小浪底调水调沙背景下黄河下游水沙变化及其对农业景观的影响研究.pdfVIP

摘要

大坝运行和调水调沙的实施驱动了下游地表水和地下水的水文过程和地貌过程，影

响了河道外农业景观的发展。然而，关于大坝运行如何通过地表水和地下水的水文过程

的演变影响河道外农业景观格局变化的研究较少。位于黄河最后一个峡谷出口处的小浪

底大坝在满足减缓下游泥沙淤积、防洪、农业灌溉和水力发电等作用的同时，改变了黄

河下游的水文地貌过程，影响了地表水和地下水的相互关系，从而间接驱动了河道外农

业景观的演变。因此，本研究以黄河下游花园口到夹河滩河段以及该河段外的农业景观

为研究对象。基于水沙、气象、地形和农业数据，利用相关分析、机器学习、IHA-RVA、

分布式滞后非线性模型、方差分解分析和景观格局指数等方法，分析小浪底大坝运行和

调水调沙实施影响下黄河下游典型悬河段水沙特征与河道形态关系、地表水与地下水的

关系以及地表水和地下水对河道外农业景观的影响三个方面内容。以期阐明小浪底大坝

运行对黄河下游典型悬河段水文过程和生态过程的影响，对实现流域河道管理和治理、

水资源的开发利用以及生态系统的可持续发展具有重要的理论和实践意义。具体结果如

下：

（1）小浪底大坝运行改变了黄河下游的水沙过程和河道地貌形态。在小浪底大坝

运行影响下，黄河下游径流量（花园口：42.62%；夹河滩：42.19%）和水位（花园口：

90.40%；夹河滩：44.04%）均发生了较大改变。在年际变化上表现为同流量水位、含沙

量和冲淤量和来沙系数的降低，主河道河道形态向变窄变深发展。在季节变化上表现为

小浪底建坝前含沙量季节变化显著，建坝后含沙量季节变化削弱或消失。建坝后同流量

水位季节变化不大。在给定的水文年份内，横断面的宽度和深度各不相同。建坝后断面

河相系数在调水调沙后期降低，河道加深。在水沙特征与河道地貌特征关系中，随机森

林模型结果表明水位和含沙量是影响河道地貌特征的主要因素。然而，主要因素因季节

和河段有所差异。在调水调沙前期，水位和含沙量是影响河道地貌特征变化的主要因素，

而含沙量单独影响了调水调沙后期的河道地貌特征。

（2）小浪底大坝运行改变了黄河下游的地下水。主要表现为小浪底大坝运行后地

下水位明显下降，尤其是6月的地下水位在0.05水平显著下降。建坝前最高月径流量、

水位、含沙量、来沙系数和地下水位均出现在8月；建坝后最高月径流量和水位均出现

在6月，最高月含沙量和来沙系数均出现在7月，而最高月地下水位出现在10月。黄

河下游水沙特征变化影响了地下水位，基于极端随机树模型发现，从建坝前到建坝后，

水位和来沙系数在年和调水调沙期及后期是影响地下水位变化的主要因素，而在调水调

沙前期，水位和含沙量是影响地下水位变化的主要因素。但是从调水调沙期到后期，含

沙量的变化和水沙的综合效应分别是影响建坝前和建坝后黄河下游地下水位的主要因

素。总的来说，小浪底建坝前地下水对水沙特征变化响应敏感，建坝后地下水位在滞后

2-5个月对小浪底大坝的调水调沙影响下的水沙特征变化产生响应。

（3）2000年以来，黄河下游生态环境发生了变化。径流量、气温和粮食产量逐渐

增加，含沙量、水位、地下水位、降雨量、蒸发量、区域有效灌溉面积和农田占比逐渐

降低。受环境影响的农业景观也发生了相应的变化。主要表现为旱地、河渠、水库坑塘

和建设用地面积增加，水田、林地、草地和滩地面积减少。斑块密度和边缘密度增加（0.3；

9.33），周长面积分维数和聚集度指数下降（-0.12；-0.47）。在环境变化与农业景观关系

中，含沙量与周长面积分维数、与河流距离和边缘密度呈显著性相关（p0.05）。总的

来说，水文因素（44.88%）是影响农业景观变化的主要因素，其次是气象因素、地形因

素和农业因素。

关键词：小浪底大坝，调水调沙，悬河，水沙过程，农业景观

ABSTRACT

Theoperationofdamsandtheimplementationofthewater-sedimentregulationscheme(WSRS)

drovethehydrologicalandgeomorphologicalprocessesofdownstreamsurfacewaterandgroundwater,and

affectedthedevelopmentofagr