退耕還林還草工程對黃土高原延河流域水土保持功能影響研究

1、2015年8月泥沙研究JournalofSedimentResearch第4期文章編號：0468—155X(2015)04001406退耕還林還草工程對黃土高原延河流域水土保持功能影響研究滕晗，夏建新，任華堂(中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京100081)摘要：利用黃土高原典型流域延河流域水文和退耕還林?jǐn)?shù)據(jù)，分析退耕還林還草工程對流域水土保持功能的影響，探討了近30年來流域水文變化過程及水文指標(biāo)與退耕還林還草指標(biāo)的關(guān)系。研究結(jié)果表明

2、：30年來流域降水量減少趨勢不顯著，徑流量和輸沙量均成顯著下降趨勢。將流域徑流量和輸沙量變化序列分為前期(1980—2002年)和退耕還林還草影響期(2003—2010年)兩個(gè)階段進(jìn)行比較分析，退耕還林還草影響了降水徑流關(guān)系，削弱了流域產(chǎn)流能力，退耕還林還草影響期流域產(chǎn)沙動(dòng)力系數(shù)下降。累計(jì)退耕還林還草面積與徑流系數(shù)和含沙量均呈負(fù)相關(guān)，其中徑流系數(shù)與之負(fù)相關(guān)性顯著。關(guān)鍵詞：延河；退耕還林；水土保持功能中圖分類號：S1571文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AD

3、OI：1016239／jcnki0468—155x20l504003退耕還林還草工程(GraintoGreenProgram，簡稱GTGP)是國家從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度實(shí)施的一項(xiàng)重要決策，以減少或防止土壤侵蝕為治理目標(biāo)。從1999年開始實(shí)施到2010年，全國累計(jì)退耕面積252685km，工程投資231531億元。退耕還林還草工程有效地增加了植被面積，在一定程度上改善了水土流失問題，對工程區(qū)生態(tài)環(huán)境具有積極的作用，但工程也在一定程度上改變

4、了流域水沙關(guān)系，尤其對于干旱地區(qū)的水文情況具有重要影響。黃土高原是退耕還林重點(diǎn)實(shí)施區(qū)，針對該區(qū)域目前已開展大量研究I9，例如：信忠保等認(rèn)為黃河中游河龍區(qū)間降水量減少引起產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量下降，退耕還林還草工程加劇了這種趨勢；Zhang等針對黃土高原11條河流流域進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)有8條河流的流域土地覆被變化對年水沙量減少的貢獻(xiàn)率超過50％；王彥輝等基于57個(gè)黃土高原流域數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)黃土高原造林平均減少年徑流深23mm，占非林地年徑流深的58％；鄭

5、明國等認(rèn)為植被等坡面措施不能顯著改變溝道的輸沙能力，流域通過減水來減沙；晏清洪等研究發(fā)現(xiàn)植被措施對流域水沙關(guān)系沒有顯著影響；高照良等認(rèn)為退耕還林還草工程對流域水沙動(dòng)力關(guān)系具有削弱效應(yīng)等。關(guān)于退耕還林還草等植被措施對流域水文關(guān)系的影響研究結(jié)果存在爭議，且多為半定量結(jié)論，鮮有涉及退耕還林指標(biāo)和流域產(chǎn)流產(chǎn)沙指標(biāo)量化關(guān)系。本文以黃土高原延河流域退耕還林和水沙變化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對30年來延河流域水沙變化進(jìn)行分析，探究工程對流域水文關(guān)系的影響，并提出

6、退耕還林還草工程與流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的量化關(guān)系。1研究區(qū)概況延河是黃河的一級支流，發(fā)源于靖邊縣白于山賜灣周山，流經(jīng)志丹、安塞、延安等地，于延長縣南河14收稿日期：2014—06—25基金項(xiàng)目：中央民族大學(xué)一流大學(xué)一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(YLDX01013)作者簡介：滕晗(1989一)，女，安徽六安人，碩士研究生，主要從事水資源與水環(huán)境研究。E—mail：thantasy@163corn通訊作者：任華堂。E—mail：renhuatang@mllce

7、ducn將s標(biāo)準(zhǔn)化UF：(7)Vwr【SkUB=一(8)其中卯。=0。將此方法引用到反序列，計(jì)算逆序時(shí)間序列的S、UB，給定顯著性水平=005，臨界值Uo。=196，作出U。。=196兩條臨界直線圖、與UB曲線圖，當(dāng)它曲線圖超過I臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢顯著，若兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，則交點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻便是突變開始的時(shí)間。對退耕還林還草指標(biāo)與流域水文進(jìn)行線性相關(guān)分析，并對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，確定顯著性水平，若相關(guān)系

8、數(shù)I尺1R，表明y隨的變化趨勢是顯著的，否則表明變化趨勢是不顯著的。3結(jié)果與討論31延河流域退耕還林還草狀況采用四個(gè)區(qū)縣的退耕還林?jǐn)?shù)據(jù)表征延河流域的退耕還林還草情況，其累計(jì)退耕地還林還草面積年際變化情況見圖1。流域退耕還林呈現(xiàn)緩慢、加快再緩慢的過程，1999—2001年工程處于起步階段，2002—2005年工程力度較大，之后的5年里，工程力度減弱，主要進(jìn)行退耕還林地的補(bǔ)植補(bǔ)造。10年內(nèi)，流域退耕還林地面積增加了30倍，退耕還林地占流域面

9、積比由1999年的051％增加到2010年的1595％，年均退耕還林地面積增長率5011％，其中2002年退耕還林地面積增長幅度最大，面積是2001年的26倍。32延河流域水沙年際變化過程1400要1200未1000爸288400晰2000一園。圉。gg會(huì)含葛呂g獸害200000000000年份／年圖1延河流域1999—2010年退耕還林還草情況Fig1TheGTGPofYanheriverbasinin1999—2O10對1980—2

10、010年延河降水量、徑流量與輸沙量年際變化規(guī)律進(jìn)行分析(圖2和圖3)。延河流域年降水量變化趨勢不明顯，除了在1997年達(dá)到最低點(diǎn)，整體呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢；徑流量與輸沙量變化趨勢比較一致，1980—1988年間兩者呈緩慢上升趨勢，1989—1996年間波動(dòng)變化，1997—2010年間整體偏低，1997年的偏低點(diǎn)和2003年的偏高點(diǎn)與降水在這兩年的突然變化情況相吻合，說明其變化是由降水變化引起的，30年間徑流量和輸沙量均呈下降趨勢，變化傾向率

11、分別為一0309億m／10a、一0079億t／lOa，分別占多年平均徑流輸沙的1677％、2647％，由此可見輸沙量減少的比例更大。量咖ⅢI1進(jìn)廿l980198519901995200020052O1O年份／年圖2延河流域1980—2010年降水量變化趨勢Fig2TrendsofprecipitationinYanriverbasinin1980—20lO刪簿廿1980198519901995200020052010年份／年圖3延河流域

12、1980—2010年徑流量和輸沙量變化趨勢Fig3TrendsofrunofandsedimentloadinYanriverbasinin1980—2010進(jìn)一步運(yùn)用MannKendall方法分析3O年降水、徑流和輸沙的變化趨勢(表1)。30年降水、徑流和輸沙都呈下降趨勢，但是徑流量輸沙量的通過了95％置信區(qū)間的顯著性檢驗(yàn)，即徑流輸沙顯著性下降。在降水下降不顯著的情況下，徑流輸沙顯著下降，說明人類活動(dòng)使徑流輸沙量減少。延河地區(qū)人類活動(dòng)