河龙区间水库淤积特征及其对入黄泥沙的影响

水库泥沙淤积问题影响水库经济和生态效益的发挥，因此研究水库淤积问题具有重要的实际应用价值。近年来，黄河泥沙锐减引起社会公众的广泛关注，相继开展了各类水保措施减水减沙的研究，如淤地坝、梯田、林草地及气候变化在入黄泥沙中的贡献与比例，旨在探讨入黄泥沙减少的根本原因与机理，而水库泥沙淤积问题的研究相对较少，尤其针对一个区域水库的淤积问题以及无监测资料水库淤积量估算研究更少。本文应用Mann-Kendall检验方法、双累积曲线法、线性回归法等多种数理统计方法，对河龙区间径流输沙量以及水库淤积量进行研究，分析径流量、输沙量的变化规律和水库的淤积规律;计算人类活动的减水减沙量;估算水库的总淤积量，以此为基础定量评价水库淤积在入黄减沙中的影响。以期为区域水库高效利用、黄河流域水沙综合治理提供科学依据，具有重要的科学意义。得出的主要结论有:(1)河龙区间年降雨量从1957年至2012年整体呈现缓慢下降趋势，降雨量平均每年下降1.38mm，空间上分布特点为从东南到西北逐渐降低;1950-2012年河龙区间径流量和输沙量整体均呈现降低趋势，每年分别减少约0.99×108m3和0.17×108t;河龙区间径流量和输沙量降低趋势在70年代和90年代均出现突变，即这两个时间点上，两者的下降趋势明显增强。(2)河龙区间径流量在年内主要集中在7-10月，各支流径流量的变化整体呈现下降趋势，其中单位面积径流量下降最大的是窟野河，为6.18×104 m3/km2·a，而最小值出现在延河流域，为3.41×104m3/km2·a;输沙量年内集中分布在7-10月，四个月的总输沙量占全年总输沙量的一半以上，各支流输沙量的变化整体呈现下降趋势，其中单位面积输沙量下降最大的是皇甫川，为1.27×104t/km2·a，而最小值出现在无定河流域，为0.35×104t/km2·a。(3)综合分析径流量、输沙量与降雨量的关系，研究人类活动影响期的起始年，并计算人类活动的减水减沙效应。1974年为河龙区间人类活动水沙影响期的起始年，由于人类活动的影响，从1975年至2012年河龙区间径流量减少905.06×108m3，每年平均减少约23.21×108m3;从1975年至2012年输沙量减少179.75×108t，每年平均减少约4.73×108t，其中2012年单年减沙量为10.04×108t。(4)河龙区间水库修建时空分布不均匀，从1956年至2012年，上世纪70年代是水库修建的高峰期，共修建水库134座，占水库总数的65%，总库容17.53×108m3;水库的空间分布主要集中在几条主要支流，其中中型水库主要集中在无定河流域(26座)、小型水库主要集中在无定河流域(67座)、红河流域(19座)、皇甫川流域(16座)和窟野河流域(10座)。(5)河龙区间不同输沙模数区内水库的淤积特征差异显著，依据输沙模数将河龙区间内中小型水库分为5个类型区:微度侵蚀区(0-2000t/km2·a)、轻度侵蚀区(2000-10000t/km2·a)、中度侵蚀区(10000-15000t/km2·a)、重度侵蚀区(15000-20000t/km2·a)和严重侵蚀区(20000t/km2·a以上)。各类型区内水库的淤积规律分别为:微度侵蚀区水库90年代后淤损率基本保持不变，且平均淤损率与建库年份呈线性负相关;轻度侵蚀区水库、中度侵蚀区70年代后修建的水库、重度侵蚀区和严重侵蚀区内2000年后修建水库的淤损率随运行时间呈对数关系，且输沙模数越大水库淤损越快;中度侵蚀区70年代前修建水库和严重侵蚀区水库，冲淤基本平衡，淤损率保持稳定，平均淤损率分别为0.834和0.7755。(6)基于河龙区间中小型水库的淤积规律和大型水库的淤积资料，结合人类活动减沙量，定量评价区间水库淤积量在入黄减沙中的影响。1956年至2011年河龙区间总淤积量为15.14×108m3，其中4座大型水库的总淤积量为6.22×108m3，约为8.08×108t，47座中型水库累计淤积量为7.40×108m3，约9.62×108t，156座小型水库累计淤积量为1.52×108m3，约1.95×108t;1956年至2011年河龙区间水库总淤积量在入黄减沙中的比重为11.58%，其中大型水库所占的比重为4.76%;中型水库所占的比重为5.67%;小型水库所占的比重为1.15%。