【摘 要】
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近年来,黄土高原生态治理成果显著,黄河泥沙含量锐减。淤地坝是黄土高原水土-保持与生态保护的重要措施。流域侵蚀地貌特征对淤地坝分布格局具有显著影响,揭示流域淤地坝分布格局与流域地形特征之间的响应关系对于黄土高原地区淤地坝建设具有重要指导意义。本研究基于数字高程模型数据,利用数字地形分析技术,分析了黄土高原地区淤地坝分布特征及其与流域地貌特征之间的响应关系,研究了黄土高原不同典型流域淤地坝分布格局与水
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(413517033)“基于能量过程的沟道工程侵蚀阻控机理研究”; 榆林市科技计划项目(2019-144); 国家重点研发计划课题(2016YFC0402404)“沟道工程对流域水沙变化影响及其贡献率”;
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近年来,黄土高原生态治理成果显著,黄河泥沙含量锐减。淤地坝是黄土高原水土-保持与生态保护的重要措施。流域侵蚀地貌特征对淤地坝分布格局具有显著影响,揭示流域淤地坝分布格局与流域地形特征之间的响应关系对于黄土高原地区淤地坝建设具有重要指导意义。本研究基于数字高程模型数据,利用数字地形分析技术,分析了黄土高原地区淤地坝分布特征及其与流域地貌特征之间的响应关系,研究了黄土高原不同典型流域淤地坝分布格局与水沙变化之间的耦合关系,明确了地貌发育特征对淤地坝淤积过程的响应。本论文取得的主要研究成果如下:(1)黄土高原地区淤地坝主要分布在黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区,其淤地坝数量分别占黄土高原淤地坝总数的81.23%和2.78%。未来黄土高原地区骨干坝和中型坝的平均淤积年限分别为18.11年和6.94年,中部丘陵沟壑区淤地坝的淤积年限较短,四周土石山区、风沙区等区域淤地坝的淤积年限较长。黄土丘陵沟壑区的丘Ⅰ区淤地坝数量最多,密度最大,淤地坝的淤积量和拦沙量也最大,丘Ⅳ区的淤地坝数量较少,密度较小,淤地坝的淤积量和拦沙量最小。黄土丘陵沟壑区地形较其他区域地形更为破碎,沟壑更多,丘Ⅰ区的地貌综合指数最大,为0.55,而其他地区较小,最小为0.28。黄土高原不同水土保持分区的地貌综合指数与淤地坝布设密度呈极显著相关关系,与淤地坝拦沙量呈显著相关。未来建坝过程中,可以在地貌综合指数较高,但淤地坝密度较低区域进行补建;对于地貌综合指数较高,淤地坝密度也较高的区域,根据其淤地坝未来淤积年限进行判别,即将淤满失效的淤地坝,应进行除险加固,对淤地坝综合功能进行提升。(2)皇甫川流域年降水量、年径流量、年输沙量均表现为减少趋势,淤地坝拦沙贡献率从28.39%降到22.46%;大理河流域年降水量表现为增加趋势,年径流量、年输沙量表现为减少趋势,淤地坝拦沙贡献率从46.57%降到22.65%;延河流域年降水量无明显变化趋势,年径流量、年输沙量表现为减少趋势,淤地坝拦沙贡献率从21.08%降到12.31%。皇甫川流域河网呈树枝状分布,平均分叉比为4.85;大理河、延河流域河网呈混合状水系,包括树枝状和羽毛状,平均分叉比分别为4.82和5.34。淤地坝对流域河道的控制率为大理河>皇甫川>延河,大理河流域骨干坝平均淤积模数较高,延河流域和皇甫川流域骨干坝平均淤积模数较低。沟道控制比例越高,控制沟道的级别数越高,淤地坝控制效果越好、拦沙量越大,流域三级沟道控制比例大于40%,是淤地坝发挥水沙调控作用的下限。(3)淤地坝拦沙淤地,使侵蚀沟道形态由“窄深式”变为“宽浅式”。淤地坝淤积过程缩短了主沟长度,降低了主沟支沟比,改善了主沟的破碎状况,使坡面变得更平缓,沟道平均坡度和地表切割深度呈下降趋势。沟道地貌信息熵降低,坡沟系统变得更加年轻。坡沟比及稳定性系数与地貌指数的相关性较为一致,与沟头点密度、沟壑密度呈极显著正相关;与主沟支沟比、平均坡度、地貌信息熵呈极显著负相关;与地表切割深度呈显著负相关。淤地坝自主沟向支沟淤积,在主沟淤满后坝面面积与淤积高程出现拐点,在淤地坝建设中,坝高的设计应高于支沟与主沟的交汇处的高程。
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