黄河中游支流无定河流域水沙情势与变异特性

张洪波，李娇娇，辛 琛，李吉程

(1.长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710054； 2.长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，陕西 西安 710054； 3.陕西省江河水库管理局，陕西 西安 710018)

0 引 言

黄河是世界上含沙量最大的河流，且具有水沙不同源的特征。其径流主要来自上游，而泥沙主要来自中游的多沙粗沙区，其中，无定河便是黄河中游多沙粗沙区的代表性支流。无定河流域地处风沙-黄土交错带[1]，具有较大强度的侵蚀产沙，土地利用/覆被变化受河流地貌条件的影响十分显著。流域生态环境十分敏感，在脆弱的生态环境与不适当的人类活动共同作用下，其水土流失与生态系统日益恶化，给当地的社会经济可持续发展造成严重的危机。为了使生态环境得到改善，自20世纪70年代以来，无定河流域开展了大量的水土保持工作，如淤地坝建设、退耕还林还草、坡改梯工程等[2-3]。经过多年努力，无定河流域的生态环境建设取得了显著成绩。自20世纪80年代中期以来，入黄泥沙较以前减少近50%，而2000年之后的入黄泥沙更是较20世纪60年代减少了82%[4]。

近年来，大量数据表明无定河流域的水沙情势发生了显著变化，径流量、输沙量急剧减少[5-6]。这一变化受到了许多学者的密切关注，并开展了深入的研究工作，以探明其特征和形成机理。赵广举等分析了1950～2009年黄河中游干流及支流渭河、汾河和无定河流域的水文序列，认为黄河中游径流量和输沙量呈现急剧减少趋势，尤其在20世纪70年代之后这种趋势更加显著，气候变化和人类活动是水沙变化的主要影响因素[7]。高鹏等以黄河支流无定河流域为研究区域，分析无定河流域年降水量、径流量和输沙量的变化趋势及其发生突变的年份，并量化了无定河流域径流量与输沙量的减少量，认为近50年来无定河流域的年径流量和输沙量均呈显著减少趋势，年输沙量发生显著减少的临界年份为1971年，减少幅度为64.2%～70.4%[8]。Li等指出1972～1997年期间无定河流域水土保持措施对径流减少的贡献率高达87%[6]。以上研究表明无定河流域水沙情势确实发生了显著变化，而各种因素对输沙量减少的贡献率不尽相同。

众所周知，经过多年努力，无定河流域的生态环境和水土保持建设已取得了显著成绩，但与此同时，人为扰动下区域的河川径流也发生了重大改变，与天然序列相比，其序列的非线性和复杂性都在日趋增强[9-10]。很多河流的水文序列都表现出高度的非线性和多类型的变异信息重叠，成为众多学者探索的兴趣点[11]。马雪菲等对白家川和赵石窑两个水文站的年输沙量和径流量序列开展了趋势检验和变异识别，认为这两个水文站的年输沙量均呈显著下降趋势且变异基本同步，输沙量变化由气候、地质地貌及人类活动综合作用，而人类活动是导致输沙量减少的主要因素[12]。张鑫等对无定河流域白家川水文站的输沙量进行了趋势分析与变异识别，认为白家川和赵石窑水文站年输沙量序列均在20世纪70年代发生了突变，主要原因是人类活动影响[13]。杨媛媛等对无定河流域韩家峁、绥德、白家川水文站进行了水文序列趋势分析与突变检验，也获得与上述类似的结果[14]。

以上研究在一定程度上揭示了无定河流域水沙情势变化及其发生显著变异的原因，但却忽略了变异信息重叠问题。从国内外的相关研究中不难发现，水文序列的变异呈现多类型变化，即趋势变异、均值跳跃变异及方差变异。变异信息重叠序列一般指在同一水文序列中存在两种或多种类型的变异，这导致通过常规的趋势变异检验、均值跳跃变异检验和方差变异检验等方法都很难获得准确的变异识别结果。因此，本文拟以无定河流域10个水文站的实测年输沙量和径流量序列为研究对象，采用经验模态分解(EMD)，STARS(Sequential t-test Algorithm for Analyzing Regime Shifts)法、迭代累积平方和(Iterated Cumulative Sums of Squares,ICSS)法，通过集成方式对水文序列进行趋势变异检验、均值跳跃变异检验和方差变异检验，以揭示无定河流域输沙量变异的多类型构成，并探讨不同变异类型产生的原因。

1 研究区概况与数据采集

1.1 研究区概况

无定河是黄河中游的一条重要支流，自然环境和水沙条件复杂多样，是黄河中游粗沙沉积的主要来源区。无定河干流全长491 km，主河道平均比降为1.97%，位于毛乌素沙漠南缘与黄土高原北部的交界地区，是风沙-黄土过渡地带，控制流域面积30 261 km2。根据地貌类型，无定河流域可以大致分为风沙区、河源梁涧区和黄土丘陵沟壑区。不同的地貌区域地表物质组成、降水特征以及水沙过程都存在着较大的差别。风沙区物质组成以沙地为主，属风成地貌，颗粒较粗；黄土丘陵沟壑区地表物质组成主要是黄土，颗粒较细；而河源梁涧区物质组成与黄土丘陵沟壑区类似，但是地貌差异较大，河流已经深切到基岩[15]。

无定河流域年平均降水量为350～500 mm，年蒸发量为1 100～1 400 mm，属于暖温带半干旱气候。该地区植物群落结构简单，种群贫乏，土地沙质荒漠化严重，分布着固定、半固定和流动沙丘。由于无定河流域气候干旱、土质疏松、植被稀少、暴雨频繁且集中，所以流域水土流失非常严重。水土流失面积占流域总面积的76.5%，平均侵蚀模数达8 000 t·km-2·年-1，治理之前全流域入黄泥沙每年为2.94×108t(白家川水文站)。综合来看，无定河流域水土流失具有范围广，强度大，粗沙含量高，产沙、输沙集中，土壤侵蚀类型多样及人为扰动显著等特点。为了缓解无定河流域的水土流失问题，各地政府从20世纪60年代开始在该流域大力开展淤地坝等水土保持工程建设，取得了令人瞩目的成就。从统计数据可以发现，陕西省榆林市现共有各类淤地坝20 555座，其中32.6%建于20年代60年代，53.8%建于20年代70年代，且大部分位于无定河流域。淤地坝建设在无定河流域较好地发挥了拦沙、蓄水、缓洪、淤地功能，使无定河流域的水土流失问题得到极大的控制，河道输沙量呈现逐年减少趋势。

同时，随着淤地坝等水土保持工程效益的持续发挥，无定河流域的下垫面条件逐渐变好，植被覆盖有所提高，流域内的产汇流条件也较原来呈现较大的不同。加之气候变化和其他人类活动的影响，流域内各干流及支流的径流量持续缩减，输沙量也有所减少，致使流域内的水沙条件较20世纪五六十年代有较大差异。那么，新的环境条件下如何认识无定河流域的水沙变化，理解水沙变化的归因，掌握流域水沙关系，造福区域生态经济发展，就成为落实国家绿水青山战略需要迫切解决的问题。

图1 黄河中游无定河流域图Fig.1 Map of Wuding River Basin in the Middle Yellow River

1.2 数据采集

本研究以无定河流域10个水文站(图1中赵石窑(1956～2010年)、韩家峁(1957～2010年)、青阳岔(1959～2010年)、横山(1957～2010年)、殿市(1958～2010年)、丁家沟(1960～2010年)、马湖峪(1962～2010年)、白家川(1956～2010年)、李家河(1959～2010年)、绥德(1960～2010年))的实测年径流量和输沙量序列为研究对象。数据主要来源于黄河水利委员会水文局汇编的《黄河水文资料》[16]，该资料已经过代表性和可靠性审查。

2 分析方法

采用经验模态分解、STARS法、迭代累积平方和法联合进行变异点类型识别。其中，经验模态分解主要用于实现实测输沙量序列趋势成分的分离，STARS法用于实现对剔除趋势后残余序列的均值跳跃变异检验，迭代累积平方和法用于实现对残余序列方差变异的识别。3种方法应用的时序关系设定主要是考虑不同检验方法的应用前提条件，联合应用后可实现无趋势变异条件下开展均值跳跃变异检验，以及无趋势变异和均值跳跃变异条件下开展方差变异检验。

2.1 经验模态分解

经验模态分解是黄锷于1998年提出的一种面向非线性数据的处理方法[17]，其本质是对一个信号(或其导数，视所需的分解精度而定)进行平稳化处理，将信号中不同尺度的波动或趋势逐级分解，进而产生一系列具有不同时频尺度的数据序列(分量)，即本征模函数(Intrinsic Mode Function,IMF)。其中，最低频率的本征模函数分量通常情况下可代表原始信号的趋势变化，通常称之为残余分量(Residual)或趋势项[18]。

通过对水文序列x(m)进行平稳化处理，分解出n个本征模函数分量ci(m)和1个趋势项r(m)，其表达式为

(1)

式中：m为序列。

将n个本征模函数分量合并为1个波动项(IMFs)，即c(m)，其表达式变为

x(m)=c(m)+r(m)

(2)

据此，原始序列就被分解为1个波动项和1个趋势项，波动项中主要蕴含水文序列的均值跳跃和方差变异信息，而趋势项中则主要蕴含水文序列的趋势变异信息。

由于经验模态分解得到的趋势项多为非线性趋势，所以其中可能包含趋势变异点。在本文中，趋势变异点的识别采用广泛用于拐点识别的二阶导数法来实现。

2.2 STARS法

STARS法是Rodionov在2004年提出的一种连续数据过程技术[19-20]。由于待检测变量的数量并不固定，故可在连续分析中采用类似滑窗的方法实现水文序列均值跳跃变异检验。

根据t检验确定具有统计意义的两个相邻跳跃变异序列均值之间的差异(Ddiff)，其表达式为

(3)

采用类似滑窗的连续过程技术，计算序列中每个变量与其之前l个变量均值的差值，若差值的绝对值大于Ddiff，则该点成为可能的跳跃变异点，记其位置为j；进一步计算其后l-1个变量与该均值的差值，若所有差值的符号保持一致，则说明位于位置j的变异点是显著的，若差值的符号不一致，则说明位于位置j的变异点并不显著，即该点不是变异点，滑窗向前滑动一步。重复上述步骤，直到序列结束。

本研究中，STARS法的选择主要基于如下考虑：①STARS法属参数统计法，即t检验的连续过程技术，由于其基于参数检验法，故其检验结果更为可靠；②STARS法不需要对变异时间进行先验假设，且变异诊断不受长度限制，对水文序列末尾的变异点亦能较为准确地识别。

2.3 迭代累积平方和法

迭代累积平方和法是一种中心化的累积平方和法，并透过迭代法可实现对水文序列方差变异点的多点识别。

对于方差恒定的序列，Dk-k曲线将围绕零轴上下震荡。当序列方差发生突变时，Dk曲线将会越过高置信边界。这种特点决定了可通过|Dk|的最大值来确定方差变异点。令k*表示|Dk|最大处的k值，如果这个最大的绝对值越过事先确定的边界，则可以得出水文序列在k*附近发生方差变异，并把k*作为对变异点位置的估计。

迭代累积平方和法的选用主要考虑的是，迭代累积平方和法基于经典的方差检验方法——CUSUM法，它不受数据假设限制，且引入了迭代寻点算法，可有效消除检验过程中变异点的掩蔽效应[21]。

3 结果分析

3.1 典型水文站年输沙量序列变异类型识别

本次研究对象为无定河流域的10个水文站。受篇幅所限，本文选取赵石窑为典型水文站，重点介绍年输沙量序列的变异检测过程与步骤。对赵石窑水文站1956～2010年共55年的输沙量进行联合检验与分析，结果如图2所示。

图2(a)显示，赵石窑水文站年输沙量序列表现出了强烈的非平稳性特征。通过经验模态分解，原始序列可被分解为3个本征模函数分量和1个趋势项。由趋势变异检验结果[图2(b)]可知年输沙量序列总体呈下降趋势，二阶导数结果表明在1996年序列出现趋势变异点，拐点前呈渐缓式下降，之后趋势发生逆转，呈缓慢上升趋势。

由多个本征模函数分量构造序列波动项，并对其进行均值跳跃变异检验。结果表明，原序列分别在1964年与1988年发生了向上的均值跳跃变异，跳跃幅度分别为0.142×108、0.081×108t[图2(c)]。在此基础上，对波动项进行均值平稳化处理，即去除均值跳跃，然后对其残余序列进行方差变异检验。结果表明，序列仅在1969年发生方差变异，且方差呈衰减式变化，衰减幅度为69.77%[图2(d)]。

综上所述，赵石窑水文站年输沙量序列不仅发生趋势变异，而且发生了均值跳跃变异和方差变异，属典型的复合变异类型。由于多种变异类型信息交织，蕴含在实测年输沙量序列中的向上均值跳跃变异很难被直观地观察到，容易淹没在序列的总体下降趋势中[图2(a)]，所以必须采用适宜的方法才能实现复合变异类型的精准检验。同时，水文序列(降水、径流、泥沙、水质等)的变异识别多服务于水文要素变化的归因分析，而当面对复合变异类型水文序列时，变异检测结果的不准确或不完善，很可能导致归因分析的失真。因此，要准确衡量气候变化和人类活动的影响，深度的变异类型识别和定量分析是十分必要的。

图2 赵石窑水文站年输沙量序列变异检验结果Fig.2 Variation Test Results of Annual Sediment Discharge Sequence in Zhaoshiyao Hydrological Station

此外，由图2也不难发现：赵石窑水文站年输沙量序列中的下降趋势应是所有变异特征中最为显著的，其主导着整个序列的总体变化；而波动项包含的序列均值跳跃变异与方差变异信息只表现为局部特征。据此可进一步得出，在复合变异类型的识别中，研究时间尺度是影响变异检验结果的关键性因素，不容忽视。在变异检测中，应充分考虑水文序列在不同尺度下变异类型的变化，采用适宜的方法逐层次检测，才能获得较为准确的识别结果。

3.2 无定河流域年输沙量序列变异类型识别

由赵石窑水文站年输沙量序列变异检验结果不难发现，经验模态分解配合STARS法与迭代累积平方和法的集成识别方法对于复合变异类型的识别具有有效性和合理性。遂可将这种研究思路应用于无定河流域其他9个水文站，从而进一步得出无定河流域各水文站年输沙量序列的变异情况，具体检验结果见表1。

由表1可知，无定河流域年输沙量序列趋势变异多发生于1995年之后，除李家河水文站外，均表现为先减后增的特征，均值跳跃变异和方差变异多发生于1970年左右，均值跳跃变异主要为向上向下型和下沉型，方差变异主要为振幅缩减型。

表1 各水文站年输沙量序列变异检验结果Tab.1 Variation Test Results of Annual Sediment Discharge Sequence of Each Hydrological Station

4 归因分析与讨论

4.1 水沙变化特征

输沙量的大小通常主要受两个因素影响，即产沙量和水流挟沙能力。遵循黄河流域大水冲大沙的基本规律，河道中径流量的变化一般对输沙量变化有着非常重要的影响。因此，本文拟对上述10个水文站的多年水沙关系进行分析，并识别其变异变化。

图3 各水文站水沙关系Fig.3 Relationships Between Runoff and Sediment of Each Hydrological Station

4.1.1 水文站点水沙关系

对无定河流域10个水文站进行水沙关系分析，结果如图3所示。由图3可以看出：无定河流域各水文站的径流量与输沙量基本呈线性关系，大部分径流量与输沙量的关系点据均密集分布在相关线左右；尽管有个别点据偏离相关线较远，但并未出现系统性偏离，这表明无定河流域各水文站的水沙关系仍处于相对稳定状态，并未发生显著破坏。

4.1.2 水沙关系变化

尽管无定河流域各水文站的水沙关系处于相对稳定的状态，但其指代总体的统计规律并不代表水沙关系在时域上没有发生变化。为了进一步探索无定河流域水沙关系变化，本文应用双累积曲线法来开展无定河流域水沙关系的变异检测。各水文站径流量单累积曲线图与径流量-输沙量双累积曲线如图4、5所示。

由图4可知，所有水文站中，只有韩家峁水文站的径流量单累积曲线未发生变异，而赵石窑、青阳岔、横山、殿市、丁家沟、马湖峪、白家川、李家河以及绥德等水文站的径流量单累积曲线均在1970年发生了变异，且突变后的曲线斜率均小于突变前的，即说明1970年后无定河流域大部分水文站径流量呈现明显的减少趋势。

由图5可知，赵石窑水文站水沙关系在1972年发生变异，青阳岔水文站在1970年发生变异，韩家峁水文站在1967年发生变异，横山水文站在1971年发生变异，殿市水文站在1970年发生变异，丁家沟水文站在1972年发生变异，马湖峪水文站在1971年发生变异，白家川水文站在1974年发生变异，李家河水文站在1978年发生变异，绥德水文站在1970年发生变异。综上可知，即除韩家峁水文站外，其他水文站在径流量发生变异(1970年)后，水沙关系均发生了不同程度的变化。从径流量-输沙量双累积曲线变异点之后的点据看，除韩家峁水文站外，其他水文站基本呈现线性变化，这说明变异点后各水文站的水沙关系基本稳定。由变异点前后水沙关系(图5)的变化不难看出，水沙关系的变化与径流量缩减有较大关联，具体驱动机制需要结合河道泥沙的物理成因深入剖析。

图4 各水文站径流量单累积曲线Fig.4 Single Cumulative Curves of Runoff of Each Hydrological Station

图5 各水文站径流量-输沙量双累积曲线Fig.5 Double Cumulative Curves of Runoff and Sediment Discharge of Each Hydrological Station

需要指出的是，从径流量单累积曲线不难发现，韩家峁水文站的年径流量序列基本平稳，并未发生较为显著的水文变异。然而，其水沙关系却在1967年左右发生变异，即径流量未发生明显改变的情况下，输沙量显著减少。同时，聚焦该水文站径流量-输沙量双累积曲线变异点之后的点据，不难发现其变化波动较大，呈曲线变化。这说明1967年后韩家峁水文站的水沙关系已不再稳定，呈现非线性特征。因此，可推断韩家峁水文站水沙关系的变化应该主要受到产沙过程变化影响，而非径流变化驱动。

4.2 归因分析

通过经验模态分解、STARS法、迭代累积平方和法对无定河流域10个水文站的年输沙量序列进行变异点类型识别，得到了各水文站年输沙量的变异类型和变异时间。同时，为进一步分析变异的成因，本文绘制了径流量-输沙量双累积曲线，探索了无定河流域各水文站水沙关系的变化。结果表明：无定河流域10个水文站年输沙量序列都发生了变异，且以复合变异类型为主，趋势变异主要为先减后增型，均值跳跃变异主要为向上向下型和下沉型，方差变异主要为振幅缩减型；无定河流域水沙关系在20世纪70年代发生变化，除韩家峁水文站外，其他各水文站均表现为径流量变异后，水沙关系发生改变。尽管开展了上述分析，但复合变异的归因问题仍未解决，因此，结合无定河流域社会水文条件变化，进一步对3种变异类型发生的原因以及时间区段进行深入剖析。

无定河是黄土高原一条典型的高含沙量河流[22]，也一直是国家水土保持治理的重点区域。其水土流失治理工作主要开展于1971年后，在风沙区主要采取的水土保持措施是植树种草以防风固沙，在河源梁涧和丘陵沟壑区则主要是修建水库、淤地坝、梯田、台地等以拦截水沙。近几十年来，在国家和地方政府的持续努力下，无定河流域的水土保持工作取得了显著成效[23]，河道输沙量显著降低。

河道输沙量的大小主要受两个因素影响，即产沙量和水流挟沙能力。在不考虑河道拦沙措施的情况下，如果产沙量大于水流挟沙能力，河道泥沙将会淤积，致使河床升高；如果产沙量小于水流挟沙能力，河道河床将会发生冲刷。从无定河流域有关泥沙淤积的相关报告来看，流域内除个别河段因泥沙洪水导致的局部淤积外，并无大规模长历时的泥沙淤积现象，可见无定河流域输沙量的减少应与产沙量的减少有直接关系，这一观点也可从许炯心的研究[24]中得到验证。

4.2.1 淤地坝的影响

淤地坝(包括部分水库)是影响黄土高原多沙河流来水来沙量的重要因素之一。无定河流域的淤地坝建设始于20世纪60年代，到1996年无定河流域已修建淤地坝1 1710座，累计可淤积库容21.80×108m3，淤地面积225 km2[25]。其中，1970～1978年间是无定河流域淤地坝建设的高潮期，不到10年的时间里，淤地面积就增加了近113 km2[26]。

众所周知，淤地坝不同于其他的水土保持措施，其影响具有时域上的截断性特征，即某一时间内淤地坝上游的输沙量基本为0或相对较小(可排水淤地坝)。当集群性的淤地坝体系发挥作用时，将表现出跳跃式的变化。因此，本文认为淤地坝的建设应该与年输沙量序列的均值向下跳跃性变化有关。从表1也不难发现，无定河流域年输沙量序列发生均值向下跳跃性变化的时间也基本处于1970～1978年间，可见淤地坝应该是驱动无定河流域输沙量缩减的重要因素。

除此之外，由于淤地坝在无定河流域分布较为分散，每个水文站上游都建有众多淤地坝，其可实现在空间(串并联关系)和时间(不同运行时间)上的均化效果，所以在下游断面监测到的年输沙量序列的均值和方差呈一定程度地减小。

综上所述，淤地坝对河道年输沙量序列变异的影响主要存在于两个方面，即下沉型的均值跳跃变异和振幅缩减型的方差变异。其中，下沉型的均值跳跃变异是淤地坝引起的主导变化。

4.2.2 其他水土保持措施的影响

尽管淤地坝等水利工程措施在减沙方面的作用显著，但其他水土保持措施(生物措施、蓄水保土耕作措施等)也不可忽略。生物措施是采取造林种草、封山育林育草的办法，增加植被覆盖率，加强地表土壤抗侵蚀能力来防止水土流失。蓄水保土耕作措施是通过改变坡面微小地形，以小流域为单位，采用等高耕作、等高带状间作、沟垄耕作少耕、免耕等提高农业生产的技术措施。

20世纪70年代以前，无定河流域水土保持措施开展范围和程度较小，70年代以后治理面积快速增加，梯田建设和造林面积占总治理面积的90%左右；20世纪80年代造林种草一度掀起高潮，林草治理面积比重超过70%，梯田建设有所减少[27-28]。杨媛媛研究指出无定河流域各年代归一化植被指数(NDVI)均呈上升趋势，且流域的归一化植被指数与径流量和输沙量均成负相关性[29]，即随着无定河流域归一化植被指数增加，其径流量和输沙量呈衰减趋势。这说明过去的50年间，无定河流域地表覆盖逐渐趋好，导致了地表蓄水固沙能力有所增强，河道泥沙量逐渐降低。由于植被变化属于一个逐渐性过程，故其驱动的输沙量变化也应属于趋势性变化。根据表1中复合变异类型的结果，不难推知其他水土保持措施应是通过地表植被变化引发侵蚀量变化，进而影响河道输沙量的减少，其主要驱动无定河流域输沙量变化中的趋势变异，同时也会影响年输沙量序列的方差变异，使之更趋向平稳。

4.2.3 综合归因分析

无定河流域输沙量的减少主要是20世纪70年代左右在水土流失治理中所进行的淤地坝(包括部分水库)建设、造林、种草、梯田整治等所导致，其改变了流域坡面侵蚀与河道冲刷的机制与输移过程，大大削减了河道泥沙量。除了以上因素以外，无定河流域降水量和沙尘暴频率的变化也是影响输沙量变化的重要因素。许炯心等对无定河流域粗泥沙产沙量的变化进行了深入的归因分析，认为年降水量和汛期降水的减少以及沙尘暴频率的降低都一定程度影响河道输沙量的变化[25，30-31]。

从年输沙量序列变异类型上看，无定河流域的淤地坝建设驱动下沉型均值跳跃变异，并与其他水土保持措施一起驱动序列趋势变异和方差变异。年降水量及沙尘暴频率因变化较小，仅在趋势变异存在较小的影响。

此外，赵石窑、青阳岔、殿市、马湖峪、丁家沟等水文站于1964～1974年间出现均值向上的跳跃性变化，这主要是淤地坝施工期间强降水引发的水土流失和淤地坝拦沙后清水下泄引发的河道冲刷所导致。

表1中部分水文站存在趋势变异，应主要与淤地坝群的淤积库容衰减有关。众所周知，淤地坝可在一定时期内有效控制洪水、拦截泥沙[4]，但是单坝拦沙量是有限的，随着时间推移，淤积库容逐渐减少，当达到生命周期后，拦沙功能将逐一丧失，集群的减沙作用也将下降[32]。不同水文站由于控制流域内淤地坝的数量和建成时间不同，其总淤积库容也呈现不同形式的衰减变化，表现在表1中就显示为个别水文站的趋势线呈现折点变化或翘曲变化。

5 结 语

(1)黄河中游支流无定河流域年输沙量序列的变异类型不尽相同，且复杂多变，覆盖了趋势和均值跳跃两重变异，趋势和方差两重变异，均值跳跃和方差两重变异以及趋势、均值跳跃和方差三重变异4种类型，未检测出单一变异类型。这说明在气候、下垫面条件变化以及人类活动的复合影响下，无定河流域河道输沙量的演化过程日趋复杂，更趋于向复合变异发展，给无定河流域水沙研究提出更严峻的挑战。

(2)无定河流域年输沙量序列的趋势变异主要表现为先减后增型，多发生于1995年之后。均值跳跃变异以下沉型为主，多发生于1971年左右；部分水文站有向上向下型均值跳跃变异，多发生于1964年左右，但由于与趋势变异信息重叠，故多数淹没在序列的长期下降趋势中，在实测序列中很难直观发现。方差变异类型比较单一，皆为振幅缩减型，从变异时间分布上看，1968年左右为多发期。

(3)无定河流域水沙关系基本稳定，并未出现系统性的偏离；在时域上存在水沙关系变异点，多发于1970～1978年间，变异点前后水沙关系呈现稳定趋势(除韩家峁水文站外)。因此，无定河流域输沙量的减少，应与产沙量的减少有直接关系。

(4)无定河流域的淤地坝建设驱动年输沙量序列的下沉型均值跳跃变异，与其他水土保持措施一起驱动序列的趋势变异和方差变异。年降水量及沙尘暴频率因变化较小，仅在趋势变异上有微弱影响。淤地坝施工期间强降水引发的水土流失和淤地坝拦沙后清水下泄引发的河道冲刷驱动年输沙量序列均值向上的跳跃性变化，而淤地坝群淤积库容随时间的衰减则应该是驱动年输沙量序列趋势变异的关键因子。