北洛河水沙动态过程及对退耕还林（草）响应机理

黄河中游地区上世纪60-70年代以来的大规模水土保持工作，1999年开始的更大强度的退耕还林（草）工程，使入黄泥沙量和径流量显著减少。但土地覆被强烈改变条件下中尺度流域水沙动态过程及土壤侵蚀响应机理等科学问题的研究亟待加强。本项目以具有显著植被分异和地貌格局特征的北洛河流域为研究区，获取历史遥感信息和统计数据，分析不同地被单元水土保持措施及土地覆被演变进程，基于60年来气象、水文实测数据和实地调查，对比林区流域，阐明由粗到细时间尺度递进中的水沙关系特征及其时段和空间差异，解析丘陵沟壑和高塬沟壑两大地貌特征流域的侵蚀主导类型和演变机制，揭示流域水沙时空变异过程和土壤侵蚀对水土保持措施及退耕还林（草）的响应机理，辨析人类活动在流域水沙动态及侵蚀过程演变中的影响力，为黄河中游环境效应评价及生态建设宏观决策提供理论依据，为黄河环境变迁及水沙变化研究提供方法借鉴，丰富土壤侵蚀和水土保持学科内容。

黄河中游地区土地利用和土地覆被的巨大变化，对入黄径流量和泥沙量的减少发挥了重要作用。本项目以具有显著植被分异和地貌格局特征的北洛河流域为例，探讨土地覆被强烈改变条件下中尺度流域水沙动态过程及土壤侵蚀响应机理等科学问题。. 近50年来流域水土保持措施面积逐渐增加，尤其在1999年之后，上游丘陵沟壑区土地覆被，尤其大于15°坡面植被显著改善，2010年植被覆盖度达到45%。林区流域年均侵蚀输沙模数200 t/km2.a，多年平均的年内径流过程线矮胖-平缓，月份间径流量分配均匀。而非林区流域年内径流分配过程线瘦高-陡峭，径流量集中于汛期。上游丘陵沟壑区年均输沙模数大于10000 t/km2.a，中游高塬沟壑区年均输沙模数大于4000 t/km2.a。. 近50年来非林区流域年径流量显著减少（p < 0.01），林区流域径流量则比较稳定。而林区流域和非林区流域输沙量显著或极显著（p < 0.001）减少。划分研究序列可分为1979年前、1980-2002年和2003-2009年三个阶段，分别作为基准期、水土保持综合治理效应期和退耕还林（草）效应期，以上游丘陵沟壑区为例，分析不同阶段的水沙过程变化规律。. 与基准期比，流域年水沙关系的径流产沙动力系数在第二阶段降低了12%，第三阶段降低了51%。但第三阶段年均含沙量仍高居300 kg/m3 以上。流域冲淤平衡的泥沙存储量，第二阶段减少了15%，第三阶段降低了66%。月C/Q比率呈缩小趋势，且缩小幅度逐渐增大。次洪水峰值流量、峰值含沙量和发生次数均呈现极显著降低或减少趋势（p < 0.001）。通过皮尔逊-III型曲线确认洪水发生重现期发现，1-2年重现期的降雨-洪水事件中，水沙关系的产沙动力系数呈现显著降低趋势，而5年以上重现期的降雨-洪水事件中水沙关系无显著变化。. 近50年来的人类活动，对流域年径流量和年输沙量显著减少的贡献率，第三阶段时分别达到74.7%、86.7%。然而目前流域生态恢复的程度，未能改变流域高含沙水流的侵蚀和输沙性质。其生态功能可以有效削弱2年以下重现期降雨-产汇流中的侵蚀动力和输沙能力，而其生态功能对5年以上重现期降雨-产汇流过程的侵蚀-输沙能力则迅速减弱甚至消失。研究结果为黄河中游环境效应评价及生态建设宏观决策提供理论依据，为黄河环境变迁及水沙变化研究提供借鉴。