黄河上游十大孔兑地区风水复合侵蚀产沙过程研究

发布时间：2017-12-29 19:14

  本文关键词：黄河上游十大孔兑地区风水复合侵蚀产沙过程研究　出处：《西安理工大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：土壤侵蚀会破坏生态环境,相比单一的侵蚀方式,复合侵蚀造成的土壤流失更为严重,其中风蚀与水蚀的复合是最为常见的一种复合方式。黄河上游的多沙粗沙区即为典型的风水复合侵蚀区。本论文以黄河上游十大孔兑地区东柳沟和西柳沟为研究对象,采用野外监测采样与室内模拟实验相结合的方法,系统地研究了区域侵蚀环境的变迁及水沙过程的变化,明确了复合外营力作用下流域沉积物的时空分布特征和输移过程;探讨了风水复合侵蚀规律,系统揭示了流域风力侵蚀和水力侵蚀的叠加作用;辨识了流域输入黄河泥沙的来源,量化了风力侵蚀和水力侵蚀对流域侵蚀产沙的贡献率。针对风蚀产沙和水蚀产沙的输移过程特征,开展了模拟降雨覆沙黄土坡面侵蚀产沙试验研究,辨识了覆沙黄土坡面和黄土坡面的侵蚀过程差异,揭示风蚀沉积对水蚀过程的影响和作用,推动了风水复合侵蚀过程的研究深化,为黄河多沙粗沙的治理提供了理论依据。本论文得到的主要结论如下:1)查明了风水复合侵蚀区下垫面的侵蚀特征。十大孔兑区域的主要土地利用特征为草地、沙地和耕地,2013年三种土地利用类型的面积分别占区域总面积的51.22%、21.42%和15.81%。自1980年以来,耕地、草地和建设用地的面积有增长趋势,林地和沙地有下降趋势,土地利用的变化主要发生在上游区域。伴随着土地利用的改变,区域的年际水沙关系也有较大变化,输沙的变幅大于径流。典型小流域西柳沟的径流量、输沙量和水沙关系均在1998年左右发生突变,变点前年径流量和年输沙量有较强的相关性,突变后年输沙量急剧减小。在这种侵蚀环境条件下,流域的土壤侵蚀强度的范围为2180.23 t/(km2·a)～17624.62 t/(km2·a),大部分属于强度和极强度土壤侵蚀,其中荒地(包括未利用地及沙地)和河道的侵蚀模数最高,耕地最低。从流域上游至下游,土壤侵蚀模数有减少的趋势。2)阐明了风水复合侵蚀区动力的时空分布。十大孔兑区域的侵蚀力在年内分布存在两个峰值,分别为3～5月的风季和7～9月的雨季,其中3～5月平均风速为5.4 m/s～6m/s,7～9月平均降雨量为31.67mm～74.06mm。通过有效侵蚀力的计算及叠加,十大孔兑区域的年均侵蚀力能量为:风蚀813.67 J·d/m2,水蚀1425.0 J·d/m2;其中3～5月侵蚀能量占全年总侵蚀能量的23.71%;7～9月侵蚀能量占全年总侵蚀能量的54.52%。在这种复合外营力的作用条件下,风季和雨季的主要侵蚀物质也有所差异。3月份径流中的悬移质则增加了极细沙和细沙,分别33.93%和28.56%,相应粉粒含量下降为36.36%。7、8月份流域出口站悬移质主要以粉粒为主,占有89.45%的构成;3)明确了风水复合侵蚀流域沉积物的分布特征、物质来源以及动力分配。东柳沟流域上游丘陵区的沉积物粒径范围为0.25mm～0.6mm,平均d50为0.47 mm;中游沙漠区和下游农田区的沉积物较细,粒径范围为在0.1mm～0.2mm,平均d50为0.18mm,而进入黄河的物质的主要构成为d50为0.093mm的丘陵区物质和d50为0.01mm沙漠区物质。基于物质守恒定律,通过Weibull函数对沉积物级配曲线的拟合,发现整个流域河道内的沉积物主要来自于丘陵区,在沉积物中比例约为78%,而来自沙漠区的物质约占22%;侵蚀这些物质的主要动力为风力,贡献约为72%,水蚀约为28%。但是在丘陵区,主要的侵蚀动力为水蚀,占该区域侵蚀能量的69.78%;而在沙漠区和农田区,主导侵蚀力为风蚀,分别占该区域侵蚀能量的74.54%和94.14%。由此可以得到风水复合侵蚀区土壤侵蚀的主要方式和区域为:丘陵区覆沙黄土坡面的降雨侵蚀过程。4)揭示了覆沙黄土坡面水蚀产沙过程的叠加作用机制。薄层风积覆沙格局显著的增加了黄土坡面的水蚀强度。随着覆沙质量的增加,覆沙黄土坡面会极大的延长初损历时。覆沙黄土坡面的主要侵蚀产沙物质为黄土,约占总侵蚀产沙量的83%;而所覆风沙的产沙量在产流3～5min出现峰值。坡面覆沙不仅增加了风沙作为侵蚀物质,还增强了对本底黄土的侵蚀:由于覆沙而额外增加的产沙量,是覆沙质量的64.15%～317.64%。相同降雨条件和覆沙质量条件下,覆沙格局从半坡覆沙变为全坡薄层覆沙,侵蚀产沙量增加了87.11%,其中黄土占的比重也从77.99%增加至92.37%。通过径流侵蚀功率与侵蚀风沙、黄土量的回归分析,发现侵蚀单位质量风沙所消耗的功率约为同质量黄土的1.19倍,这种差异会受到雨强、初始产流时间、覆沙质量、覆沙格局等因素的影响。相同的降雨和覆沙量条件下,薄层覆沙侵蚀能量增大,且侵蚀能耗较小的黄土的比例增加,因此薄层覆沙黄土坡面较黄土坡面的水蚀产沙更为严重。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P333

【参考文献】

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本文编号：1351490