黄河流域水沙变化机理与趋势预测

2017-12-15

  【项目类别】国家重点研发计划“水资源高效开发利用”专项

  【项目编号】2016YFC0402400

  【起止年限】2016.07~2020.06

  【项目负责人】胡春宏

  【牵头单位】中国水利水电科学研究院

  【参与单位】黄河水利科学研究院、南京水利科学研究院、中科院水利部水土保持研究所、中科院地理所、清华大学、西安理工大学、北京师范大学、浙江大学、黄河勘测规划设计有限公司、黄河流域水土保持生态监测中心等18家单位

  ● 背景

  黄河以水少沙多,含沙量高而著称。近年来,受水利水保工程等人类 活动和气候变化等影响,黄河潼关站实测输沙量由1919-1959年均16亿t减少至2000-2012年均3亿t左右,2013年以来年入黄泥沙已减至1亿t左右。黄河水沙变化如此之大、如此之快,未来趋势如何,黄河治理开发战略规划决策是否随之重大调整,成为了新时期黄河治理亟需回答的重大科技问题。黄土高原高强度人类活动、不确定性的气候变化以及相互间复杂耦合作用,让黄河水沙变化认知及未来预测成为世界难题。本项目紧扣指南要求,以产汇流机制变化、水沙非线性关系、水沙-地貌-生态多过程耦合效应等关键机理问题为突破口,探讨黄河水 沙变化原因、预测未来常态水沙情势,提出黄河水沙变化调控阈值与应对策略。

  ● 拟解决的关键问题

  (1)重点水土流失区多时空尺度的产汇流和产输沙机制;

  (2)黄河水沙变化主要影响因素的耦合驱动机理与贡献率辨识;

  (3)维持黄河流域健康的水沙调控阈值;

  (4)多因子耦合驱动的流域水循环分布式模拟技术;

  (5)流域泥沙动力学过程模拟技术;

  (6)黄河水沙变化集合评估技术。

  ● 研究内容

  (1)    分析流域水沙多时空演变特征及分异规律,辨析下垫面变化对产汇流和产输沙机制的作用;

  (2)    研究植被、梯田、淤地坝系等减蚀机制及时效作用,辨析其对水沙的耦合效应,确定降雨、坡面与沟道措施对入黄水沙的贡献率;

  (3)    研发流域水循环分布式模型和泥沙动力学过程模型,分析流域多措施、多过程群体效应,预测黄河流域未来30-50年水沙过程;

  (4)    研发预测结果的集合评估技术,评估未来30-50年黄河水沙变化趋势;

  (5)    研究维持黄河流域健康的水沙调控阈值,提出黄土高原生态治理与黄河防洪减淤和水沙调控策略与黄河下游宽河段治理方向。

  ● 研究进展

  (一)黄河流域水沙多时空演变特征与产输机制

  分析了黄河流域近百年来气候、土壤侵蚀环境以及水沙过程等变化,并还原了自1956年以来黄河天然径流量;以汾河流域为例,揭示了流域产汇方式的变化机制;并基于复合指纹识别技术对降雨事件坝地泥沙贡献率分析,揭示了流域侵蚀产沙来源化。

  (二)黄河流域多措施的水沙变化耦合效应及贡献率

  分别揭示了黄河流域坡面措施中的林草植被和梯田、沟道措施中的淤地坝系工程、气候因素中的降雨和风沙对流域水沙变化过程的影响,并初步探讨了不同措施影响的贡献率以及阈值;通过对流域沟道淤地溃坝后淤积泥沙溯源迁移机制分析以及野外现场观测,溃坝后的淤积泥沙遵循“淤积一大片、冲刷一条线”规律。

  (三)黄河流域水沙动力学过程模型及水沙变化

  构建了多因子影响的流域水沙动力工程模型,并重点围绕影响水沙过程模拟精度的几个子过程开展了机理剖析,建立了冰川冻土子模型和淤地坝工程子模型,初步模拟了黄河流域1956年以来的天然径流,模拟效果良好;基于CMIP5模式开展气候模式的筛选和评估研究,并对黄河未来30-50年的气候变化进行了预测。

  (四)黄河流域水沙变化趋势集合评估

  统计梳理并数学解析了黄河水沙预测既有方法的特点、结构与适用性,构建了水沙变化既有方法在不同验证和预测阶段的集合评估技术体系。

  (五)水沙变化情势下黄河治理策略

  系统梳理了黄河治理规划演变过程,评价了现状黄河治理规划适应性及实施情况,初步建立了维持黄河健康的上、中、下游与河口水沙调控指标体系与调控阈值,初步提出新水沙条件下黄河流域治理方略。