黄土丘陵区典型流域植被恢复减沙效益研究

论文摘要

退耕还林还草是我国西部地区进行生态恢复与治理的主要措施,在一定程度上有效改善了该地区的生态环境。本研究以黄土丘陵区典型小流域燕沟流域为研究对象,通过对天然坡面径流小区降雨产流产沙、流域把口站径流泥沙的长期观测,结合野外模拟降雨试验结果,分析了不同土地利用方式坡面产流产沙特征,计算了燕沟流域水土保持措施,特别是植被恢复措施的减沙效益;同时对流域输沙变化的影响因子进行了分析,探讨了降雨因素对流域输沙量变化的影响,主要取得如下结论:1.分析了坡面不同土地利用方式及坡度特征对产流产沙的影响在相同的雨强条件下,不同土地利用方式产沙过程与累计产沙量都明显不同,总体表现为:翻耕小区﹥刈割后的小区﹥有植被覆盖的小区。不同土地利用方式小区30min产沙量与降雨时间关系符合W=at-b的线性方程,与降雨强度之间存在W = aIb的幂函数关系。对不同坡度小区产流产沙研究表明,陡坡小区无论产流产沙的强度,还是累计产流产沙量都明显高于缓坡小区,说明大于25°坡耕地要完全退耕这一政策的必要性。2.研究了不同退耕方式、不同年限坡面植被产流产沙特征退耕以来各类土地利用方式减水减沙效益显著,各小区年产流产沙量大小关系为:坡耕地小区>草地小区>灌丛小区,草地小区径流量较坡耕地小区减少50%～60%,灌丛小区较坡耕地小区径流量减少都在70%以上;各小区减沙量都在90%以上,减沙量大于减流量。说明草灌植被都具有明显的蓄水保土作用;而不同退耕年限灌丛小区的累计产流产沙量都小于草地小区,说明在不同的降雨量及降雨强度条件下,灌丛地的水土保持作用比草地更为明显。坡面6种处理小区径流系数大小关系为:坡耕地小区>刈割草地>草地>刈割灌丛地>灌丛地>刺槐林地,随地面植被覆盖度的增加而减少,呈负相关关系。与坡耕地相比,草地、灌丛及刺槐林地小区减流量分别为51.1%、71.4%和90%,减沙量分别为99.3%,99.5%和99.6%,刺槐林地减水减沙作用最为明显,各种土地利用类型减沙作用明显大于减流作用。3.比较了草地与灌丛群落的结构特征与减沙机理草地与灌丛小区刈割处理前后产沙情况出现较大差异,刈割后草地产沙量大幅增加,而灌丛小区刈割后产沙量增加并不明显,主要原因与二者的植被结构特征有关。经过10年退耕撂荒形成的草地群落,多为一年生草本植物,且生长在近地表层,枯落物较少,容易遭受破坏;灌丛群落出现多年生的山榆、刺槐、胡枝子等多年生灌木,地表枯落物较多,地下植物根系发达,水土保持作用显著。说明处于植被演替初级阶段的近地表层草地植被减沙效益显著,但生态功能仍然比较脆弱,是需要进行封育保护的主要植被群落。4.阐明了燕沟流域植被恢复减沙效益通过对不同土地利用方式坡面小区产流产沙分析,结合定位小区观测资料,利用水保法计算了治理后的燕沟流域年均输沙模数为737 t/km2?a,减沙效益大于80%;计算输沙模数与流域把口站观测值接近,证明对燕沟流域减沙效益的计算切合实际,并进一步说明燕沟流域的综合治理具有明显的减沙效益。5.探讨了降雨变化对燕沟流域输沙量变化的影响利用相近小流域观测资料,通过时间与空间相结合的方法,对燕沟流域治理前后降雨及产沙量变化进行了分析,结果表明退耕以后,降雨变化因素造成流域输沙量平均每年减少61228t,占流域输沙量减少的25%左右,即在造成近年来实测流域输沙量减少的两大因素中,降雨变化影响约占25%,综合治理作用约占75%。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 黄河中游多沙粗沙区水沙变化研究
• 1.2.2 生物措施的减沙效益研究
• 1.2.3 土地利用变化对土壤侵蚀的影响
• 1.2.4 降雨变化对土壤侵蚀的影响
• 1.2.5 土壤侵蚀预报模型中有关植被因子的研究
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 第二章 研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 野外人工模拟降雨试验
• 2.2.1 人工模拟降雨装置
• 2.2.2 小区布设
• 2.2.3 试验处理
• 2.2.4 观测内容
• 2.3 坡面不同土地利用方式径流泥沙观测
• 2.3.1 小区修建
• 2.3.2 坡面径流小区降雨、径流泥沙观测
• 2.4 流域水文泥沙观测
• 2.4.1 降雨观测
• 2.4.2 沟口径流泥沙观测
• 2.5 燕沟流域减沙效益计算
• 2.5.1 原始资料获取
• 2.5.2 不同土地利用方式产沙指标确定
• 2.5.3 流域减沙效益计算
• 第三章 模拟降雨条件下坡面产流产沙特性分析
• 3.1 初损雨量研究
• 3.2 不同土地利用方式产流、产沙特征
• 3.2.1 不同土地利用方式产流过程研究
• 3.2.2 不同土地利用方式径流小区产沙特征分析
• 3.3 不同坡度之间产流、产沙特征分析
• 3.3.1 不同坡度之间产流特征分析
• 3.3.2 不同坡度径流小区产沙特征分析
• 3.4 不同降雨强度条件对各小区侵蚀产沙的影响分析
• 3.4.1 不同降雨强度对小区产沙强度的影响
• 3.4.2 不同降雨强度对小区30MIN产沙量的影响
• 3.5 小结
• 第四章 坡面退耕小区减沙效益分析
• 4.1 不同退耕年限坡面小区产流产沙特征分析
• 4.2 不同土地利用方式天然小区产流产沙特征
• 4.2.1 产流特征
• 4.2.2 产沙特征
• 4.3 小结
• 第五章 燕沟流域植被恢复减沙效益分析
• 5.1 燕沟流域植被恢复减沙效益计算
• 5.1.1 燕沟流域土地利用变化分析
• 5.1.2 流域治理前侵蚀模数的确定
• 5.1.3 梯田、坡耕地、林草地产沙指标的确定产沙指标的确定
• 5.1.4 燕沟流域产沙量计算
• 5.2 降雨变化对燕沟流域输沙量的影响
• 5.2.1 流域降雨特性分析
• 5.2.2 降雨因素对流域输沙量变化的影响分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 主要结论
• 6.2 讨论
• 参考文献
• 基金资助
• 作者简介