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小江流域是长江上游金沙江下游的一级支流,泥石流是该流域频发的主要自然灾害,对山区人们的人身安全和经济发展带来了严重危害。20世纪90年代以来,在以全球气温变暖为主要特征的气候变化背景下,各类极端气候事件频频发生,全球气象灾害明显增多,该流域的泥石流灾害也表现为高发态势。本文以泥石流灾害典型区域长江上游小江流域为研究对象,根据该流域1961-2005年的气象资料,运用Mann-Kendall非参数统计、滑动平均、累积距平等方法系统分析流域气候变化趋势及其突变;用蒋家沟暴雨泥石流输沙的时序资料,结合野外实地测量、GIS等技术,分析泥石流输沙年际变化特点与演变规律,并利用非线性回归方法对未来气候变化情景下的泥石流输沙趋势进行预测,初步探讨该区域泥石流活动对于气候变化的响应,并提出相应的对策和建议。通过研究主要得到以下结论:
(1)1961~2005年间小江流域气候变化的主要表现在:a)年均温在1970~2005年间表现为明显上升的趋势,平均上升率为0.17℃/10a;春夏秋冬各季节温度也表现出不同程度的上升,其中秋冬两季对全年温度增加的贡献最大,通过了95%的置信度检验,这与国际上全球气候变化研究中冬季升温的结论一致;b)年降水在1961~2002年间呈现出增加态势,其中20世纪90年代是降水最多的10年,这与该流域20世纪90年代泥石流频发的情况相一致;c)采用Mann-Kendall突变检验法、信噪比法和滑动t检验相结合的方法对气候因子进行趋势突变性检验,表明年气温在1998~2001年出现了突变式增温,秋冬季节尤其显著:年降水在1994年出现了突变式增长,而夏季降水在1996年出现突变式增长,表明流域在20世纪90年代出现暖湿气候;d)会泽站1961~2002年间年极端降水量(日降水量≥13.6mm),表现为显著增加态势,以1994年为突变点,增加趋势极为显著,而极端降水事件频率和强度也都表现出增加趋势。
(2)1982~2004年间蒋家沟流域年均降水呈现为增加趋势,其年增长率为12.1mm/a,其中20世纪90年代降水最多,达到700.26mm;而各季节降水也均表现为不同程度的增加,其中夏季降水增加趋势明显;年降水和季节降水突变性检验表明,不论是年降水还是季节降水在1991~1993年均出现了增加突变。
(3)1965~2000年间,蒋家沟泥石流输沙量表现为增加的趋势,1990s的输沙量是最大的十年,在进入21世纪后,输沙量表现出减少趋势;采用功率谱方法对该流域泥石流输沙的准周期性进行了研究,结果显示,蒋家沟流域泥石流存在5~7年的准周期性,它主要受控于该流域降水和滑坡活动的周期性;根据2006和2007年的5次实地测量数据,分析了观测站附近泥石流流通区的冲淤状况,结果表明:2006-2007两年间,在该测量区域内泥石流以淤积为主,淤积量近90×104m3。2001年后,流域输沙量大幅减少,主要与进入21世纪来,流域降水偏少、流通区回淤地形变化、以及2001年后在下游兴建防治工程有关。
(4)本文采用相关分析的方法探讨了蒋家沟泥石流活动对区域气候因素变化的响应,结果表明:蒋家沟泥石流输沙量与年降水量的正相关性最好,通过了α=0.01的置信度检验,随着降水量的增加,输沙量表现为增加的趋势;与夏季气温则表现为负相关关系,随着夏季气温的增加,输沙量呈现减少的趋势。在对泥石流输沙量的影响中,降水因素是主要因素,气温则是轻微影响前期土壤含水量的一个气候因素而已。
(5)本文根据前人的研究成果,提出小江流域未来气候变化的假定情景,并根据所建立的非线性预测模型,对此情景下的泥石流输沙量进行了预测分析。结果表明,在假定气候变化情景下,蒋家沟流域泥石流输沙量表现为增加的态势,降水增加10%~20%,泥石流输沙量会增加20-60%,并针对该流域泥石流输沙量在全球气候变化背景下增加的情况,提出了相应的对策和建议。
在本项研究中,主要有以下几个方面的创新思路:
(1)系统分析了小江流域、蒋家沟流域40余年来的气候变化趋势、突变以及周期变化,初步探讨了该流域气候变化规律和趋势。
(2)系统分析了蒋家沟流域泥石流输沙的周期变化特点与趋势,以及对气候变化的响应过程,初步揭示了暴雨泥石流与气候变化的响应关系。
(3)采用野外实地测量与GIS技术相结合的方法,对泥石流的输沙冲淤与流通区地形变化状况进行分析,探讨了近几年在降水减少情况下泥石流输沙冲淤变化的特点。
(4)本文根据前人的研究成果,提出小江流域未来气候变化的假定情景下的泥石流输沙量非线性预测模型。