稀土元素示踪技术在三峡库区模拟小流域泥沙来源研究中的应用

摘要

泥沙来源问题是土壤侵蚀研究中的重点和难点,也是建立水土流失预测、预报模型的基础。利用稀土元素(Rare Earth Elements,REE)示踪技术研究坡面土壤侵蚀过程及泥沙来源规律等方面已取得一些成果,但三峡库区小流域由于存在泥沙颗粒粗、泥沙分选较强等特点,因此对于该地区小流域泥沙来源及产沙过程等方面的问题仍需深入研究。本文采用稀土元素示踪技术,研究三峡库区模拟小流域泥沙来源问题,采用多场次人工降雨试验,模拟三峡库区年内降雨变化过程,研究小流域泥沙来源、坡面土壤侵蚀、产沙量时空变化过程以及泥沙贡献率,为建立水土流失预测模型提供一定参考。本研究主要得出如下结论：
　　1)多场次人工降雨条件下流域产流量、侵蚀率和含沙率变化特征
　　同场次降雨中,产流量相差较小,第一次60 mm/h降雨中曲线波动较大,其他产流量曲线波动较小。每一场次降雨第1个径流量值较后14个值小。不同场次降雨中表现为雨强越大,产流量也越大,但产流量和雨强大小不呈简单线性关系。
　　第一次60 mm/h降雨中,含沙率变化过程可以分为缓慢增加,急剧增加和稳定变化三个阶段,而后面4场次降雨径流含沙率曲线则大致可以分为急剧增加和稳定变化两个阶段。侵蚀率曲线表现出相似的规律。
　　2)多场次人工降雨条件下流域产流量、侵蚀率和含沙率相关性分析
　　同一场次降雨中,侵蚀率与含沙率相关性系数较高,相关性明显。而含沙率与径流量,侵蚀率与径流量相关性不明显。
　　采用logistic模型对径流含沙率曲线拟合发现,并非每场次降雨径流含沙量曲线都符合logistic模型变化规律,其中第一次60 mm/h中的径流含沙率与曲线拟合较好,拟合系数为0.86左右,其次为第二次90 mm/h降雨,拟合系数略低,为0.74左右。
　　3)紫色土淋溶试验规律分析
　　淋溶试验研究发现,镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、镱(Yb)、铽(Tb)、钬(Ho)这8种元素在紫色土中垂直方向上的淋溶迁移不明显,对本试验精度无影响。4)流域不同示踪区泥沙贡献率及其变化过程
　　5场次降雨中,Eu区,Tb区和Ho区为产沙的主要来源区,即小流域主沟和支沟以及主支沟附近是产沙量主导区,随着雨强增大,坡面其它示踪区产沙量有所增长,到后期雨强减小后,这些示踪区产沙量随之回落,在总产沙量中比重减小。
　　同场次降雨中,产沙量中Eu区,Tb区和Ho区泥沙贡献率较大,其和达到70%左右,随着降雨强度增大,其他示踪区泥沙贡献率也随之增长,在第二次 60 mm/h降雨中,Ho区泥沙贡献率首次超过Tb区。

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引言

1 绪论

1.1问题的提出及研究的意义

1.2国内外研究现状

1.3 REE示踪法研究中的不足与展望

1.4主要研究内容及技术路线

2 研究方法及实验介绍

2.1研究区小流域概况

2.2 实验设计

3 小流域坡面侵蚀过程研究

3.1 流域坡面径流量变化曲线

3.2 流域累积侵蚀量变化曲线

3.3 含沙率变化曲线

3.4 侵蚀率变化曲线

3.5 本章小结

4 小流域不同地貌泥沙贡献率及其变化过程

4.1 计算方法

4.2 小流域不同地貌部位泥沙贡献率及其变化过程

4.3 本章小结

5 结论与建议

5.1 主要结论

5.2 建议

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著和发明专利