陕北黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀规律研究

论文摘要

黄土高原是世界上水土流失严重的地区之一，其中黄河中游流经的黄土丘陵沟壑区，面积约26万km2，是黄河泥沙的重要产源地；侵蚀产沙是一个多因素、多层次、多尺度的地学问题；黄土丘陵沟壑区的基本地貌单元为小流域，小流域也是黄土地区进行水土流失治理的基本单元，其地貌学划分为坡面、沟掌、沟间地、沟谷地、毛沟、支沟等，从土壤侵蚀、水文泥沙等科学角度来看，小流域是一个完整的泥沙径流搬运、汇流、运动、沉积系统，可以进行复合农林生态系统的配置，坡面是该地区洪水泥沙的起源地，同时流域相互嵌套的地貌特点使得该地区水土流失规律的研究不可避免地碰到尺度问题；土壤侵蚀预测也是与一系列时空尺度紧密相联的，侵蚀的空间尺度不同，因此要考虑空间变化引起的侵蚀因子对侵蚀产沙的响应；现代的流域治理规划不仅要考虑一次降水过程的侵蚀产沙响应，而且还要揭示较长系列的侵蚀周期及水沙情势的变化趋势，并且所涉及的区域较大。基于此本论文选择陕北大理河流域为对象，依据黄河支流的水文资料，分析了不同尺度大小流域的水沙侵蚀资料，取得以下结果：（1）发现就次暴雨洪水而言，各尺度流域出口的径流泥沙过程都表现为洪峰陡涨陡落沙蜂陡涨缓落，含沙量随流量增大到一定程度1.27m／s时变化趋于稳定，保持在400kg／m3以上，决定了该地区水沙之间的关系，不同尺度大小流域出口暴雨洪水的水沙关系在一定程度上是一个区域特征值。（2）小流域是陕北黄土丘陵沟壑区的基本地貌单元，小流域的来水来沙决定着大流域的侵蚀产沙，论文中选择天然撂荒状态下的不同坡长坡面的多次天然暴雨侵蚀产沙资料，长短两坡面的径流系数分别为11.41％、16.64％，对于较长坡面水流需要输送由上坡侵蚀的泥沙量多，能量消耗大，于是流速降低，低速水流对坡面的正压力增加，入渗增加因而径流量的增量较小，径流系数之间的关系有Y=1.1636X+3.887，R2=0.8053（N=28）；侵蚀强度而言长短坡面的强度值分别为：0.239kg／m2、0.11kg／m2，在50.7％的坡度下，40m已经具备发育细沟侵蚀的条件，坡的下部有部分区域的侵蚀形态向细沟侵蚀发展，这就导致侵蚀强度总体上新庄四场40m*10m要比新庄五场20m*10m大，而侵蚀量等于S=M*A，因此四号场的总侵蚀要更大，同时两不同长度的坡面的侵蚀强度之间可建立Y=0.5098X-0.109，R2=0.9198（n=28）的关系式，它们的相关性较高。（3）由于洪水过程的机理分析表明不同尺度流域出口的输出水沙量很大程度上决定于含沙量稳定阶段的径流泥沙量，我们采用叠加的方法，选择11个站点的多年水沙资料进行和了拟合，发现该值在700kg／m3左右，尺度问题在一定意义上讲是相对的，该值也反映了研究区的地理环境，实际上完成了部分尺度转换。（4）高含沙水流是一种特殊的流体，其组成需要一定的粗细颗粒泥沙的合理搭配，依据水利部黄河水利委员会在陕北地区进行了多年的野外观测，分析发现总体上按照泥沙颗粒大小，其含量依次为：0.05mm-0.1mm、0.025mm-0.05mm、小于0.007mm、0.01mm-0.025mm、0.1mm-0.25mm、0.25mm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 国际上的进展
• 1.1.1 流域侵蚀产沙中的尺度问题
• 1.1.2 尺度的概念及特征
• 1.1.3 侵蚀产沙的空间尺度划分
• 1.1.4 流域侵蚀产沙的空间尺度转换
• 1.1.5 侵蚀产沙模型介绍
• 1.1.6 侵蚀产沙模型发展方向及存在的问题
• 1.1.7 地理信息系统在侵蚀产沙模型中的应用
• 1.2 国内的研究
• 1.2.1 经验统计模型
• 1.2.2 物理成因模型
• 1.3 国外模型在我国的应用
• 1.4 问题与展望
• 2 研究区域概况与必要说明
• 2.1 研究目的
• 2.2 研究内容
• 2.3 资料收集
• 2.4 大理河流域概况
• 2.5 研究流域的位置图
• 3 小流域侵蚀特征分析
• 3.1 坡面上的侵蚀问题
• 3.1.1 坡长因子
• 3.2 黄土丘陵区流域水土流失规律
• 3.2.1 水沙汇流的过程研究水沙耦合关系及尺度转换
• 3.2.2 不同大小的流域洪水过程特点
• 3.2.3 过程中的动态描绘与定量分析
• 3.2.4 多尺度下次洪水事件水沙关系的确立
• 3.3 泥沙特征分析
• 3.3.1 高含沙水流的基本情况
• 3.3.2 含量变化图
• 3.3.3 结果与分析
• 4 小结与讨论
• 参考文献
• 致谢