裸露砒砂岩区人工植被对水力侵蚀的调控机制研究
发布时间：2021-07-27 02:43
黄河流域的生态保护和高质量发展,是我国新时代生态文明建设的重要内容。裸露砒砂岩区是黄河粗沙集中来源区,研究该区人工植被对水力侵蚀的调控机制,对于科学指导植被建设和减轻泥沙入黄有重要现实意义。本文选取裸露砒砂岩区的鲍家沟小流域为研究区,在坡面尺度上,通过径流小区监测与野外放水冲刷试验,明确了裸露砒砂岩区坡面的侵蚀产沙规律、微地形变化过程和水动力学特征,分析了降雨和植被对坡面产流产沙过程的影响;以裸露砒砂岩区主要的人工植被为研究对象,从降雨截留、土壤水文物理性质、土壤抗蚀性和土壤质量方面,系统的研究了人工植被的径流调控机制,构建了裸露砒砂岩区土壤质量评价最小数据集;在流域尺度上,基于研究区土壤、地形和土地利用/植被覆盖数据,构建了流域地理信息数据库,结合地统计学的理论和方法,研究了人工植被格局和地形因素对土壤质量空间异质性的影响。运用景观生态学理论和空间分析方法,对小流域植被格局和水力侵蚀空间分异规律进行了分析,揭示了植被格局与地形因子对小流域水力侵蚀的耦合影响机制。研究得出了以下结论:（1）研究区的降雨类型分为长历时暴雨、长历时中到大雨、短历时暴雨,短历时的小到中雨4类,降雨会显著改变裸...
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２复合坡面示意图??Ｆｉｇ．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｓｌｏｐｅ??
件，保证坡度（１０°）和冲刷流??量（８０Ｌ／ｈ）相同条件下，设置０％、１５％和３０％的３水平植被盖度冲刷试验，植被??盖度通过拍照二值化处理，利用Ｅｎｖｉ软件计算。以上试验均在天然草地坡面上进行，??试验前需对坡面植被和微地形进行处理，用ＫＭｎ０４染色法测量流速。冲刷时间为??３０ｍｉｎ，沿坡面每隔２０ｃｍ布设观测断面一个，产流后每隔３ｍｉｎ收集１次径流泥沙??样，并测量１次坡面流速和过水断面宽度，取３次测量结果的平均值记录。??＿＿??⑷坡面微地形观测?（ｂ）自然坡面冲刷??图３坡面侵蚀形态及冲刷试验??Ｆｉｇ．３?Ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｅｒｏｓｉｏｎ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ａｎｄ?ｒｕｎｏｆｆ?ｓｃｏｕｒｉｎｇ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??计算参数：包括雷诺数、弗劳德数、径流水深、阻力系数、水流剪切力、水流??功率等，计算公式如下??雷诺数计算公式为：??Ｒｅ?＝?—?（１）??Ｕ??式中，为雷诺数，Ｖ为水流流速，单位ｍ／ｓ。Ｒ为水力半径ｍ，?Ｍ为水运动粘??滞系数，单位ｍ２／ｓ。??弗劳德数计算公式为：??Ｆｒ＝７Ｔｋ?（２）??式中，Ｆｒ为弗劳德数，ｈ为径流水深，单位ｍ，ｇ为重力加速度，单位ｍ２／ｓ??径流水深计算公式为：??
?内蒙古衣业大学博士学位论文?１７??ｈ?＝?ｉ?（３）??ｄｖ??式中，ｇ为流量，单位ｍ３／ｓ．ｄ为坡面径流宽，单位ｍ??阻力系数计算公式为：??／?＝斧?（４）??ｖ２??式中，／为阻力系数。??水流剪切力计算公式为：??ｔ?＝?ＰＲＪ?（５）??式中，为水流剪切力，’单位Ｐａ；Ｐ为水流容重，一般用１００００Ｎ／ｍ３；Ｊ为能坡??水流功率计算公式为：??ＣＤ?＝?ＴＶ?（６）??为水流功率，单位Ｎ／（ｍ－ｓ）??曼宁粗糙系数计算公式为：??（７）??Ｖ??式中，／？为径流深，Ｊ为坡降，ｖ为流速，单位ｍ／ｓ。??２．２．２人工植被对径流调控机制研究??２．２．２．１样地布设??研宄流域面积约为１２．６７ｋｍ２，结合流域地形图与森林资源二类调查成果，采取??网格法与随机法相结合的方法，在流域内布设典型样地１５０个，在样地内进行植被??调查和土壤取样。??Ｉ￣￣Ｌ＿！＿＿Ｉ＿Ｉ＿！＿Ｉ＿Ｉ＿Ｉ?Ｉ?．?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??（ａ）取样点分布?（ｂ）流域影像图??图４取样点分布及研究区影像图??Ｆｉｇ．４?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓａｍｐｌｅ?ａｎｄ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｗａｔｅｒｓｈｅｄ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]秦岭地区土壤侵蚀时空变化及景观格局[J]. 郭思琪,韩磊,赵永华,员学锋,王达,李蕴琪. 生态学杂志. 2019(07)
[2]露天煤矿排土场复垦区不同植被类型土壤质量评价[J]. 李叶鑫,吕刚,王道涵,谢伟,李朝辉,杜昕鹏,董亮,刁立夫. 生态环境学报. 2019(04)
[3]黄土丘陵区植被类型和降雨对坡面侵蚀产沙的影响[J]. 朱燕琴,赵志斌,齐广平. 水土保持学报. 2019(02)
[4]流域景观格局对土壤保持服务的影响[J]. 张金茜,柳冬青,钱彩云,巩杰,李红瑛. 中国环境科学. 2019(03)
[5]坡度对紫红色砒砂岩击溅侵蚀的影响[J]. 郭雒敏,李晓丽,王文,张赢,常平. 中国水土保持科学. 2019(01)
[6]黄土丘陵区小流域典型造林整地工程土壤水分特征曲线模拟[J]. 于洋,卫伟,陈利顶,冯天骄,杨磊,陈蝶. 生态学报. 2018(18)
[7]黑土耕作层土壤pH空间变异及自相关分析[J]. 高凤杰,鞠铁男,吴啸,王钰尭,李昕哲,樊平,栾天,周军. 土壤. 2018(03)
[8]砒砂岩侵蚀机理研究与展望[J]. 姚文艺,李长明,张攀,王愿昌. 人民黄河. 2018(06)
[9]黑土农田极端侵蚀对土壤质量及作物产量的影响[J]. 鄂丽丽,胡伟,谷思玉,陈帅,翟星雨,杨润城,张兴义. 水土保持学报. 2018(02)
[10]沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质影响[J]. 王浩,杨方社,李怀恩,刘兴誉,马艺坤,张鸿敏,韩琛. 水土保持学报. 2017(05)
博士论文
[1]黄土高原退耕还林前后流域土壤侵蚀时空变化及驱动因素研究[D]. 陈浩.西北农林科技大学 2019
[2]黄土区地貌与植被格局的侵蚀动力过程试验研究[D]. 张霞.西安理工大学 2018
[3]黄河中游皇甫川水沙变化及其对气候和人类活动的响应[D]. 李二辉.西北农林科技大学 2016
[4]黄河中游多沙粗沙区侵蚀产沙变化特征及影响因子分析[D]. 张含玉.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) 2016
[5]土壤可蚀性动态变化机制与土壤可蚀性估算模型[D]. 王彬.西北农林科技大学 2013
[6]黄土地区流域森林植被格局对侵蚀产沙过程的调控研究[D]. 秦富仓.北京林业大学 2006
本文编号：3304906
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２复合坡面示意图??Ｆｉｇ．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｓｌｏｐｅ??
件，保证坡度（１０°）和冲刷流??量（８０Ｌ／ｈ）相同条件下，设置０％、１５％和３０％的３水平植被盖度冲刷试验，植被??盖度通过拍照二值化处理，利用Ｅｎｖｉ软件计算。以上试验均在天然草地坡面上进行，??试验前需对坡面植被和微地形进行处理，用ＫＭｎ０４染色法测量流速。冲刷时间为??３０ｍｉｎ，沿坡面每隔２０ｃｍ布设观测断面一个，产流后每隔３ｍｉｎ收集１次径流泥沙??样，并测量１次坡面流速和过水断面宽度，取３次测量结果的平均值记录。??＿＿??⑷坡面微地形观测?（ｂ）自然坡面冲刷??图３坡面侵蚀形态及冲刷试验??Ｆｉｇ．３?Ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｅｒｏｓｉｏｎ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ａｎｄ?ｒｕｎｏｆｆ?ｓｃｏｕｒｉｎｇ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??计算参数：包括雷诺数、弗劳德数、径流水深、阻力系数、水流剪切力、水流??功率等，计算公式如下??雷诺数计算公式为：??Ｒｅ?＝?—?（１）??Ｕ??式中，为雷诺数，Ｖ为水流流速，单位ｍ／ｓ。Ｒ为水力半径ｍ，?Ｍ为水运动粘??滞系数，单位ｍ２／ｓ。??弗劳德数计算公式为：??Ｆｒ＝７Ｔｋ?（２）??式中，Ｆｒ为弗劳德数，ｈ为径流水深，单位ｍ，ｇ为重力加速度，单位ｍ２／ｓ??径流水深计算公式为：??
?内蒙古衣业大学博士学位论文?１７??ｈ?＝?ｉ?（３）??ｄｖ??式中，ｇ为流量，单位ｍ３／ｓ．ｄ为坡面径流宽，单位ｍ??阻力系数计算公式为：??／?＝斧?（４）??ｖ２??式中，／为阻力系数。??水流剪切力计算公式为：??ｔ?＝?ＰＲＪ?（５）??式中，为水流剪切力，’单位Ｐａ；Ｐ为水流容重，一般用１００００Ｎ／ｍ３；Ｊ为能坡??水流功率计算公式为：??ＣＤ?＝?ＴＶ?（６）??为水流功率，单位Ｎ／（ｍ－ｓ）??曼宁粗糙系数计算公式为：??（７）??Ｖ??式中，／？为径流深，Ｊ为坡降，ｖ为流速，单位ｍ／ｓ。??２．２．２人工植被对径流调控机制研究??２．２．２．１样地布设??研宄流域面积约为１２．６７ｋｍ２，结合流域地形图与森林资源二类调查成果，采取??网格法与随机法相结合的方法，在流域内布设典型样地１５０个，在样地内进行植被??调查和土壤取样。??Ｉ￣￣Ｌ＿！＿＿Ｉ＿Ｉ＿！＿Ｉ＿Ｉ＿Ｉ?Ｉ?．?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??（ａ）取样点分布?（ｂ）流域影像图??图４取样点分布及研究区影像图??Ｆｉｇ．４?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓａｍｐｌｅ?ａｎｄ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｗａｔｅｒｓｈｅｄ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]秦岭地区土壤侵蚀时空变化及景观格局[J]. 郭思琪,韩磊,赵永华,员学锋,王达,李蕴琪. 生态学杂志. 2019(07)
[2]露天煤矿排土场复垦区不同植被类型土壤质量评价[J]. 李叶鑫,吕刚,王道涵,谢伟,李朝辉,杜昕鹏,董亮,刁立夫. 生态环境学报. 2019(04)
[3]黄土丘陵区植被类型和降雨对坡面侵蚀产沙的影响[J]. 朱燕琴,赵志斌,齐广平. 水土保持学报. 2019(02)
[4]流域景观格局对土壤保持服务的影响[J]. 张金茜,柳冬青,钱彩云,巩杰,李红瑛. 中国环境科学. 2019(03)
[5]坡度对紫红色砒砂岩击溅侵蚀的影响[J]. 郭雒敏,李晓丽,王文,张赢,常平. 中国水土保持科学. 2019(01)
[6]黄土丘陵区小流域典型造林整地工程土壤水分特征曲线模拟[J]. 于洋,卫伟,陈利顶,冯天骄,杨磊,陈蝶. 生态学报. 2018(18)
[7]黑土耕作层土壤pH空间变异及自相关分析[J]. 高凤杰,鞠铁男,吴啸,王钰尭,李昕哲,樊平,栾天,周军. 土壤. 2018(03)
[8]砒砂岩侵蚀机理研究与展望[J]. 姚文艺,李长明,张攀,王愿昌. 人民黄河. 2018(06)
[9]黑土农田极端侵蚀对土壤质量及作物产量的影响[J]. 鄂丽丽,胡伟,谷思玉,陈帅,翟星雨,杨润城,张兴义. 水土保持学报. 2018(02)
[10]沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质影响[J]. 王浩,杨方社,李怀恩,刘兴誉,马艺坤,张鸿敏,韩琛. 水土保持学报. 2017(05)
博士论文
[1]黄土高原退耕还林前后流域土壤侵蚀时空变化及驱动因素研究[D]. 陈浩.西北农林科技大学 2019
[2]黄土区地貌与植被格局的侵蚀动力过程试验研究[D]. 张霞.西安理工大学 2018
[3]黄河中游皇甫川水沙变化及其对气候和人类活动的响应[D]. 李二辉.西北农林科技大学 2016
[4]黄河中游多沙粗沙区侵蚀产沙变化特征及影响因子分析[D]. 张含玉.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) 2016
[5]土壤可蚀性动态变化机制与土壤可蚀性估算模型[D]. 王彬.西北农林科技大学 2013
[6]黄土地区流域森林植被格局对侵蚀产沙过程的调控研究[D]. 秦富仓.北京林业大学 2006
本文编号：3304906
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