极端暴雨条件下典型梯田侵蚀特征及防蚀效果

发布时间：2018-10-19 10:50

【摘要】：随着黄土高原退耕还林还草政策的实施,粮食安全、水安全与耕地资源紧张矛盾问题突出,黄土丘陵沟壑区发展梯田高效农业成为必然选择。目前,黄土丘陵沟壑区梯田高效农业主要形式有梯田大田、梯田大棚、梯田果园、川地农业等,由于全球气候变化影响,黄土高原干旱与水土流失矛盾进一步突出,极端天气、气候事件特别是极端降雨频繁发生,土壤侵蚀出现新的特征。梯田作为防治水土流失、发展农业的重要形式,在赋予梯田高效农业的同时导致梯田下垫面改变,在产汇流条件变化和极端暴雨双重作用下,梯田侵蚀灾害严重。本研究主要在2013年延安安塞地区发生的极端暴雨条件下,对黄土丘陵沟壑区典型高效农业梯田水土流失状况进行监测,分析梯田侵蚀规律及侵蚀影响因素,在此基础上提出了梯田防蚀技术建议,取得主要成果如下:1.气候变化背景下研究区的极端暴雨特性分析。研究区多年平均降雨为505.3 mm,而2013年研究区出现了极端降雨,百年未遇,基于中国气象科学数据共享网和安塞县气象局降雨资料分析结果表明,2013年研究区最大10 min雨强为1年一遇暴雨,最大20 min雨强为2年一遇暴雨,最大30 min和60 min雨强均为5年一遇暴雨,最大3 h和6 h雨强均为20年一遇暴雨,最大日降雨属于14年一遇暴雨,最大月降雨属于10 000年一遇暴雨,2013年总降水量属于500年一遇标准。2013年6~9月降雨特点为雨期降雨强度相对低但历时长、频率高。研究区2014年雨期降雨为372.5mm,主要以长历时的侵蚀性降雨为主,侵蚀性降雨达到总降雨量的80%左右。上述结果表明,气候变化背景下研究区极端暴雨事件突显,严重威胁梯田高效农业的发展。2.极端暴雨条件下不同梯田高效农业形式的水沙调控效果差异较大。在2013年6~9月极端暴雨条件下,由于梯田大田缺乏水沙调控措施,径流由顶部向底部汇集,导致侵蚀异常严重,平均土壤侵蚀模数为23 921 t/km2;在梯田上种植苹果树修建水窖以后,在水窖、地表作物等因素的调控下,平均土壤侵蚀模数为2177 t/km2,较梯田大田减少侵蚀模数21 744 t/km2;在梯田上修建大棚以后,由于大棚棚面集流系数高,平均每一级梯田侵蚀模数为18 269 t/km2,较梯田大田减少侵蚀模数5 625 t/km2。2014年通过在梯田大棚上修建水沙调控系统后,棚面降雨径流被拦截贮存起来,土壤侵蚀的原动力被消除,仅发生轻微面蚀,防蚀效果达100%。3.极端暴雨条件下典型梯田侵蚀特点分析。梯田水窖苹果地土壤侵蚀等级都在中度侵蚀以下,侵蚀较轻。梯田大田由顶部到底部轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀、剧烈侵蚀等各种土壤侵蚀等级都存在,其中极强度侵蚀以上的梯田面积占总面积的64.26%。梯田大棚大棚棚面径流量占总径流量的84%~92%,其对梯田侵蚀具有决定性作用,大棚棚面径流量与侵蚀量成对数关系,每一级梯田侵蚀等级都在极强度侵蚀以上。4.梯田防蚀措施建议。梯田大田应控制在5级以内,各种防蚀措施应该完善,如田埂修建完整、结实,田内严禁裸地,有条件地方可修建反坡梯田;当梯田级数超过5级时,应该因地制宜修建排水渠道、水窖等径流调控设施。梯田大棚修建集流系统后应该对大棚外侧土地合理利用如种植柳枝稷过滤地表径流,棚内安装滴灌系统等;大棚棚面面积与梯田面积之比应该控制在0.4~0.5之间。对于梯田水窖苹果地建议定期对集流面和水窖运行情况进行检查、维护,雨季应及时对梯田田埂进行修整,不建议对梯田内的枯枝落叶和梯壁杂草进行清理。综上所述,在气候变化条件下,极端暴雨事件突显,梯田设计标准应提高。
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【学位授予单位】：中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S157

【参考文献】