黄土丘陵沟壑区坝控流域侵蚀产沙及泥沙来源

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ttlme
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黄土高原是我国乃至世界上水土流失最为严重的地区之一。黄土丘陵沟壑区作为黄土高原侵蚀产沙的主要发生部位,一直都是科学研究的热点区域。黄土丘陵沟壑区以黄土丘陵作为主要的地貌形态,依据地形地貌、侵蚀状况差异细分为5个副区,丘陵沟壑区地形破碎、沟壑纵横、植被稀疏、生态环境脆弱,水土流失极为严重,迫使黄土高原成为黄河泥沙主要来源区。为有效治理水土流失,改善生态环境,自上世纪50年代开始,黄土高原地区开展了一系列水土保持工作,尤其是1999年退耕还林(草)政策实施以来,黄土高原土壤侵蚀环境逐渐转好,土壤侵蚀强度不断降低,河流入黄泥沙锐减。探讨变化环境下的流域土壤侵蚀产沙特征及泥沙来源对黄土高原未来水土流失防控、黄河水沙调控具有重要意义。本研究通过以“黄土高原”、“Loess Plateau”、“淤地坝”和“Check dam”等为关键词检索并整理基于淤地坝沉积泥沙反演侵蚀产沙的相关历史文献,明晰黄土丘陵沟壑各副区在退耕还林(草)政策实施前后及不同时段流域产沙强度变化特征;经遥感解译及实地调研,在大理河和皇甫川流域各选4座具有一定淤积年限的“闷葫芦”坝,根据泥沙淤积特性划分旋廻层次并采集样品,通过大水对应大沙原则,将旋廻层次与次降雨事件对应,建立淤地坝侵蚀产沙时间序列,反演流域侵蚀产沙过程,明确不同时期流域侵蚀产沙强度变化特征;将典型坝控流域内不同土地利用方式划分潜在物源类型,同时依据土壤特性应用统计学方法筛选具有诊断能力的指纹因子的最优组合,通过多元混合模型求解各源地泥沙贡献,明确坝控流域主要侵蚀热点区域,为区域水土流失防控与水保措施精准配置提供科学依据。主要结论如下:(1)退耕还林(草)政策的实施有效降低黄土高原丘陵沟壑各副区侵蚀产沙强度。与退耕前相比,退耕后丘1区、丘2区、丘3区和丘5区流域产沙强度分别下降了48.4%、80.2%、60.6%和43%,退耕后各副区产沙强度大小关系为丘1区>丘2区>丘3区>丘5区;各副区侵蚀强度由退耕前的极强烈侵蚀、剧烈侵蚀、强烈侵蚀和中度侵蚀转变为退耕后的强烈侵蚀、中度侵蚀、轻度侵蚀和轻度侵蚀,但各副区侵蚀程度仍高于西北黄土高原地区的容许土壤流失量。(2)大理河流域和皇甫川流域典型淤地坝的侵蚀产沙强度差异显著。大理河流域各典型坝年均产沙强度关系为李家洼坝(14995t·km-2·a-1)>吉利坪坝(8899t·km-2·a-1)>红砂石畔坝(7792t·km-2·a-1)>杜家河坝(3963t·km-2·a-1),皇甫川流域各典型坝年均产沙强度表现为:忽鸡图坝(19630t·km-2·a-1)>小石拉塔(17216t·km-2·a-1)>杨家沟坝(10610t·km-2·a-1)>乌兰沟坝(10545t·km-2·a-1)。大理河典型流域退耕前年均产沙强度为8288t·km-2·a-1,退耕后年均产沙强度为5230t·km-2·a-1,退耕后流域产沙强度减少36.9%;皇甫川退耕前后典型坝控流域的年均产沙强度分别为17315t·km-2·a-1和13459t·km-2·a-1,退耕后流域产沙强度降低了22.3%。对比大理河和皇甫川典型坝控小流域年均侵蚀产沙强度发现,退耕还林(草)实施前后,皇甫川典型坝控流域产沙强度均远高于大理河流域。(3)在大理河和皇甫川流域选择杜家河坝和忽鸡图坝两个典型坝控小流域,将侵蚀物源均划分为三种类型,其中杜家河坝分为坡草地、耕地和陡坡沟壁,最终筛选出的指纹因子最优组合为SOC、Sr、Xfd和Eu,该组合正确的对85.2%的源地样点进行了分类,通过多元混合模型计算出各源地泥沙贡献关系为陡坡沟壁(54%)>耕地(26%)>坡草地(20%);忽鸡图坝物源类型分为坡草地、林地和陡坡沟壁,指纹因子最优组合为Na、TN、SOC、Xfd、Zr、P和K,该组合正确的对95.4%的源地样点进行了分类,各源地泥沙贡献关系为陡坡沟壁(47%)>坡草地(31%)>林地(22%)。
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