng)；4）人類活動(dòng)對(duì)黃河中游水沙銳減占據(jù)主導(dǎo)作用，平均貢獻(xiàn)率達(dá)到90%以上。而上游蘭州站年均徑流量受氣候影響較大，貢獻(xiàn)率達(dá)到66.57%。研究結(jié)果可為深刻認(rèn)識(shí)黃河水沙時(shí)空現(xiàn)狀及成因提供依據(jù)，并對(duì)未來(lái)水土流失治理區(qū)位方向確定提供參考。

徑流；評(píng)估；水文；黃河；干流；一級(jí)支流；水沙

0 引 言

黃河以水少沙多，含沙量高而著稱[1]。近年來(lái)，在自然和人為因素耦合影響下，黃河河川徑流和泥沙輸移量急劇減少[2-3]，水沙關(guān)系發(fā)生重大調(diào)整，導(dǎo)致黃河下游河槽嚴(yán)重萎縮、河道排洪輸沙能力降低等系列新問(wèn)題產(chǎn)生，嚴(yán)重威脅流域防洪安全，極大限制了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[4-5]。以黃河干流潼關(guān)站為例，年均輸沙量由1919-1959年16億t減少至2010年以來(lái)1億t左右，減少90%以上[6-7]。黃河水沙情勢(shì)變化如此之大、如此之快，是氣候變化所致還是人類活動(dòng)影響？主導(dǎo)因素是什么？近年來(lái)大規(guī)模水土保持生態(tài)建設(shè)對(duì)流域水沙銳減有何影響等一系列問(wèn)題成為新時(shí)期黃河治理規(guī)劃亟需回答的首要科學(xué)問(wèn)題[8-10]。

江河水沙變化是全球共同關(guān)注的問(wèn)題[11-13]。而氣候變化和強(qiáng)人類活動(dòng)耦合影響下的江河水沙變化是全球泥沙研究的前沿和難點(diǎn)[14-15]。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，密西西比河、印度河、尼羅河、長(zhǎng)江等約47%的全球主要江河年輸沙量呈減少趨勢(shì)[8]。由此可見(jiàn)，全球河流系統(tǒng)均在發(fā)生深刻變化，黃河水沙銳減趨勢(shì)性變化并非獨(dú)立存在。目前，國(guó)內(nèi)黃河水沙變化相關(guān)研究較多，對(duì)象更多關(guān)注黃河干流或支流，干支流系統(tǒng)研究較少[16]?？紤]到已有降雨和人類活動(dòng)對(duì)黃河水沙影響貢獻(xiàn)率研究多集中在小尺度流域，隨空間尺度擴(kuò)大，面降雨量不均勻性增加而導(dǎo)致實(shí)際降雨量的貢獻(xiàn)計(jì)算準(zhǔn)確度有待驗(yàn)證[17]；同時(shí)，由于流域水沙過(guò)程呈高度非線性和尺度差異性特征，常規(guī)擬合方法可定性認(rèn)識(shí)特定時(shí)空水沙關(guān)系變化方向，卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)定量評(píng)價(jià)等問(wèn)題，導(dǎo)致已有水沙變化影響因素貢獻(xiàn)率研究成果計(jì)算精度有待進(jìn)一步提高[18]。

綜上所述，針對(duì)當(dāng)前研究存在問(wèn)題，本研究以黃河干流潼關(guān)以上區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，基于1950—2016年黃河干流及主要支流長(zhǎng)時(shí)間序列降水及水沙數(shù)據(jù)，采用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)、Pettitt突變檢驗(yàn)、雙累積曲線等統(tǒng)計(jì)方法，探討黃河水沙銳減驅(qū)動(dòng)因素，量化評(píng)價(jià)不同因素對(duì)黃河水沙影響貢獻(xiàn)率，研究結(jié)果旨在為黃河流域水土資源優(yōu)化配置及未來(lái)水土流失治理方向確定提供參考。

1 研究區(qū)概況

黃河干流全長(zhǎng)5 464 km，流域面積79.5萬(wàn)km2，潼關(guān)站作為黃河干流主要水文站點(diǎn)，同時(shí)又是黃河干流流經(jīng)黃土高原末端的控制斷面，控制了黃河91%的流域面積、90%的徑流量和幾乎全部泥沙[19]。因此，本研究以黃河潼關(guān)斷面以上為研究對(duì)象，選取蘭州、頭道拐、龍門和潼關(guān)等4個(gè)典型干流水文站系統(tǒng)開(kāi)展了1950—2016年黃河流域水沙銳減歸因分析研究。黃河干流示意圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)地理位置

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1）水文數(shù)據(jù) 收集了1950—2016年黃河干流蘭州、頭道拐、龍門、潼關(guān)等4個(gè)干流水文站以及皇甫川、窟野河、無(wú)定河、延河、北洛河、渭河（含涇河）、汾河等7個(gè)一級(jí)支流卡口站年實(shí)測(cè)徑流、泥沙數(shù)據(jù)，其中1950—1999年的水文數(shù)據(jù)摘自黃河水利委員會(huì)“黃河流域水文泥沙整編資料”，2000—2016年數(shù)據(jù)摘自《中國(guó)河流泥沙公報(bào)（2000—2016）》。

2）降水?dāng)?shù)據(jù) 收集了1950—2016年間黃河流域65個(gè)國(guó)家氣象站日降水?dāng)?shù)據(jù)（源自國(guó)家氣象局氣候中心），流域水文站間集水區(qū)面降雨量采用泰森三角形法求取算術(shù)平均值[20]。部分缺漏的降雨數(shù)據(jù)摘自黃河水利委員會(huì)的“黃河流域水文泥沙整編資料”。

2.2 研究方法

1）水文要素趨勢(shì)變化分析

Mann-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)法主要用于檢驗(yàn)氣候和水文要素時(shí)間序列數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，由于該方法不需要樣本遵從一定的分布規(guī)律，也不受少數(shù)異常值的干擾，該方法可以較客觀地確定數(shù)據(jù)序列變化趨勢(shì)[21]。

2）Pettitt突變檢驗(yàn)

Pettitt非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)核心是通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法檢驗(yàn)時(shí)間序列要素均值變化的確切時(shí)間來(lái)確定躍變變化的確切時(shí)間，可避免異常值的干擾及數(shù)據(jù)分布特征的影響[22]。即，對(duì)于具有個(gè)樣本的時(shí)間序列，構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量：

式中，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為第1個(gè)樣本的元素值大于第2個(gè)樣本元素值的次數(shù)。

3）雙累積曲線法

雙累積曲線法是檢驗(yàn)2個(gè)參數(shù)間關(guān)系一致性及其變化的常用方法，它可用于水文氣象要素的趨勢(shì)性變化及其強(qiáng)度的分析[23]。徑流量或輸沙量與降雨量的雙累積曲線可用于分析人類活動(dòng)是否引起河流徑流（或輸沙）量的趨勢(shì)性變化，并進(jìn)而分析發(fā)生趨勢(shì)變化的年份以及變化的大小。基本原理是：對(duì)徑流量或輸沙量與降雨量的雙累積曲線，觀察直線斜率的變化過(guò)程，如果直線斜率沒(méi)有明顯偏離，說(shuō)明人類活動(dòng)對(duì)河川徑流量無(wú)顯著影響，反之，則說(shuō)明人類活動(dòng)有顯著趨勢(shì)性影響。斜率發(fā)生顯著改變的點(diǎn)對(duì)應(yīng)徑流量開(kāi)始發(fā)生顯著變化的年份。

3 結(jié)果與分析

3.1 黃河干流水沙總體變化趨勢(shì)

對(duì)蘭州-頭道拐-龍門-潼關(guān)4個(gè)干流水文站1950—2016年水沙數(shù)據(jù)序列進(jìn)行線性趨勢(shì)分析，見(jiàn)圖2所示，近70 a黃河干流年徑流量及輸沙量均呈減少趨勢(shì)。進(jìn)一步地，對(duì)各站點(diǎn)水沙數(shù)據(jù)序列進(jìn)行Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)，見(jiàn)表1所示，研究時(shí)段內(nèi)，黃河干流水沙銳減趨勢(shì)達(dá)到顯著水平（<0.5）。其中，潼關(guān)站年徑流減少趨勢(shì)最為顯著（<0.001），各水文站徑流減少幅度具體排序?yàn)椋轰P(guān)站>龍門>頭道拐>蘭州；黃河干流年輸沙量減少趨勢(shì)較徑流更為顯著（<0.001），各站減少速率排序與徑流一致，其中，潼關(guān)站年輸沙量減少趨勢(shì)尤為顯著，蘭州站減少幅度最小。

圖2 黃河干流主要水文站1950—2016年徑流輸沙年際變化

對(duì)各站徑流輸沙數(shù)據(jù)序列進(jìn)行Pettitt突變檢驗(yàn)，見(jiàn)表1所示，4站年徑流突變年份較為一致，即：1985/1986年左右發(fā)生減少突變；而年輸沙量突變年份各站差異較大，其中，潼關(guān)站年輸沙量分別在1981和1999年發(fā)生減少突變，龍門站則于1999年發(fā)生減少突變，而蘭州與頭道拐站年輸沙量分別在1999年和1985年發(fā)生突變。

以突變點(diǎn)前研究時(shí)段為基準(zhǔn)期，以突變點(diǎn)后研究時(shí)段為變化期，結(jié)合各站徑流泥沙突變點(diǎn)將各站水沙序列進(jìn)行時(shí)段劃分，見(jiàn)表2所示。其中，蘭州站變化期較基準(zhǔn)期年徑流及輸沙量分別減少17.93%和71.64%；頭道拐站變化期較基準(zhǔn)期年徑流及輸沙量分別減少35.72%和69.86%；龍門站變化期較基準(zhǔn)期年徑流減少37.36%，而年輸沙量減少65.42%~87.35%；潼關(guān)站變化期較基準(zhǔn)期年徑流減少40.79%，而年輸沙量減少46.74~83.16%。該結(jié)果為進(jìn)一步甄別氣候變化和人類活動(dòng)的貢獻(xiàn)率提供了研究基礎(chǔ)。

表1 黃河干流主要水文站1950—2016年徑流輸沙年際變化趨勢(shì)分析

注：*為95%置信水平；***為99.9%置信水平。

Note: * is 95% confidence level; *** is 99.9% confidence level.

表2 黃河干流徑流輸沙時(shí)間序列分析

3.2 黃河干流不同區(qū)域水沙變化分異特征

通過(guò)對(duì)黃河干流4個(gè)水文站點(diǎn)1950s、1960s、1970s、1980s、1990s、2000s、2010s等7個(gè)時(shí)段年徑流量及年輸沙量進(jìn)行均值統(tǒng)計(jì)可知，與20世紀(jì)50年代相比，2 000年以來(lái)，黃河干流不同區(qū)域水沙量變化差異顯著，如圖3所示。具體地，從變化比例看，通過(guò)對(duì)比不同站點(diǎn)2010s與1950s年徑流及年輸沙量可知，各站年均徑流量變化幅度呈由上游向下游遞增的特征。具體排序?yàn)椋轰P(guān)站（43.9%）>龍門站（35.9%）>頭道拐（30.8%）>蘭州站（8.2%）；龍門和潼關(guān)站年均輸沙量減少幅度均達(dá)80%以上，具體排序?yàn)椋糊堥T站（89.5%）> 潼關(guān)站（86.8%）>蘭州站（78%）>頭道拐（71.9%）。從變化絕對(duì)量值看，各站年均徑流量變化絕對(duì)值呈由上游向下游遞增趨勢(shì)。具體排序?yàn)椋轰P(guān)站（–184.11′108m3）>龍門（–104.9′108m3）>頭道拐站（–74.2′108m3）>蘭州站（–25.6′108m3）；各站年均輸沙量變化絕對(duì)值具體排序?yàn)椋轰P(guān)站（–14.5′108t）>龍門（–11.3′108t）>頭道拐站（–1.1′108t）>蘭州站（–0.65′108t）。進(jìn)一步地，綜合各站點(diǎn)變化趨勢(shì)、幅度及量級(jí)綜合說(shuō)明：黃河干流蘭州-潼關(guān)段年均徑流量由沿程總體遞增狀態(tài)向遞減趨勢(shì)轉(zhuǎn)變，說(shuō)明蘭-潼區(qū)間水資源消耗量大幅增加；年均輸沙量沿程遞增狀態(tài)雖未轉(zhuǎn)變，但遞增幅度明顯減小，龍門、潼關(guān)站減小幅度尤為顯著，在一定程度上說(shuō)明在氣候和水土保持生態(tài)建設(shè)等人類活動(dòng)耦合影響下，龍門-潼關(guān)區(qū)間產(chǎn)沙量大幅降低。

圖3 黃河干流不同年代多年平均徑流量和輸沙量變化

3.3 主要產(chǎn)沙區(qū)水沙收支平衡分析

結(jié)合上文可知，頭道拐-潼關(guān)區(qū)間（以下簡(jiǎn)稱“頭潼區(qū)間”）多年平均徑流量和輸沙量分別占黃河干流潼關(guān)斷面以上水沙量的60%和90%以上。為進(jìn)一步說(shuō)明頭潼區(qū)間年徑流及輸沙量銳減成因，從空間角度系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析了黃河干流頭道拐-龍門-潼關(guān)3個(gè)干流水文站以及無(wú)定河等7個(gè)主要一級(jí)支流近70 a水沙變化情況。由圖4和圖5可知，2000年以前，頭道拐-龍門區(qū)間和龍潼區(qū)間對(duì)整個(gè)頭潼區(qū)間的徑流量貢獻(xiàn)率分別為36%和64%，2000年以后，則變化為31.8%和68.2%；類似地，頭龍區(qū)間和龍潼區(qū)間對(duì)整個(gè)頭潼區(qū)間的輸沙貢獻(xiàn)率分別為71.3%和28.7%，2000年以后，貢獻(xiàn)率分別為51.0%和49.0%，在一定程度上說(shuō)明隨著黃河中游大規(guī)模水土保持生態(tài)建設(shè)，頭龍區(qū)間水土保持成效更為顯著，黃河干流主要泥沙來(lái)源區(qū)由頭龍區(qū)間向龍潼區(qū)間發(fā)生轉(zhuǎn)移。

從頭龍空間水沙來(lái)源看，2000年以前皇甫川、窟野河、無(wú)定河、延河等主要一級(jí)支流以及其他因素（包含其他支流、灌溉引沙、河道淤積等）對(duì)頭龍區(qū)間徑流貢獻(xiàn)率分別為：3.1%、12.4%、23.8%、4.3%和56.4%；輸沙貢獻(xiàn)率分別為6.9%、14.2%、17.7%、6.6%和54.6%，2000年以后徑流貢獻(xiàn)率分別為1.69%、10.2%、37.8%、7%和43.31%，泥沙貢獻(xiàn)率則分別為7.6%、3.5%、26.4%、12.4%和50.1%。對(duì)比發(fā)現(xiàn)：無(wú)定河流域?yàn)辄S河干流頭龍區(qū)間主要支流中的水沙最大來(lái)源區(qū)；窟野河經(jīng)多年治理，水土流失治理效果最為顯著，減沙作用最為明顯。從龍潼區(qū)間看，2000年以前，汾河、北洛河、渭河流域?qū)堜鼌^(qū)間徑流貢獻(xiàn)率分別12.6%、10.3%和80.5%，輸沙貢獻(xiàn)率分別為6.9%、23.9%、95.9%，2000年以后汾河、北洛河、渭河流域?qū)堜鼌^(qū)間徑流貢獻(xiàn)率分別為10.4%、13.1%和107.2%，輸沙貢獻(xiàn)率分別為0.3%、16.2%、107.7%，均表現(xiàn)為渭河流域貢獻(xiàn)率最大。此外，受龍潼區(qū)間黃河干流河道寬淺、比降小、泥沙淤積以及三門峽水庫(kù)等因素影響，龍潼區(qū)間2000年前約占潼關(guān)輸沙量的26.7%，2000年以后約為24.2%。

注：圖中數(shù)字為不同支流（區(qū)間）多年平均徑流量，其單位為億m3。

注：圖中數(shù)字為不同支流（區(qū)間）多年平均輸沙量，其單位為億t。

3.4 不同環(huán)境要素變化對(duì)黃河水沙變化貢獻(xiàn)率

河流徑流與輸沙變化是流域內(nèi)氣候變化與人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果[24]。為量化剖析黃河水沙銳減成因，結(jié)合各站年徑流及年輸沙序列突變點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果，采用年降雨-年徑流和年降雨-年輸沙雙累積曲線法（圖6）分析了氣候和土地利用變化對(duì)黃河水沙變化的影響（表3）。結(jié)果表明：人類活動(dòng)對(duì)黃河流域不同區(qū)段來(lái)水來(lái)沙量減少總體占據(jù)主導(dǎo)地位。具體表現(xiàn)為：1）人類活動(dòng)是蘭州-潼關(guān)區(qū)間年徑流銳減的主導(dǎo)因素，平均貢獻(xiàn)率達(dá)到88.9%，而蘭州斷面以上，氣候變化是徑流減少主因，貢獻(xiàn)率達(dá)到66.57%；2）人類活動(dòng)是蘭州-潼關(guān)區(qū)間年輸沙量銳減的主導(dǎo)因素，平均貢獻(xiàn)率達(dá)到91.52%，氣候因素對(duì)區(qū)間輸沙銳減影響較弱，僅為8.48%。從區(qū)位看，中游頭道拐和龍門站人類活動(dòng)對(duì)徑流泥沙影響顯著高于蘭州站和潼關(guān)站，說(shuō)明黃河中游受人類活動(dòng)影響程度更為深刻。

注：P，R，S分別代表年降水量，年徑流量和年輸沙量。

表3 黃河干流降雨與人類活動(dòng)對(duì)徑流和泥沙減少的貢獻(xiàn)率

4 討 論

泥沙問(wèn)題始終是黃河治理開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要問(wèn)題，嚴(yán)重威脅下游地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[25]。結(jié)合表3，頭道拐-潼關(guān)區(qū)間作為黃河泥沙主要來(lái)源地，潼關(guān)斷面年均輸沙量占入黃泥沙總量的90%以上[26]，而人類活動(dòng)對(duì)黃河中游泥沙銳減占據(jù)主導(dǎo)地位，是影響黃河泥沙減少的主要驅(qū)動(dòng)因素。大規(guī)模的梯田、林草以及淤地壩等水土保持措施建設(shè)，水庫(kù)建設(shè)和工農(nóng)業(yè)引水引沙等不同環(huán)境要素變化被一致認(rèn)為是黃河中游人類活動(dòng)影響水沙變化的主要方式。依據(jù)第1次全國(guó)水利普查及相關(guān)文獻(xiàn)資料等，截至2011年，潼關(guān)以上黃土高原地區(qū)已建淤地壩 57 914座（庫(kù)容>1萬(wàn)m3），總庫(kù)容約55億m3，河口鎮(zhèn)-潼關(guān)區(qū)間建有小（I）型以上水庫(kù)554座；頭道拐-潼關(guān)區(qū)間2014年梯田保存面積2.42萬(wàn)km2，較2000年增加約0.94萬(wàn)km2[27]；2010年黃河主要產(chǎn)沙區(qū)林草面積達(dá)到11.57萬(wàn)km2，較上世紀(jì)70年代末增加10.77%[19]。參 考關(guān)于不同水土保持措施調(diào)水減沙效益計(jì)算的相關(guān)文獻(xiàn)[28-30]，2000年以后，黃河中游地區(qū)淤地壩年均減沙量約1.35億t，頭潼區(qū)間主要產(chǎn)沙區(qū)梯田年均減沙4.22億t，頭潼區(qū)間水庫(kù)年均攔沙0.98億t，潼關(guān)以上地區(qū)年均實(shí)際引沙量約為0.33億t。由此可見(jiàn)，梯田、淤地壩、林草植被等水土保持生態(tài)建設(shè)在控制土壤侵蝕，改變水沙輸送途徑，減少入黃泥沙方面發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié) 論

本研究通過(guò)對(duì)1950—2016年黃河干流及其主要支流水文氣象數(shù)據(jù)序列進(jìn)行分析，探究了黃河流域來(lái)水來(lái)沙空間分布、黃河水沙時(shí)空變化，探討了黃河水沙變化的驅(qū)動(dòng)力及其貢獻(xiàn)率。總結(jié)得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）受氣候變化和人類活動(dòng)影響，黃河干流水量和沙量都在持續(xù)減少。頭道拐-潼關(guān)區(qū)間多年平均徑流量和輸沙量分別占黃河干流潼關(guān)斷面以上水沙量的60%和90%以上。

2）2000年以前，頭龍區(qū)間和龍潼區(qū)間對(duì)整個(gè)頭潼區(qū)間的輸沙貢獻(xiàn)率分別為71.3%和28.7%，2000年以后，貢獻(xiàn)率分別為51.0%和49.0%，黃河泥沙主要來(lái)源區(qū)由頭龍區(qū)間向龍潼區(qū)間發(fā)生轉(zhuǎn)移特征明顯；

3）研究時(shí)段內(nèi)，人類活動(dòng)是黃河泥沙銳減的主要驅(qū)動(dòng)因素，平均貢獻(xiàn)率達(dá)到91.52%。其中，梯田、淤地壩等水土保持措施實(shí)施對(duì)于黃河流域泥沙銳減具有重要 影響。

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Analysis on runoff and sediment regimes and its causes of the Yellow River in recent 70 years

Zhao Yang, Hu Chunhong, Zhang Xiaoming, Wang Yousheng, Cheng Chen, Yin Xiaolin, Xie Min

(100048,)

The future trend of runoff and sediment variation is closely related to the governance of the Yellow River. To accurately predict the future runoff and sediment regimes of the Yellow River, the spatial distribution and its variation process of runoff and sedimentation in the main stream of the Yellow River in various periods were systematically analyzed. Specifically, runoff and sediment loads from 4 main stem hydrometric stations and 7 major primary tributaries above Tongguan section on the Yellow River, during the period from 1950 to 2016, were analyzed by using multiple methods such as double cumulative curves. In this paper, we systematically analyze the characteristics of runoff and sediment yield and changes in its main source areas, and the impact of different environmental factors on runoff and sediment changes in the Yellow River were also discussed. The results showed that, 1) The annual runoff and sediment yield at the Lanzhou, Toudaoguai, Longmen, and Tongguan hydrometric stations of the Yellow River showed a significant decrease (<0.05) in the past 70 years, the annual runoff decreased by 17.93% to 40.79%, and the annual sediment transport decreased by more than 70%. Under the influence of changes in various environmental factors, the runoff and sediment in the Yellow River have reduced mutations in the 1980s and 1990s. 2) The evolution process of average annual runoff in the Lanzhou-Tongguan section changed from an accumulative increase along the distance from the river source to the trend of an accumulative decrease. Although the average annual sediment accumulation amount did not change, the increase rate decreased by 90% more. 3) It is obvious that the transfer characteristics of the main sediment source area of the Yellow River from the Toudaoguai-Longmen section change to the Longmen-Tongguan section, and we argued that soil erosion control in the Longmen-Tongguan section needs to be further strengthened. At last, human activities play a leading role in the sharp decline in runoff and sediment yield in the middle reaches of the Yellow River, with an average contribution rate of 91.52%. The reduction in average annual runoff of Lanzhou is mainly affected by the climate change, and the contribution rate reaches 66.57%. The results can provide a basis for a deep understanding of the temporal and spatial status and causes of runoff and sediment in the Yellow River, and provide a reference for future direction of soil and water conservation.

runoff; assessment; hydrology; Yellow River; mainstream; primary tributaries; runoff and sediment yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.014

P333; TV882.1

A

1002-6819(2018)-21-0112-08

2018-05-21

2018-08-13

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC0402407）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（L1624052）；流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金（SKL2018CG04）

趙 陽(yáng)，高級(jí)工程師，博士，主要從事流域生態(tài)水文過(guò)程與模擬研究。Email：zhaoyang1224@163.com

趙 陽(yáng)，胡春宏，張曉明，王友勝，成 晨，殷小琳，謝 敏.近70年黃河流域水沙情勢(shì)及其成因分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(21)：112－119. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.014 http://www.tcsae.org

Zhao Yang, Hu Chunhong, Zhang Xiaoming, Wang Yousheng, Cheng Chen, Yin Xiaolin, Xie Min. Analysis on runoff and sediment regimes and its causes of the Yellow River in recent 70 years[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 112－119. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.014 http://www.tcsae.org