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水土资源是人类生存和发展的重要物质基础,是进行农业生产的基本条件。大量的水土流失不仅能造成土地贫瘠,影响粮食生产,还会使大量的泥沙汇集到河网中。含沙水流在向下游运动的过程中发生淤积,使河道泄洪能力减小,极易酿成洪涝灾害,并给下游河道两岸的工程带来不利影响。因此,开展流域侵蚀产沙和泥沙输移规律的研究,既有实际意义,又有理论价值。
本论文针对柳河流域河道泥沙淤积严重,尤其是流域下游含沙量高、河道泥沙大量沉积以及向辽河泥沙输出量高的特点,根据流域的泥沙来源及侵蚀产沙环境,探讨了流域侵蚀一沉积一产沙的特性;并将流域上游来沙、河道沉积、流域出口输沙统一考虑起来,运用悬移质泥沙颗粒特征变化来反映流域的侵蚀-沉积-产沙的过程;在此基础上,运用沙量平衡计算来探索流域侵蚀-沉积-产沙的规律。
本论文主要取得了以下研究成果:
(1)柳河流域侵蚀-沉积-产沙特性分析。通过对柳河流域侵蚀产沙的成因、侵蚀产沙的时空分布特征、泥沙输移的沿程变化以及泥沙的沉积分布特点和影响因素进行全面分析。结果表明,柳河上游三条主要支流是泥沙的主要来源,闹得海站以上输沙量是沿程增大,而在闹得海站以下则逐渐减小,河道以淤积为主。流域下游沉积量与闹得海来沙量具有较好的线性拟合关系,下游沉积量随着上游来沙量的增大而增大。
(2)柳河流域泥沙颗粒特征分析。根据泥沙颗粒特征的时空变化,探索悬移质泥沙的粒径与下游河道冲淤量之间的关系。研究表明,柳河流域悬移质泥沙颗粒自上游至下游逐渐变细。泥沙粒径不同对下游河道淤积的影响也不同,通过对比分析表明,悬移质泥沙粒径>0.05mm的粗颗粒泥沙对下游河道泥沙沉积的贡献最大。
(3)深入分析了悬移质泥沙颗粒粒径对平均沉速的影响以及水温对悬移质泥沙颗粒粒径的影响。分析表明,各级粒径对平均沉速的贡献差异很大,泥沙全粒径组对平均沉速的关系最为密切。随着悬移质泥沙粒径的增大,悬移质泥沙粒径的沙重百分数与水温之间的相关性越来越高,水温的变化对>0.05mm的沙重百分数的影响最大。
(4)柳河流域沙量平衡计算。借助沙量平衡方程,通过对流域侵蚀泥沙总量平衡计算以及不同粒径组悬移质泥沙的沙量平衡计算来探索流域侵蚀-沉积-产沙的规律。从沙量平衡关系反映出,上游来沙的53.88%沉积在下游河道中,其中62.37%沉积在闹得海至彰武站之间,并且悬移质泥沙粒径>0.05mm的粗颗粒泥沙对下游河道泥沙沉积贡献较大。