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黄河中游的黄土高原是世界上土壤侵蚀最严重的地区之一。严重的水土流失不仅使当地的生态环境恶化,也使黄河下游泥沙量增加,严重影响下游地区的生态安全。为遏制水土流失,提高降水利用效率,从上世纪50年代起,我国在黄土高原开展了大规模的水土保持工作,这些水保措施的实施减少了入黄泥沙量,同时也对河川径流产生了很大的影响。本文以黄土高原丘陵沟壑区的10条流域为研究对象,通过对比分析,研究了河川径流及其组分对水土保持措施的时间响应特征和流域间的差异性。研究结果对黄土高原生态恢复、水保设施布设、黄河水资源安全等实际问题,都有指导和借鉴意义。本研究的主要结论如下:
(1)比较分析了三种自动基流分割方法PART法、滤波法、滑动最小值法在黄土高原丘陵沟壑区的适用性,从分割后基流指数的稳定性及基流过程的合理性,认为滤波法适合本区基流分割。
(2)研究区内基流占总径流量的比重较大,近50年平均基流指数在37％-64％之间。受水土保持措施的影响,研究区河流基流量随时间呈明显的下降趋势,基流指数则随时间呈现出阶段性增加趋势。基流的年内分配受融雪及降雨等气候因素的影响呈现出3月、8月两个高峰。在大规模水上保持活动影响下,月基流量在各年代间表现出减少趋势,且以夏、秋季变化最为明显。
(3)以芦河为例定量分析了水土保持措施对径流的影响程度。相对于治理前,芦河流域年总径流、年地表径流及年基流量分别减少60％、66％和56％,水土保持措施对芦河流域年总径流、年地表径流减少的影响比例分别为81％和89％。水土保持措施的实施削减了洪峰流量,使径流的月变化更为平稳,径流过程也趋于均匀化。
(4)应用小波方法分析了黄土丘陵沟壑区河川径流的时间变化规律及其影响因素。结果表明,通过db3小波趋势分析表明,流域年降水及年总径流、地表径流、基流都有不同程度的下降趋势,径流下降趋势更明显。运用Morlet小波对流域水文序列进行多时间尺度分析,认为流域降水、总径流及径流组分都存在显著的周期性,周期集中在30-31a、21-26a、9-14a、3-4a等时间尺度附近,降水序列与径流序列主导周期的不同,径流序列的局域性周期变化特征表现出水土保持措施实施的影响。
(5)受水土保持治理开始的时间、措施的空间配置、治理面积和流域下垫面等因素的影响,不同流域径流对水土保持措施的响应存在很大的差异,年总径流及地表径流的相对减少量范围分别在7％-51％、6％-50％之间。但在黄土丘陵区水土保持拦蓄的地表径流均不能对流域地下径流产生补偿效应。
(6)通过分析不同流域径流系数的变化初步探讨了流域面积大小对径流效应的影响,结果表明,径流系数在不同尺度的流域上对流域面积的响应不同,受水土保持措施影响后径流系数的变化主要受治理程度的影响,与流域面积的关系不明显。