基于淤地坝沉积解译水蚀风蚀交错带小流域侵蚀特征演变

摘要

黄土高原是我国也是世界范围内土壤侵蚀十分严重的地区，小流域作为一个独立的侵蚀产沙单元在研究土壤侵蚀过程中发挥着重要作用。本研究以水蚀风蚀交错带的代表性区域—神木县六道沟小流域老爷满支沟为对象，采用复合指纹示踪技术开展小流域侵蚀特征演变研究。通过在淤地坝内开挖土壤剖面，采集淤地坝运行以来沉积在坝地内的沉积泥沙样品，结合研究区的降雨资料、流域重大事件记录等，建立淤地坝沉积旋回的时间序列;按照土壤类型、土地利用类型、地貌部位等采集坝控小流域内的土壤样品，运用复合指纹示踪技术判别坝地内沉积泥沙的来源;结合沉积旋凰的时间序列，探讨淤地坝运行期间小流域的土壤侵蚀规律演变，研究的主要结论有:
　　(1)自1978年建坝以来，共拦蓄泥沙74654m3，约1.19×105t，小流域的平均土壤侵蚀强度约为7319.19t/km2·a，属于强度侵蚀。在个别年份土壤侵蚀模数高达48371.25 t/km2·a(1988)，27250.38 t/km2·a(1995)，说明在小流域所处的水蚀风蚀交错区土壤侵蚀十分严重。根据淤地坝的泥沙沉积特征及土壤侵蚀强度变化，小流域内的土壤侵蚀可分为3个阶段:第一阶段1978-1987年，小流域年平均土壤侵蚀模数为12144.93t/km2·a，属于强度土壤侵蚀;第二阶段1988-1997年，水土流失加剧阶段，小流域年平均土壤侵蚀模数为14930.52t/km2·a，属于极强度土壤侵蚀。第三阶段2001-2013年，水土流失稳定阶段，小流域年平均土壤侵蚀模数为7907.14t/km2·a，属于强度土壤侵蚀。本研究区的土壤侵蚀主要以重力侵蚀为主，水力侵蚀的的主要作用就是搬运沟道两侧因重力侵蚀坍塌下来的物质。本研究区的重力侵蚀一方面与特殊的地形地貌有关系，另一方面与本地区剧烈的人为扰动有很大关系，本地区煤矿众多，到处都是煤矿的采空区，采空区上面的土体沉陷，也是本地区土壤重力侵蚀比较严重的重要原因。
　　(2)根据土壤类型、土地利用类型和地貌部位，把坝地沉积泥沙划分为五个潜在源地:红泥沟壁、黄土沟壁、片沙覆盖地、退耕地、沟坡。通过对沉积旋回泥沙样品和各泥沙源地土壤样品性质的分析，筛选出最佳复合指纹因子组合:Cr，Mg，Ba，Na，Y，TN（土壤全氮）。该最佳指纹因子组合对泥沙来源的判别正确率为91.7％，各泥沙源地对坝地沉积泥沙的贡献为红泥沟壁(79.7％)＞片沙覆盖区(12.9％)＞黄土沟壁(5.4％)＞退耕地(2.1％)＞沟坡(0％)。
　　(3)对淤地坝不同位置沉积旋回沉积泥沙的厚度变化及颗粒组成研究表明，从坝前到坝尾，沉积旋回总厚度及沙层、粘层的厚度均呈增大趋势;沉积泥沙的粒度逐渐变粗;各个沉积旋回的粗化度逐渐增大，且沙层的粗化度变化大于粘层的变化。坝地沉积泥沙的主要组分为细砂，在沉积旋回中的平均含量为59.77％、粉砂为沉积泥沙的重要组分(23.41％)，粘粒(11.21％)和粗砂(5.62％)含量较少。个别沉积旋回中颗粒粒度和分组含量发生突变，对小流域的强烈侵蚀事件有很好的标记作用，对大暴雨和洪水有一定的时标指示作用，结合降水、产沙、地形等资料，为沉积旋回的断代分析提供了依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 利用淤地坝沉积泥沙研究流域土壤侵蚀的可行性

1．2．2 利用淤地坝沉积泥沙反演流域侵蚀强度

1．2．3 利用淤地坝沉积泥沙研究小流域泥沙来源

1．2．4 利用淤地坝沉积泥沙反演小流域侵蚀环境

2．1 研究区概况

2．2 研究内容

2．2．1 建立沉积泥沙的时间序列

2．2．2 分析流域侵蚀产沙的历史变化过程

2．2．3 流域侵蚀泥沙来源的历史变化过程

2．2．4 流域侵蚀历史变化中的自然和人为因素影响

2．3 研究方法

2．3．1 典型淤地坝的选择原则

2．3．2 土壤样品的采集

2．3．3 土壤样品的分析测定

2．3．4 实验数据的处理与分析

2．4 技术路线

第三章 淤地坝沉积泥颗粒特征的空间变化

3．1 泥沙颗粒特征在垂直方向上的变化

3．2 泥沙颗粒特征在水平方向上的变化特征

3．3 坝内沉积泥沙颗粒特征的空间变异性

第四章 淤地坝运行期间的侵蚀产沙特征

4．1 淤地坝库容曲线的确定

4．2 淤地坝沉积泥沙时间序列的建立

4．3 小流域的侵蚀产沙特征

4．4 本章小结

第五章 小流域泥沙来源的历史演变特征

5．1 小流域坝地沉积泥沙源地的分类

5．2 复合指纹识别因子组合的筛选

5．3 最佳复合指纹识别因子组合的筛选和泥沙源地的判别

5．4 各泥沙源地泥沙贡献率的计算

5．5 各泥沙源地贡献率的变化规律

5．6 小流域土壤侵蚀的演变特征

5．7 本章小结

第六章 主要研究结论

参考文献

致谢

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