皇甫川流域1955-2013年水沙變化趨勢(shì)與周期特征

魏艷紅, 焦菊英,2

(1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

皇甫川流域1955-2013年水沙變化趨勢(shì)與周期特征

魏艷紅1, 焦菊英1,2

(1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

為揭示黃河流域重要的產(chǎn)沙支流皇甫川在新時(shí)期水沙如何變化，采用Mann-Kendall檢驗(yàn)、Pettitt檢驗(yàn)及Morlet小波變換，分析了皇甫川流域1955—2013年水沙變化的趨勢(shì)、突變和周期變化特征。結(jié)果表明：在99%顯著性水平下，皇甫川流域的年徑流量和輸沙量均呈顯著減少趨勢(shì)，且徑流量的減少大于輸沙量的減少，進(jìn)入21世紀(jì)以來，水沙年際變異更為顯著；徑流量、輸沙量序列一級(jí)突變點(diǎn)均發(fā)生在1984年，二級(jí)突變點(diǎn)有所不同，年輸沙量序列突變時(shí)間(2003年)晚于年徑流量序列突變的時(shí)間(1998年)；水沙演化過程中均存在4個(gè)尺度的周期變化，分別為22～32，13～21，7～12，3～6 a和23～32，13～22，7～12，3～6 a；在徑流量和輸沙量整體減少的趨勢(shì)下，2011—2020年徑流量將處于相對(duì)偏豐階段，而輸沙量在2013—2018年將處于相對(duì)偏多沙時(shí)期。研究表明，皇甫川流域徑流量和輸沙量的減少是氣候的暖干化和漸強(qiáng)的人類活動(dòng)綜合作用的結(jié)果，而大規(guī)模的水土保持措施是水沙減少的重要影響因素。

水沙變化; 周期變化; Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn); Pettitt突變檢驗(yàn); Morlet小波變換

黃河中游河口鎮(zhèn)—龍門區(qū)間(簡(jiǎn)稱河龍區(qū)間)流域面積11.4萬km2，占黃河流域總面積的15.1%，產(chǎn)流量不足全流域的14%，但產(chǎn)沙量卻占到60%以上[1]。其中位于河龍區(qū)間、涇河支流馬蓮河上游和北洛河上游的多沙粗沙區(qū)，面積7.86萬km2，是黃河主要的產(chǎn)沙區(qū)[2]。黃河多沙粗沙區(qū)的一級(jí)支流皇甫川，流域面積0.32萬km2，其多年平均(1970—1995年)粗沙量占到河龍區(qū)間粗沙量的14.8%[3]。因此，皇甫川不僅是黃河泥沙的重要來源支流之一，也是水土保持治理的重點(diǎn)區(qū)域之一。目前，關(guān)于該流域的研究主要集中于水沙變化[3-5]、土壤侵蝕[6-7]、水土保持[8-9]和土地利用變化[7,10-11]等方面。隨著氣候變化和人類活動(dòng)的影響，皇甫川流域徑流與輸沙在多年變化中均呈明顯減少趨勢(shì)[4,12]，尤其在20世紀(jì)80年代之后，減少更加顯著[5]。人類活動(dòng)對(duì)該流域水沙變化的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)因素，約為70%，而降水所占比例為30%左右[5]。其中皇甫川流域水土保持措施減沙量占黃河下游減淤量的16%[3]，這對(duì)黃河下游水沙情勢(shì)的改變具有重要指示意義。同時(shí)，近年來黃河水沙的新變化再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，潼關(guān)站年均徑流量和輸沙量已由20世紀(jì)70年代前的441.7億m3，16億t分別銳減到2000—2010年的215.3億m3，3.03億t。那么，作為黃河流域重要的產(chǎn)沙支流皇甫川，在新時(shí)期水沙如何變化，將對(duì)以后黃河流域的治理開發(fā)和黃土高原水土保持措施的合理配置提供參考價(jià)值。因此本文以皇甫川流域?yàn)槔?，?duì)其近60 a來的水沙變化特點(diǎn)、變化趨勢(shì)和周期變化特征進(jìn)行分析，旨在為流域未來水資源的開發(fā)利用和管理以及黃河干流水沙銳減的原因提供指導(dǎo)作用和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

皇甫川(110°20′-111°15′E，39°12′-39°59′N)位于黃土高原與荒漠草原的過渡地帶，是黃河中游右岸的一級(jí)支流，流經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗，在陜西省府谷縣巴兔坪匯入黃河，干流長(zhǎng)137 km，流域面積3 246 km2。皇甫川流域出口的皇甫水文站控制面積3 175 km2，1954年開始監(jiān)測(cè)?；矢Υ饔蛩抵饕筛闪骷{林川和支流十里長(zhǎng)川組成。該流域由于地勢(shì)高差較大和暴雨侵蝕強(qiáng)烈使得流域水系充分發(fā)育，加之人為水土流失的加速，形成了梁峁窄小、溝壑眾多、地形破碎的丘陵溝壑地貌[13]。流域地處內(nèi)陸，屬大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫9.1℃；降水的年際和年內(nèi)變率大，年內(nèi)降水集中于6—9月，占全年的80%以上[14]。由于氣候變化和人類砍伐，該流域天然疏林及灌木草原基本消失，原生草地植被因清末以來農(nóng)墾的擴(kuò)張被人工植被或次生草地植被所代替[15]?；矢Υ饔蚴堑湫偷霓r(nóng)牧交錯(cuò)帶，土地利用形成了以草地為主、耕地和林地零星分布以及侵蝕溝網(wǎng)嵌套的格局[10]。皇甫川流域土壤主要以砒砂巖、風(fēng)沙土和黃土為母質(zhì)，土壤侵蝕類型可劃分為砒砂巖丘陵溝壑區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)和沙化黃土丘陵溝壑區(qū)3類，其中砒砂巖丘陵溝壑區(qū)是黃河粗泥沙的主要來源地之一[16]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)皇甫川流域皇甫水文站1955—2013年的徑流泥沙數(shù)據(jù)，分析皇甫川流域水沙變化趨勢(shì)與周期變化特征。其中1955—1989年資料來源于黃河流域水文年鑒，1990—2013年的資料來源于黃河泥沙公報(bào)。

2.2 研究方法

應(yīng)用變差系數(shù)(Cv)與年際極值比來說明水沙年際變化特征。變差系數(shù)Cv可反映徑流、輸沙年內(nèi)變化的不均勻性，Cv<0.1表示相對(duì)穩(wěn)定，0.1≤Cv≤1表示中度變異，Cv>1表示變異強(qiáng)烈[17]。Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)Z值為正表示增加趨勢(shì)，為負(fù)表示減少趨勢(shì)。|Z|≥1.28，1.64，2.32時(shí)表示分別通過了置信度為90%，95%，99%顯著性檢驗(yàn)。

長(zhǎng)時(shí)間序列水文要素變化趨勢(shì)的分析采用FAO推薦的Mann-Kendall檢驗(yàn)。水沙突變點(diǎn)分析應(yīng)用Pettitt非參數(shù)檢驗(yàn)方法，首先找出整個(gè)時(shí)間序列(1955—2013年)的一級(jí)突變點(diǎn)，然后根據(jù)一級(jí)突變點(diǎn)將時(shí)間序列劃分為前后兩個(gè)時(shí)段，再分別對(duì)前后時(shí)段樣本做Pettitt檢驗(yàn)，得出二級(jí)突變點(diǎn)，進(jìn)而計(jì)算出各時(shí)段的所有突變點(diǎn)，直到各序列均沒有突變點(diǎn)出現(xiàn)。

應(yīng)用Morlet小波變換來分析皇甫川流域不同時(shí)間尺度下徑流和輸沙的周期變化、分布特征及未來變化趨勢(shì)。小波系數(shù)實(shí)部等值線圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為時(shí)間尺度，等值線為小波系數(shù)實(shí)部值，正值代表豐水期或多沙期，用實(shí)線繪出，“H”表示；負(fù)值表示枯水期或少沙期，用虛線繪出，“L”表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 皇甫川流域水沙變化趨勢(shì)分析

近60 a來，皇甫川流域徑流量和輸沙量變化線性趨勢(shì)和特征如圖1，表1所示。年徑流量和輸沙量呈顯著減少趨勢(shì)，1955—2013年徑流量和輸沙量平均值分別為1.229億m3，0.391億t；除60年代外，其余各年代徑流量和輸沙量呈逐年代減少趨勢(shì)，分別由1955—1959年的最大值2.169億m3，0.742億t減少至2000—2013年的最小值0.367億m3，0.086億t。

圖1皇甫川流域1955-2013年徑流量和輸沙量變化趨勢(shì)

皇甫川1955—2013年徑流和輸沙變差系數(shù)和極值比分別為0.82，1.03，120.11，295.85，表明皇甫川流域徑流量和輸沙量年際變異較大。徑流變差系數(shù)在1955—1999年基本穩(wěn)定，Cv值范圍為0.59～0.63；2000—2013年Cv值增大到0.93，表明進(jìn)入21世紀(jì)以來徑流分布極不均勻。除70，80年代外，徑流極值比在1955—2013年持續(xù)增大，表明年際變化也越來越大。輸沙變差系數(shù)除70年代基本接近外，其余均大于同期徑流變差系數(shù)，1955—1999年Cv值為0.61～0.90，2000—2013年Cv值達(dá)到最大值1.11，該時(shí)段輸沙變異強(qiáng)烈。輸沙極值比呈增大—減小—增大趨勢(shì)，年際變化反復(fù)且不均勻。進(jìn)入21世紀(jì)以來，水沙年際變異顯著。

表1 皇甫川徑流輸沙年際變化特征值

注：Cv表示變差系數(shù)，K表示極值比。

在99%顯著性水平下，徑流量和輸沙量Z值均為負(fù)數(shù)，由此可知皇甫川流域的年徑流量(Z=-5.01)和年輸沙量(Z=-4.55)均呈顯著減少趨勢(shì)，Sen′s斜率值(β)表明徑流量(β=-0.03)的減少大于輸沙量(β=-0.01)的減少(表2)。

表2 皇甫川流域徑流量和輸沙量趨勢(shì)分析

3.2 皇甫川流域水沙突變特征

從圖2—3中可以看出，皇甫川流域1955—2013年徑流量和輸沙量一級(jí)突變點(diǎn)均出現(xiàn)在1984年，顯著性水平為0.05。以一級(jí)突變點(diǎn)1984年為界，將整個(gè)研究時(shí)段劃分為前后兩個(gè)階段，第一階段(1955—1984年)徑流量和輸沙量序列均沒有發(fā)生突變；第二階段(1985—2013年)，在0.05顯著性水平下，徑流量突變點(diǎn)在1998年，而輸沙量突變點(diǎn)在2003年。由此可知，皇甫川流域水沙序列一級(jí)突變點(diǎn)均出現(xiàn)在1984年，二級(jí)突變點(diǎn)有所不同，輸沙量序列突變時(shí)間(2003年)晚于徑流量序列突變的時(shí)間(1998年)。

圖2皇甫川流域徑流量Pettitt檢驗(yàn)

3.3 皇甫川流域水沙周期變化特征

從圖4A可以看出，皇甫川流域徑流演化過程中存在多時(shí)間尺度特征，從上往下出現(xiàn)了22～32，13～21，7～12，3～6 a共4個(gè)尺度的周期變化。對(duì)應(yīng)于圖5A徑流小波方差圖中的4個(gè)較為明顯的峰值，從大到小分別是29，15，4，9 a的時(shí)間尺度，是徑流演化過程中存在的主周期。

圖3皇甫川流域輸沙量Pettitt檢驗(yàn)

在22～32 a尺度上，出現(xiàn)了豐—枯交替的準(zhǔn)3次震蕩，尺度中心在整個(gè)時(shí)段上約是以29 a為中心的周期變化，對(duì)應(yīng)著徑流小波方差第一峰值29 a時(shí)間尺度，是徑流變化的第一主周期。在13～21 a尺度上，出現(xiàn)了豐—枯交替的準(zhǔn)6次震蕩，尺度中心在整個(gè)時(shí)段上是約以15 a為中心的周期變化，第二峰值15 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第二主周期。在7～12 a尺度上，出現(xiàn)了枯—豐交替的準(zhǔn)8次震蕩，僅在90年代中期前表現(xiàn)為約以9 a為尺度中心的周期變化，第四峰值9 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第四主周期。在3～6 a尺度上，僅在80年代中期前表現(xiàn)為約以4 a為尺度中心的周期變化，第三峰值4 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第三主周期。

根據(jù)徑流小波方差檢驗(yàn)的結(jié)果，繪制了徑流第一主周期趨勢(shì)圖(圖6A)。在第一主周期29 a尺度上，年徑流變化的平均周期為10.5 a左右，在1955—1964年、1974—1983年和1993—2001年處于豐水期，而在1965—1973年、1984—1992年和2002—2010年處于枯水期。

輸沙演變過程中也存在著23～32，13～22，7～12，3～6 a共4個(gè)尺度的周期變化(圖4B)。其中，具有全域性的23～32 a和13～22 a時(shí)間尺度，分別出現(xiàn)了豐—枯交替的準(zhǔn)3次和準(zhǔn)5次震蕩，尺度中心在整個(gè)時(shí)段上分別是約以28 a和16 a為中心的周期變化，依次對(duì)應(yīng)著第四和第一主周期(圖5B)。具有局部性的7～12 a和3～6 a尺度，分別僅在90年代中期前和80年代中期前是約以10 a和4 a為中心的周期變化，依次對(duì)應(yīng)著第三和第二主周期。圖6B中第一主周期16 a尺度上，年輸沙變化的平均周期約為6.5 a左右，在1955—1961年、1967—1972年、1978—1982年、1988—1992年和1999—2006年處于多沙期，而在1962—1966年、1973—1977年、1983—1987年、1993—1998年和2007—2012年處于少沙期。

圖4皇甫川流域1955-2013年水沙小波系數(shù)實(shí)部等值線

總體而言，上述4個(gè)尺度的周期波動(dòng)控制著流域水沙在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。前兩個(gè)尺度的周期變化在整個(gè)分析時(shí)段表現(xiàn)非常穩(wěn)定，具有全域性，后兩個(gè)尺度的周期變化在80，90年代中期前局部穩(wěn)定。通過分析皇甫川流域水沙第一主周期趨勢(shì)圖，可知在徑流量和輸沙量整體減少的趨勢(shì)下，2011—2020年徑流量將處于相對(duì)偏豐階段，輸沙量在2013—2018年將處于相對(duì)偏多沙時(shí)期。隨時(shí)間的推移，水沙小波系數(shù)波動(dòng)振幅減小，徑流量和輸沙量周期變化趨于不明顯，說明今后一段時(shí)期內(nèi)水沙進(jìn)一步減少的趨勢(shì)仍將繼續(xù)。

圖5皇甫川流域1955-2013年水沙小波方差

圖6皇甫川流域1955-2013年水沙第一主周期趨勢(shì)

4 討 論

4.1 氣候變化對(duì)皇甫川水沙變化的影響

皇甫川流域地處溫帶半干旱區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，對(duì)氣候變化十分敏感。研究表明皇甫川流域年降雨有下降趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)不明顯，而年均氣溫顯著上升，近40 a來升高了0.4℃，是影響徑流量減少的主要?dú)夂蛞蜃覽13,18-19]?？梢?，皇甫川流域氣候的暖干化趨勢(shì)明顯，這將對(duì)流域水沙的演變趨勢(shì)產(chǎn)生重要影響。趙廣舉等[5]的研究表明，皇甫川降水量變化對(duì)徑流量的貢獻(xiàn)率為25.8%，對(duì)輸沙量的貢獻(xiàn)率為32.3%；類似的，王隨繼等[20]的研究明確了降水量變化對(duì)皇甫川徑流減少的相對(duì)貢獻(xiàn)率在1980—1997年為36.43%，在1998—2008年為16.81%。另外，其他一些相關(guān)研究應(yīng)用水文法計(jì)算了不同年代降雨量減少對(duì)水沙變化的影響。其中，王金花等[8]的研究表明皇甫川流域降雨量變化占減沙量的比例在1970—1979年、1980—1989年、1990—1996年和1997—2006年分別為33.3%，85.8%，4.3%和44.1%。而王正文等[21]的研究分析了降雨量變化對(duì)徑流量和輸沙量的影響，減水減沙比在80年代和90年代分別為：51.6%，31.0%和40.7%，46.0%。以上各研究表明皇甫川流域氣候的暖干化是水沙減少的重要原因。

4.2 人類活動(dòng)對(duì)皇甫川水沙變化的影響

皇甫川是黃河中游的一條多沙粗沙支流，20世紀(jì)50年代治理初期，流域僅建成淤地壩3座，淤積庫(kù)容83萬m3；70年代后被列為重點(diǎn)治理流域之一，建成淤地壩80座，淤積庫(kù)容3 102萬m3，壩地發(fā)展較快(表3)；1983年被列入全國(guó)八片水土保持重點(diǎn)治理區(qū)之一，開展綜合治理[9]，第一期工程治理重點(diǎn)小流域46條，林草面積快速增加，流域的水土保持綜合治理是水沙一級(jí)突變點(diǎn)產(chǎn)生的主要影響因素之一，也是3～6 a尺度周期變化在80年代中期前表現(xiàn)穩(wěn)定的重要原因。第二期工程于1993年開始實(shí)施，重點(diǎn)治理了32條小流域，各類水保措施面積平穩(wěn)增加，至1997年底流域治理度已達(dá)28.2%[22]，二期治理導(dǎo)致了流域徑流的二級(jí)突變，使得7～12 a尺度周期變化在90年代中期前表現(xiàn)穩(wěn)定；隨著2003年淤地壩作為水利“亮點(diǎn)”工程，加之前期二期工程治理的顯著成效，兩者共同作用下引起了流域輸沙二級(jí)突變的發(fā)生。表3為2009年淤地壩安全大檢查皇甫川流域淤地壩建設(shè)發(fā)展的基本情況，截至2008年底，皇甫川流域共建淤地壩507座，總庫(kù)容4.38億m3，淤積庫(kù)容1.44億m3。王向東等[23]的研究表明，皇甫川長(zhǎng)灘流域及皇甫區(qū)間進(jìn)入70年代以來，水土保持工程起了較高的減水減沙作用。從1987—2011年，皇甫川流域土地利用變化劇烈，土地利用類型以草地和灌叢為主，建設(shè)用地、林地面積逐漸增加，水體面積逐漸減少[24]。自80年代以來，皇甫川流域淤地壩建設(shè)的快速發(fā)展以及林灌草措施的大力跟進(jìn)，這些都在很大程度上改變著流域的水沙狀況。王隨繼等[20]的研究表明人類活動(dòng)對(duì)皇甫川流域徑流量減少的相對(duì)貢獻(xiàn)率在1980—1997年和1998—2008年分別為63.57%，83.19%。同樣的，趙廣舉等[5]的研究則分析了皇甫川流域人類活動(dòng)對(duì)徑流量和輸沙量減少的貢獻(xiàn)率分別為74.2%，67.7%。以上研究均表明人類活動(dòng)已經(jīng)成為皇甫川流域徑流量和輸沙量減少的主要原因。

表3 皇甫川流域不同時(shí)期淤地壩的建設(shè)與發(fā)展

5 結(jié) 論

(1) 在99%顯著性水平下，皇甫川流域的年徑流量(Z=-5.01)和年輸沙量(Z=-4.55)均呈顯著減少趨勢(shì)，且徑流量的減少大于輸沙量的減少。

(2) 皇甫川1955—2013年徑流和輸沙變差系數(shù)和極值比分別為0.82，1.03，120.11，295.85，表明皇甫川流域徑流和輸沙年際變化較大。

(3) 皇甫川流域徑流、輸沙序列一級(jí)突變點(diǎn)均發(fā)生在1984年，而二級(jí)突變點(diǎn)有所不同，分別是1998年和2003年。

(4) 徑流、輸沙演化過程中均存在4個(gè)尺度的周期變化，分別為22～32，13～21，7～12，3～6 a和23～32，13～22，7～12，3～6 a。徑流和輸沙第一主周期分別為29 a和16 a時(shí)間尺度；年徑流和輸沙變化的平均周期分別為10.5 a和6.5 a左右；在徑流量和輸沙量整體減少的趨勢(shì)下，2011—2020年徑流量將處于相對(duì)偏豐階段，而輸沙量在2013—2018年將處于相對(duì)偏多沙時(shí)期。

(5) 皇甫川流域徑流量和輸沙量的減少是氣候的暖干化和漸強(qiáng)的人類活動(dòng)綜合作用的結(jié)果，而大規(guī)模的水土保持措施是水沙減少的重要影響因素。

[1] 姚文藝,冉大川,陳江南.黃河流域近期水沙變化及其趨勢(shì)預(yù)測(cè)[J].水科學(xué)進(jìn)展,2013,24(5):607-616.

[2] 許炯心.黃河中游多沙粗沙區(qū)1997—2007年的水沙變化趨勢(shì)及其成因[J].水土保持學(xué)報(bào),2010,24(1):1-7.

[3] 冉大川,高健翎,趙安成,等.皇甫川流域水沙特性分析及其治理對(duì)策[J].水利學(xué)報(bào),2003(2):122-128.

[4] 王小軍,蔡煥杰,張?chǎng)?等.皇甫川流域水沙變化特點(diǎn)及其趨勢(shì)分析[J].水土保持研究,2009,16(1):222-226.

[5] 趙廣舉,穆興民,溫仲明,等.皇甫川流域降水和人類活動(dòng)對(duì)水沙變化的定量分析[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2013,11(4):1-8.

[6] 張平倉(cāng),劉玉民,張仲子.皇甫川流域侵蝕產(chǎn)沙特征及成因分析[J].水土保持通報(bào),1992,12(2):15-24.

[7] 喻鋒,李曉兵,陳云浩,等.皇甫川流域土地利用變化與土壤侵蝕評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(6):1947-1956.

[8] 王金花,張勝利,孫維營(yíng),等.皇甫川流域近期水土保持措施減沙效益分析[J].中國(guó)水土保持,2011(3):57-60.

[9] 朱岐武,樊萬輝,茹玉英,等.皇甫川流域水土保持措施減水減沙分析[J].人民黃河,2003,25(9):26-27.

[10] 喻鋒,李曉兵,王宏,等.皇甫川流域土地利用變化與生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].地理學(xué)報(bào),2006,61(6):645-653.

[11] 張程,李曉兵,張立,等.皇甫川流域土地利用/覆蓋變化對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,45(4):399-403.

[12] 趙梅,劉玉斗,崔殿河.皇甫川流域水文情況分析[J].東北水利水電,2015,33(5):41-42.

[13] 高清竹,江源,李立業(yè).黃河中游砒砂巖地區(qū)皇甫川流域氣候變化特征分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2005,19(1):116-121.

[14] 李世全,楊建虎,李小冰.皇甫川流域徑流變化規(guī)律研究[J].地下水,2012,34(4):103-105.

[15] 金爭(zhēng)平,史培軍,侯福昌.黃河皇甫川流域土壤侵蝕系統(tǒng)模型和治理模式[M].北京:海洋出版社,1992.

[16] 葉浩,石建省,侯宏冰,等.內(nèi)蒙古南部砒砂巖巖性特征對(duì)重力侵蝕的影響[J].干旱區(qū)研究,2008,25(3):402-405.

[17] Miao C Y, Ni J R. Variation of natural streamflow since 1470 in the Middle Yellow River, China[J]. International journal of environmental research and public health, 2009, 6(11): 2849-2864.

[18] 邵廣文,管儀慶,管章岑,等.皇甫川徑流變化趨勢(shì)及成因分析[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2014,25(3):53-56.

[19] 孫特生,李波,張新時(shí).皇甫川流域氣候變化特征及其生態(tài)效應(yīng)分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2012,26(9):1-7.

[20] 王隨繼,閆云霞,顏明,等.皇甫川流域降水和人類活動(dòng)對(duì)徑流量變化的貢獻(xiàn)率分析:累積量斜率變化率比較方法的提出及應(yīng)用[J].地理學(xué)報(bào),2012,67(3):388-397.

[21] 王正文,韓學(xué)士,趙昕,等.皇甫川流域水沙變化原因分析[J].中國(guó)水土保持,2000(5):21-22.

[22] 慕星,張曉明.皇甫川流域水沙變化及驅(qū)動(dòng)因素分析[J].干旱區(qū)研究,2013,30(5):933-939.

[23] 王向東,謝樹南,陳海遲.皇甫川流域產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)學(xué)模型及水沙變化原因分析[J].泥沙研究,1999(5):56-66.

[24] 許吉仁,董霽紅,楊宏兵.近25年來中國(guó)典型溫帶草原系統(tǒng)土地覆被變化及NPP響應(yīng):以皇甫川流域?yàn)槔齕J].國(guó)土資源遙感,2015,27(2):118-125.

VariationTendencyandPeriodicCharacteristicsofStreamflowandSedimentDischargeinHuangfuchuanWatershedfrom1955to2013

WEI Yanhong1, JIAO Juying1,2

(1.InstituteofSoilandWaterConservation,CAS&MWR,Yangling,Shaanxi712100,China;2.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

To reveal how streamflow and sediment discharge change in the new period of importance producing sediment of Huangfuchuan Watershed, the tributary of Yellow River. The Mann-Kendall test, Pettitt′s test and wavelet transform were applied to detect the trends, abrupt changes and periodical variation of streamflow and sediment discharge from 1955 to 2013 in the Huangfuchuan Watershed. The results showed that significant reductions in both streamflow (Z=-5.01) and sediment discharge (Z=-4.55) were detected with a significance level of 99%, as well as the reduction of streamflow (β=-0.03) was greater than sediment discharge (β=-0.01). Especially in the 21st century, the interannual variability of streamflow and sediment discharge was more significant. The first abrupt change points of both annual streamflow and sediment discharge appeared in 1984, while the second abrupt change points of these were not in the same year, for sediment discharge in 2003 later than streamflow in 1998. The periodic variation of streamflow and sediment discharge had four scales, there were 22～32 years, 13～21 years, 7～12 years, 3～6 years scales and 23～32 years, 13～22 years, 7～12 years, 3～6 years scales. As the amounts of streamflow and sediment discharge reducing as a whole, the streamflow would be in the wet period in 2011—2020, while the sediment discharge would be in the high sediment in 2013—2018. The research results showed that the decrease in the streamflow and sediment discharge in Huangfuchuan Watershed was the result of the combination with warming and drying climate and intensive human activities. However, a series of large-scale soil and water conservation measures were the vital factors leading to significant reduction in streamflow and sediment discharge in Huangfuchuan Watershed.

variation in streamflow and sediment discharge; periodical variation; Mann-Kendall trend test; Pettitt abrupt change test; Morlet wavelet transform

2016-05-17

：2016-06-23

中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目“黃土高原及周邊沙地近代生態(tài)環(huán)境的演變與可持續(xù)性”子課題“不同區(qū)域典型支流水沙變化對(duì)壩庫(kù)工程的響應(yīng)”(KZZD-EW-04-03-04)

魏艷紅(1988—),女,甘肅白銀人,博士研究生,研究方向?yàn)榱饔蛩倪^程與水土保持。E-mail:yhweigo@163.com

焦菊英(1965—),女,陜西寶雞人,博士,研究員,主要從事流域侵蝕產(chǎn)沙、土壤侵蝕與植被關(guān)系及水土保持效益評(píng)價(jià)研究。E-mail:jyjiao@ms.iswc.ac.cn

P343.1;P332.4;P332.5

：A

：1005-3409(2017)03-0001-06