陕北黄土洼聚湫沉积形态模拟研究

发布时间：2020-07-07 23:04

【摘要】：我国黄土高原地区是全世界最大的黄土沉积集中区,对该地区黄土的研究可以很好地反演第四纪以来全球环境变化。黄土天然或人工聚湫在沉积过程中记录着周边环境的变化,因此可以用于历史时期生态环境的恢复和推演,从事古环境重建研究。陕北黄土洼古聚湫历史久远,其在沉积过程中赋存了大量的信息,对黄土洼聚湫沉积形态的模拟研究可以有效重建黄土丘陵沟壑区的古环境。本研究从流域侵蚀产沙物理过程出发,通过分析淤地坝沉积物特征、地形特征及区域降雨特征,构建聚湫沉积模型,并对聚湫沉积类型进行初步划定。同时,探讨淤地坝水动力和地理环境重建问题,并以“7.26”榆林大暴雨洪涝灾害事件为切入点,进行沉积形态模拟和地表侵蚀的事件分析。主要结论有:(1)构建了聚湫沉积类型划分的依据—聚湫沉积模型。修订岔巴沟流域建立的次降雨侵蚀输沙模型,建立基于地形分维和侵蚀功率的黄土洼流域次降雨侵蚀产沙模型,并以平均容重进行数值转换,最终构建基于泥沙侵蚀量和径流量的聚湫沉积模型。其中,以盒维数法初次进行了黄土洼流域的地形分维计算,其分维值为2.0,对比陕北地区分维值,其结果可靠,可以用于相关研究。(2)划分了聚湫沉积的类型。以经验频率法将黄土洼流域侵蚀性雨量标准修订为9.2mm,并与1953-2017年年均日最大降雨量53.3mm,作为划分“标准聚湫”、“非标准聚湫”和“非聚湫”沉积区的参数。利用圆台体公式对黄土洼古聚湫沉积进行库容模拟,据此系统划分了沉积类型,结果为:坝地至1058.18m高程内为“标准聚湫”沉积区,1058.18m高程至1058.48m高程为“非标准聚湫”沉积区,1058.48m高程至沟头为“非聚湫”沉积区。(3)分析了坝地至阴Wl沟沟头4个剖面点上的1400个土壤样本粒度特征。粒级配比表现出坝地至沟头粘土、细粉砂平均含量逐渐减小,粗粒级平均含量有增大趋势,表明离侵蚀源地越远,沉积物中细颗粒物质越容易被运移,加之运移过程中碎屑物的磨圆作用,沉积物中粗颗粒也逐渐变细;同时,粒级变异系数与分级最大值的高相关性表明了粒级越粗,分选性越差,且从砂开始,沉积物分选需要的动能越来越大,由于纵比降减少、坝内沉积物的阻挡作用等,动能极具减少导致分选不充分,沉积物简单混合随即沉积在坝内。粒度参数分析结果表明从坝地到沟头,泥沙沉积层平均粒径越粗,分选性越差,频率分布曲线越对称,且曲线形态越中等。粒度频率曲线均表现出以单峰为主,双峰极少的特点,表明黄土洼流域以侵蚀沉积作用为主,风成作用对其影响极小;频率曲线图表现出以粉砂为主的碎屑颗粒占比越来越大,表明阴Wl沟主要粒径越来越粗。(4)利用沉积物粒度旋回规律对沉积模型进行了验证。以平均粒径最小值作为沉积旋回层结束的标志,对阴Wl沟划分了 21个沉积旋回层。沉积旋回层的“二元沉积”规律在空间分布上的变化,表现出离坝地越远,规律性越弱,按照规律明显程度,得出QA与QB剖面点之间近似为“标准聚湫”与“非标准聚湫”沉积区的分界,QB与QC剖面点之间近似为“非标准聚湫”与“非聚湫”沉积区的分界,对比聚湫沉积模型的沉积分类划定结果,认为地表土壤粒度分布特征对数学模型法划定结果进行了很好的验证。(5)揭示了淤地坝沉积区域内水动力差异规律及坝体运行机制。淤地坝水动力差异表现出:在淤地坝的沉积区域中,“标准聚湫”位于坝前,水动力微弱,以沉积为主;“非标准聚湫”位于河流入库区,水动力较强,沉积表现为三角洲形态;“非聚湫”位于沟道处,以侵蚀为主,沉积作用很弱。淤地坝在不同的运行状态下有着其特有的聚湫沉积分类特点,淤地坝从建立开始,“标准聚湫”区域范围逐渐减小,“非聚湫”区域逐渐增大;随之,淤地坝发挥的拦沙减蚀作用逐渐减弱;当坝库淤满时,淤地坝近似为沟道的“陡坎”,但相较于建坝前纵比降降低,水土流失防护作用增强。(6)分析了“7.26”榆林大暴雨洪涝灾害事件的土壤侵蚀特点。对“7.26”事件的沉积形态模拟分析,表明大暴雨产生的泥水体的高程为1058.76m,相对于坝地高72.95cm,属于“非聚湫”沉积区。对本次大暴雨的地表侵蚀情况进行分析,表明:其他条件一致的情况下,坡面上,随着高程的增大,容重越小,侵蚀越强;沟道内沿坝地至沟头,地表容重和平均粒径具有同步增减性,且容重是逐渐增大的;从沟中至两侧的粒级、粒度参数、容重分布没有明显趋势,其主要粒级统计表现出“M”型降低趋势,表明从沟中至两侧粒径有逐渐变细的趋势。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P512.2
【图文】：

黄土,位置图,概况

逦第２章研宄区概况与数据采集逦逡逑第２章研究区概况与数据采集逡逑２．１研究区概况逡逑２．１．１地理位置逡逑黄土洼流域位于北纬３７邋°邋１９＇、东经１０９邋°５Ｗ，地处陕北榆林市子洲县裴逡逑家湾镇黄土狐村，为子洲、绥德、清涧三县交界地带，属无定河支流淮宁河中游逡逑的庞家沟流域，控制面积３．１５ｋｍ２。据记载，地震造成九牛山山体滑塌，滑塌体阻逡逑塞沟道，拦截的泥沙堆积于坝前，形成了天然古聚漱，距今已有４４０余年的历史。逡逑

分布图,采样点,分布图,最佳采样

该采样点位于淤地坝西南部，无支沟汇入，经ＧＰＳ测定，采样点的坐逡逑标为３７°１８凡１１０°０（ＶＥ，海拔１０５９ｍ，地处坝地较低处，主要发生淤积，沉积层逡逑较厚较完整，为最佳采样点（图２－２，２－３）。逡逑二：．逦＼逡逑Ｐ＊＂＂＂］逦＼逦／逡逑？容逦Ｖ逦／逡逑０邋２５邋５０邋１００邋１５０邋ｍ逦＼逡逑图２－２阴抓沟采样点分布图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｐｏｉｎｔｓ邋ｏｆ邋Ｙｉｎｇｕａｇｏｕ逡逑１１逡逑

视景,全景图,样本,容重

Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ｐａｎｏｒａｍａ邋ｏｆ邋Ｙｉｎｇｕａｇｏｕ逡逑（ａ：邋ｇｕｌｌｙ邋ｓｉｇｈｔ；邋ｂｒｇｕｌｌｙ邋ｈｅａｄ邋ｓｉｇｈｔ；邋ｃｉｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｖｏｌｕｍｅ－ｗｅｉｇｈｔ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｓｌｏｐｅ）逡逑２．３样本与数据采集逡逑２．３．１容重样本逡逑容重样本采集分坡面和沟内两部分。坡面容重采样点选择在阴狐沟西南侧沟逡逑头附近的荒草与侧柏树混交植被坡，沿坡顶至坡中（图２－３邋（ａ）虚线部分坡段）逡逑长４２ｍ，海拔为１２０８ｍ至１１８７ｍ，样点布设间隔４ｍ坡长，高程间隔约２ｍ，东西逡逑距离５ｍ重复采样，共２０个样本，编号ＱＥ００１－ＱＥ０２０，采样坡面未发现有侵蚀（图逡逑２－３邋（ｃ））。沟内容重采样点均匀布设，分沟中线２７个样本，沟东西两侧１２个样逡逑本，共３９个样本，编号ＱＥ０２１－ＱＥ０６１。容重样本共计５９个（图２－２，图２－３邋（ｂ））。逡逑容重样本用环刀采集，为定体积测量土壤容重。采样方法为，将环刀用榔头逡逑

【参考文献】