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

Abstract

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、&chi;fd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。 关键词：黄土高原；淤地坝；沉积旋廻；泥沙来源；侵蚀产沙</p