利用坝地沉积旋廻研究黄土高原小流域泥沙来源演变规律

论文摘要

黄土高原是我国土壤侵蚀最为严重的地区,每一个小流域都是独立的侵蚀产沙单元,因此研究小流域侵蚀产沙规律及泥沙来源对建立流域尺度侵蚀预报模型及优化配置小流域治理措施具有十分重要的意义。本研究以陕西省绥德县王茂沟流域的一个淤积年限为34年（1958-1991）,淤积深度为11.325 m的闷葫芦坝为研究对象,通过采集坝控流域内沟壁、沟坡和坡耕地上的土壤样品和淤地坝全剖面泥沙旋廻样品,利用137Cs的时标功能,结合收集到的研究区相应时期的降雨资料,建立了淤地坝沉积旋廻时间坐标序列;运用复合指纹识别技术,探讨了黄土高原小流域泥沙来源演变规律以及侵蚀产沙量与降雨的响应关系,得到了以下主要结果:（1）该淤地坝自1957-1958建成到1991年淤平,经过34年的时间共拦蓄泥沙68878 t,年均侵蚀模数为11248 t km-2 a-1。根据全球137Cs沉降特征以及强降雨侵蚀力对大沙的原则,结合该流域日降雨过程资料建立了该淤地坝沉积旋廻时间坐标序列。（2）根据淤地坝各沉积旋廻泥沙量累积泥沙沉积量曲线将淤地坝运行史大体划分为三个阶段:1958-1964年的侵蚀剧烈阶段,其侵蚀模数为18732 t km-2 a-1;1965-1983年的侵蚀平缓阶段,其侵蚀模数为5899 t km-2 a-1;1984-1991年的侵蚀再次剧烈阶段,其侵蚀模数为19127 t km-2 a-1。分析发现,前面两个阶段的变化是因为降雨侵蚀力的变化造成的,而后一个阶段侵蚀量再次增大,与1983年农村土地家庭联产承包责任制有关,是人为活动加剧造成的。（3）通过对淤地坝坝控流域内沟壁、沟坡和坡耕地土壤样品中15种物质的分析,利用多元判别分析,筛选出SOM、TP、Mg、χfd组成最佳指纹因子组合,并利用该组合,采用最优化混合模型计算了每层泥沙沉积旋廻泥沙来源的贡献比,结果表明每次产沙事件,来自沟壁（沟道或者深层土壤）、沟坡（表层土壤）和坡耕地（表层土壤）的泥沙贡献比变化很大,三者的变化范围分别为23.85～95.00%,0～69.97%和5.00～65.31%;在整个淤地坝淤积阶段,总共有47195 t、3478 t、18218 t的泥沙来自沟壁（沟道或者深层土壤）、沟坡（表层土壤）和坡耕地（表层土壤）,分别占总产沙量的68.52%、5.03%和26.45%,证明沟道的演化过程是小流域侵蚀产沙的主要过程。（4）通过拟合淤地坝运行期间整体侵蚀产沙量与降雨量、降雨动能、降雨侵蚀力、累积降雨侵蚀力的关系,经对比发现侵蚀产沙量（Y）与累积降雨侵蚀力（X）的关系最好,其拟合关系曲线R2为0.7559。同时按阶段分析了侵蚀产沙与降雨量、降雨动能、降雨侵蚀力、累积降雨侵蚀力的关系,也表明侵蚀产沙量与累积降雨侵蚀力的关系最好,说明累积降雨侵蚀力可以作为预报黄土高原小流域侵蚀产沙的关键因子。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 土壤侵蚀研究
• 1.2.2 泥沙来源方法研究
• 第二章 研究内容与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究的内容
• 2.2.1 淤地坝泥沙沉积量的计算
• 2.2.2 淤地坝泥沙沉积旋廻时间坐标的建立
• 2.2.3 小流域侵蚀历史的反演
• 2.2.4 小流域泥沙来源演变规律
• 2.2.5 小流域侵蚀产沙与降雨的响应关系
• 2.3 研究的方法
• 2.3.1 典型淤地坝选择原则
• 2.3.2 样品的采集
• 2.3.3 样品处理与测量
• 2.3.4 数据处理与分析
• 2.4 技术路线图
• 第三章 小流域侵蚀产沙的历史演变规律
• 3.1 淤地坝淤积量估算
• 3.1.1 坝地库容曲线的确定
• 3.1.2 坝地沉积旋廻层容重模拟曲线的确定
• 3.1.3 淤地坝沉积旋廻泥沙沉积量的计算
• 3.2 淤地坝沉积旋廻时间坐标的建立
• Cs的时标特征'>3.2.1 （137）^Cs的时标特征
• Cs含量分布特征'>3.2.2 沉积旋廻（137）^Cs含量分布特征
• 3.2.3 建立沉积旋廻时间坐标
• 3.3 淤地坝运行期间产沙特征
• 3.3.1 淤地坝运行期间年侵蚀产沙量特征
• 3.3.2 年侵蚀产沙量与年降雨量的关系
• 3.3.3 淤地坝运行期间产沙量的阶段性变化分析
• 3.4 小结
• 第四章 小流域泥沙来源的历史演变规律
• 4.1 小流域三种泥沙源地产沙贡献比的历史演变规律
• 4.1.1 三来源最佳指纹因子筛选
• 4.1.2 三来源泥沙源地泥沙贡献率变化
• 4.2 小流域两种泥沙源地产沙贡献比的历史演变规律
• 4.2.1 两来源最佳指纹因子筛选
• 4.2.2 两来源泥沙源地泥沙贡献比的变化
• 4.2.3 三来源泥沙源地侵蚀产沙量的动态变化
• 4.2.4 数据检验与验证
• 4.3 小结
• 第五章 小流域侵蚀产沙与降雨的响应关系
• 5.1 淤地坝整体侵蚀产沙与降雨的响应关系
• 5.1.1 侵蚀产沙与降雨量的关系
• 5.1.2 侵蚀产沙与降雨动能的关系
• 5.1.3 侵蚀产沙与降雨侵蚀力的关系
• 5.1.4 侵蚀产沙与累积降雨侵蚀力的关系
• 5.2 淤地坝各阶段侵蚀产沙与降雨的响应关系
• 5.2.1 1958-1964 年侵蚀产沙与降雨的响应关系
• 5.2.2 1965-1983 年侵蚀产沙与降雨的响应关系
• 5.2.3 1984-1991 年侵蚀产沙与降雨的响应关系
• 5.3 淤地坝各阶段泥沙源地侵蚀产沙与累积降雨侵蚀力的关系
• 5.4 小结
• 第六章 主要研究结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢