水沙与植被变化专题进展报告_温仲明

不同区域典型支流水沙变化对退耕还林等坡面工程的响应

2013年进展报告

专题负责人：温仲明

2013年12月16日

报告摘要

根据专题任务与目标，本年度开展的工作主要有：收集整理了延河流域与皇甫川流域的径流、泥沙、气象、影像、数字地形等基础数据；完成了两个典型流域的土地利用变化分析；分析了53年来黄土高原降雨及极端事件时空变化，并重点分析了极端降雨的时空变化；比较了森林/非森林流域径流稳定性及演变趋势对比分析；基于MMF模型，完成了径流与泥沙模拟需要的参数率定，对延河流域的径流产沙进行了模拟；采用野外量测的方法，调查延河流域暴雨集中区不同植被覆盖下的土壤侵蚀产沙情况。

在上述调查研究的基础上，本年度取得的主要进展有：1）延河流域的植被覆盖变化较大，林地覆盖率逐步增加，在2000年后，林草植被覆盖增加显著，而耕地比例则从1978年的66.82%降低至2000年的30.84%，再降低至2010年的16.05%；皇甫川流域的土地利用格局总体上以草地为主，且多年来的耕地、林地及草地面积比例变化较小；2）黄土高原区域年降雨量呈不显著减少趋势，同时降雨量带南移，雨季稍有推迟，尤其是暴雨、大暴雨事件重现期延长；3）林区流域和非林区流域径流量年际尺度分布表现出一致的强变异性，年内分布均为双峰型特征，但林区流域峰型平缓，非林区流域峰型陡峭；无论径流过程或径流量年变化，林区稳定性要明显优于非林区流域；4）MMF模型对径流的模拟精度要显著高于对泥沙的模拟精度，可能的原因，是MMF模型没有考虑淤地坝对泥沙的淤积过程；5）在暴雨集中区，坡耕地的土壤侵蚀量最大，大概是果园地的2倍，草地的4倍，而林草地几乎没有侵蚀；就不同植被结构而言，土壤侵蚀量分别是草本结构＞灌草结构＞乔草结构＞乔灌草结构，具有良好结构的乔灌草群落在本次暴雨中的土壤侵蚀量微弱，大多数并没有侵蚀发生；调查还表明，在植被覆盖大于60%时，土壤侵蚀量渐趋稳定，并且土壤侵蚀微弱，与前人径流小区或观测小区得到的结果一致。专题在上述研究的基础上，发表论文6篇。

报告正文

一、研究内容与目标

根据项目任务，本专题的主要任务是：

1）了解黄土高原退耕还林（草）工程及生物措施历史演变及现状；

2）退耕还林（草）等生物措施蓄水拦沙的机理及其尺度效应；

3）不同区域典型支流水沙突变对退耕还林（草）工程的响应。

专题的研究目标有：

（1）实现小区及流域尺度植被减水减沙效益评估及尺度转换；

（2）阐明植被减水减沙机理及流域尺度植被对减水减沙的贡献

（3）评价退耕还林（草）工程对黄河水沙变化的贡献

（4）发表论文3-5篇，其中SCI论文1-2篇

二、本年度开展工作情况

根据课题任务要求，本年度开展的主要工作有以下几个方面：

1、收集研究区的泥沙水文、数字地形、遥感影像等基础数据，并对遥感影像进行解译，获取典型流域多年来的土地利用变化尤其是植被覆盖变化数据信息，退耕以来的植被覆被变化过程。

2、分析了53年来黄土高原降雨及极端事件时空变化，了解黄土高原降雨的变化及其空间差异，并重点分析了极端降雨的时空变化。

3、选择森林区、费森林区的典型流域，开展了森林/非森林流域径流稳定性及演变趋势对比分析，了解不同区域的典型流域的径流变化趋势，以为了解植被变化对径流的影响提供依据。

4、采用MMF模型，结合延河流域已经开展的工作，率定了模型需要的参数，模拟了延河流域植被减水减沙变化。

5、针对延安地区2013年度暴雨频发情景，组织调查了暴雨发生集中区不同植被类型下的土壤侵蚀调查，了解不同植被覆盖状况下的侵蚀产沙情况。

三、年度研究进展

1、数据收集

本研究选择的典型流域分别为皇甫川流域和延河流域，其中皇甫川流域干流长137km，流域面积3246 km2，地处黄土高原与鄂尔多斯高原的交接地带，属于水蚀风蚀过渡区，是黄河粗泥沙产区及泥沙来源的主要地区。按不同地表物质分布和侵蚀差异可将流域划分为黄土丘陵沟壑区、沙土丘陵沟壑区、砒砂岩丘陵沟壑区。而延河流域全长286.9 km ,流域面积7725km2 ,是黄河右岸、中游区上段的河口镇至龙门段的一级支流。流域内黄土丘陵沟壑面积占全流域的90% ,其中延长以上为黄土梁峁状丘陵沟谷区,安塞—延长之间沿河一带为

河阶地,延长以下为黄土宽梁残塬沟谷区,流域出口处为黄土覆盖石质丘陵沟谷区。两个典型流域在黄土高原水系中的具体位臵如下图所示：

图1、典型流域在黄土高原水系中的位置

根据任务需要，本年度从不同途径，收集整理两个典型流域的泥沙水文、气候、数字地形及遥感影像等数据，具体数据信息为：

①延河流域

遥感影像: 1978(MSS),1990-2012(TM)

DEM:5m/25m

气象数据：1960s-2010

径流泥沙：1970-2010

②皇甫川流域

遥感影像: 1978(MSS),1990-2012(TM)

DEM: 5m/25m

气象数据：1954或1985-2009

径流泥沙：1965-2010

2、分析了典型流域植被覆被变化

基于遥感影像，结合地面调查，解译获取了两个典型流域的土地利用变化信息，并重点分析了两个典型流域的植被覆盖变化情况（图2、图3）。

表1 延河流域耕地及林草植被变化

根据图2及表2，延河流域的植被覆盖变化较大，林地覆盖率逐步增加，在2000年后，林草植被覆盖增加显著，而耕地比例则从1978年的66.82%降低至2000年的30.84%，再降低至2010年的16.05%。

表2 皇甫川流域耕地及林草植被变化

根据图3及表2，皇甫川流域的土地利用格局总体上以草地为主，且多年来的耕地、林地及草地面积比例变化较小。

3．53年来黄土高原降雨及极端事件时空变化

对黄土高原区域53年来降雨等值线及暴雨发生频率进行分析，结果表明，黄土高原区域年降雨量呈不显著减少趋势，同时降雨量带南移，雨季稍有推迟，尤其是暴雨、大暴雨事件重现期延长（图4）。

区域间对全球气候变化的响应差异较大。西北部年、季降雨量呈微弱增加趋势，降雨量带移动不显著，极端降雨事件呈明显减少趋势。东南部，年、季降雨量呈较严重的减少趋势，