黑河流域水沙输移特性的影响研究

摘要

水电梯级开发将河流拦腰截断，阻断了河流天然的水沙输移通道，使得部分泥沙淤积在库区，不仅造成河流水沙关系发生显著变化，而且对河流沉积物的粒度特征产生极为深远的影响，如改变了河流沉积物的组成及分布，导致河流沉积物粒度发生变化等。黑河流域是我国第二大内陆河流域，迄今为止，在黑河上游干流已相继开发了7座梯级水电站，很大程度上改变了河流的水沙关系，对中下游河道演变、河流生态系统变化等产生一系列的影响。因此，开展河流沉积物粒度特征空间分布规律和河流水沙变迁关系研究，对黑河流域生态修复和水库合理调度具有重要意义。研究得到以下主要结论： （1）黑河上游流域水沙时空分配不均，年际变化大。汛期 5～10 月是黑河上游山区降雨集中期，也是黑河流域产流和产沙的集中时期。黑河干流上游输沙量主要来源于祁连山深山区，其中由札马什克水文站控制河段河段输沙量占黑河干流输沙量的62.2%。经 M-K 非参数检验法分析得出，黑河上游札马什克、祁连水文站年径流量有显著增加趋势，两站水沙相关关系密切，说明水沙同源；而莺落峡水文站受黄藏寺至莺落峡区间产流产沙及水库拦沙的影响，年径流量与年输沙量趋势变化完全相反，水沙间相关性极差，说明来水来沙异源，且在2001年输沙量发生了突变。 （2）降水是黑河上游径流的主要补给来源，祁连和莺落峡站降水对径流增加的贡献率在30%以上，降水增加和气温上升是影响上游径流量增加的主要原因；黑河干流黄藏寺至莺落峡区间输沙量的变化与人类活动密切相关，水库建设和水土流失对莺落峡站输沙减少的贡献率达101.5%，水库建设导致的泥沙淤积是黄藏寺至莺落峡区间输沙量显著减少的主要原因，每年平均淤积90.65×104t；另外，20世纪90年代以前，水土流失也是导致黑河上游输沙量增加的重要原因。 （3）在空间尺度上，黑河上游宝瓶水库下游至莺落峡河段的平均粒径与自然河段相比差异显著，宝瓶水库下游至莺落峡河段(0.68mm)>中游(0.42mm)>上游支流野牛沟(0.30mm)，表明沉积物受水电梯级开发的影响，在梯级水库建设河段，粒径较自然河段明显增大。受梯级水库的影响，库区采样点泥沙分层淤积，粒径较大的泥沙先行沉积，粒径较细的泥沙沉积在上层，与自然河段相比，其峰态不明显且峰面较宽，且中值粒径和平均粒径分别为 0.04mm和0.07mm，在所有采样河段中属最小，粒径组范围也随之变窄；水库回水区采样点中值粒径和平均粒径分别为0.29mm、0.44mm，较自然河段明显增大，分选系数小于0.35，属分选很好，峰度系数最大，峰型最为尖锐；大坝下游减水河段中值粒径和平均粒径分别为0.073mm和1.16mm，在所有采样河段中属最大，分选系数为0.94，分选性在所有采样河段中属最差，峰态尖锐。梯级大坝的的影响使得库区底沙粒径级配曲线出现上升变得相对平缓且级配曲线项端没有走向水平，而大坝下游却表现出持续缓慢上升的现象；梯级大坝还对泥沙的中值粒径和平均粒径有影响，这种影响主要表现在库区使其数值减小，在水库大坝下游使其增大。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标与内容

1.4 技术路线

第2章 研究区概况

2.1 研究区自然地理概况

2.2 流域地貌特征

2.3 河流水系

2.4 气候特征

2.5 水文特征

2.6 土壤与植被

2.7 流域水能开发状况

第3章 资料来源与研究方法

3.1 资料来源

3.2 研究方法

第4章 黑河流域上游水沙时空分布特征分析

4.1 黑河干流径流变化特征

4.2 黑河干流泥沙分布特征

4.3 黑河上游水沙来源及空间分布特征

4.4 本章小节

第5章 黑河流域上游水沙输移趋势分析及成因分析

5.1 黑河上游水沙输移趋势分析

5.2 黑河上游水沙量关系分析

5.3 黑河上游水沙输移趋势成因分析

5.4本章小结

第6章 水电梯级开发对黑河干流沉积物粒度空间分布规律的影响

6.1 黑河干流沉积物粒度分布特征空间变化

6.2 黑河干流泥沙粒径级配的变化规律

6.3 梯级电站建设对泥沙粒径分布的影响

6.4 梯级电站建设对泥沙粒径级配的影响

6.5本章小结

结论与展望

结论

不足与展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录