本文選題：溝頭溯源侵蝕 + 土地利用��； 參考：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：黃土高塬溝壑區(qū)退耕還林還草措施實施以來,該區(qū)土地利用方式與植被覆蓋發(fā)生了顯著變化,部分小流域土壤侵蝕環(huán)境得到根本性改善,水土流失得到有效控制。但高塬溝壑區(qū)高強度暴雨徑流對塬面的破壞蠶食作用依然強烈,土地利用方式的改變,對溝頭溯源侵蝕過程的作用機制目前并不明確。本文以黃土高塬溝壑區(qū)農(nóng)地棄耕后的典型自然恢復(fù)草地和灌草地為研究對象,建立“溝頭-塬面”實體模型,以農(nóng)地為對照,采用野外人工“模擬降雨+放水沖刷”試驗方法,結(jié)合照片三維重建技術(shù),對比分析了不同土地利用溝頭土體土壤理化性質(zhì)及根系分布特征,闡述了土地利用、塬面坡度和溝頭高度對溯源侵蝕徑流產(chǎn)沙及塬面泥沙貢獻率、徑流水動力特征、重力侵蝕及溝頭形態(tài)演化過程的影響,揭示了土地利用方式對溝頭溯源侵蝕過程的作用機制。為黃土高塬溝壑區(qū)“固溝保塬”及區(qū)域土壤侵蝕模型建立提供科學(xué)依據(jù)。獲得以下主要結(jié)論:(1)農(nóng)地溝頭平均徑流率和徑流含沙量變化范圍為14.060~14.750 L·h-1和0.054~0.077 g·mL-1,草地、灌草地上植被對溝頭溯源侵蝕的蓄水和減沙效益分別為17.50%~21.91%、15.77%~27.38%和70.37%~71.93%、56.58%~62.96%。徑流率及徑流含沙量均隨塬面坡度和溝頭高度的增大而增大,農(nóng)地、灌草地上,9°塬坡小區(qū)徑流率和徑流含沙量較3°塬坡小區(qū)分別增加了4.91%、21.67%和41.80%、45.81%,1.5m溝頭高度小區(qū)徑流率和徑流含沙量較1.2 m分別增加了4.15%、14.86%和40.74%、65.00%。草地和灌草地溝頭溯源侵蝕徑流含沙量變異系數(shù)較農(nóng)地分別增加了67.81%~95.31%和41.16%~155.93%。(2)闡明了塬面泥沙對溝頭溯源侵蝕產(chǎn)沙貢獻率特征。農(nóng)地塬面泥沙貢獻率為12.70%~26.31%,相同條件下,草地和灌草地小區(qū)塬面泥沙貢獻率較農(nóng)地分別降低24.76%~43.09%和52.25%~62.18%。塬面泥沙貢獻率隨坡度的增大而增大,隨溝頭高度的增大而降低,在農(nóng)地和灌草地上,9°塬坡塬面泥沙貢獻率是3°塬坡的1.36倍和1.19倍,1.5 m溝頭小區(qū)塬面泥沙貢獻率是1.2 m溝頭小區(qū)的65.77%和71.82%。(3)不同處理溝頭徑流流型均為紊流,流態(tài)均呈急流。農(nóng)地溝頭徑流剪切力、徑流功率、單位徑流功率、斷面比能變化范圍分別為5.70~9.77 N·m-2、2.45~5.48 W·m-2、0.0230~0.0920 m·s-1、0.0212~0.0299 m,相同條件下草地和灌草地上各參數(shù)分別較農(nóng)地降低8.32%~52.35%、38.99%~68.56%、31.24%~37.02%、51.06%~53.18%和-5.11%~51.75%、27.92%~72.16%、22.75%~41.35%、37.40%~58.29%。農(nóng)地溝頭射流水平出射動能、溝頭跌水剪切力變化范圍0.570~1.005 J、356.88~434.61 N·m-2,相同條件下草地和灌草地各參數(shù)分別降低了63.30%~64.41%、7.00%~16.00%和47.33%~70.57%、6.17%~22.06%。不同土地利用條件下,溯源侵蝕產(chǎn)沙率與水力學(xué)參數(shù)相關(guān)性普遍不顯著。(4)溝頭溯源過程中重力侵蝕形式主要包括崩塌、滑塌、泥流、傾倒和沖落等,其中崩塌占據(jù)主導(dǎo)地位,各處理崩塌次數(shù)占重力侵蝕頻次的61.90%~100%。農(nóng)地、草地和灌草地溝頭重力侵蝕頻次分別為21~33次、14~17次和18~45次,不同處理下重力侵蝕事件集中時段均不相同,表現(xiàn)出一定的隨機性。重力侵蝕發(fā)生的時間分布表現(xiàn)出階段性規(guī)律,提出了“重力侵蝕時間速率”的概念,即同一階段內(nèi)相鄰2次重力侵蝕事件所隔時間(min)”,0~180min內(nèi)這一速率呈“增減”循環(huán)變化趨勢。重力侵蝕主要發(fā)生在溝頭上部,占重力侵蝕總事件數(shù)的52.38%~100%。根據(jù)崩塌位置及崩塌后的溝頭形態(tài)變化,將崩塌事件劃分為溝頭、溝坡和溝壁崩塌3種類型,農(nóng)地、草地和灌草地溝頭崩塌頻率分別為7.69%~35.00%、15.38%~27.27%和16.67%~35.71%,溝頭高度為1.2m時,溝頭崩塌頻率以灌草地最大,農(nóng)地最小。3種土地利用溝壁崩塌頻率分別為55.00%~92.31%、23.08%~36.36%和38.89%~50%,相同條件下,溝壁崩塌頻率以農(nóng)地最大。(5)植被對溝頭前進過程具有顯著地抑制效應(yīng),試驗條件下,農(nóng)地溝頭前進速率變化范圍0.99~2.08 cm·min-1,相同條件下草地和灌草地溝頭前進速率較農(nóng)地分別降低了85.39%~88.58%和72.47%~81.47%。塬面坡度和溝頭高度增大可促進溝頭溯源前進,在農(nóng)地和灌草地上,9°塬面溝頭前進速率較3°塬面分別增加了110.67%和41.84%,1.5 m溝頭前進速率分別是1.2 m溝頭的1.60倍和1.37倍。不同土地利用溝頭前進主導(dǎo)驅(qū)動力不同,農(nóng)地溝頭主要通過徑流沖刷作用導(dǎo)致溝頭前進,而草地和灌草地溝頭前進過程與溝頭崩塌密切相關(guān)。相比于農(nóng)地,草地和灌草地溝頭土體根系密集分布、土壤滲透系數(shù)增大、崩解速率減小、有機質(zhì)含量增高和水穩(wěn)性大團聚體含量增多等是其溝頭前進速率遠低于農(nóng)地的主要原因,而草地細根(0.5 mm)根系密度及根長密度較大可能是其溝頭前進速率低于灌草地溝頭的主要原因。
[Abstract]:Since the implementation of the measures for returning farmland to forest and grassland in the Loess Plateau Gully Area, the land use mode and vegetation cover have changed significantly in this area. The soil erosion environment in some small basins has been fundamentally improved and the soil erosion has been effectively controlled. However, the high intensity rainstorm in the gully region of the highland gully area is still strong in the destruction of the tableland surface. The mechanism of the process of gully head retrogressive erosion is not clear at present. In this paper, the typical natural restoration grassland and irrigation grassland in the loess plateau gully area are studied. The model of "gully head - tableland surface" is established, and the artificial "simulated rainfall + water scouring" test method is adopted in the field. The physical and chemical properties of soil soil and root distribution characteristics of soil soil in different land use were compared and analyzed. The effects of land use, the slope and the height of the gully on the sediment and the sediment contribution rate of the traceable erosion path, the hydrodynamic characteristics, the gravity erosion and the evolution of the groove head morphology were expounded. The mechanism of the effect of land use on gully head traceability erosion process provides scientific basis for the establishment of "Gu Gou Bao Yuan" and the establishment of regional soil erosion model in the loess plateau gully area. The following main conclusions are obtained: (1) the change range of average runoff rate and runoff sediment content of the farmland gully head is 14.060~ 14.750 L H-1 and 0.054~0.077 G. ML-1, grassland and irrigation grassland. The benefits of water storage and sediment reduction of the upper vegetation on the gully head retrogressive erosion are 17.50%~21.91%, 15.77%~27.38% and 70.37%~71.93% respectively. The 56.58%~62.96%. flow rate and runoff sediment concentration increase with the increase of the slope and the height of the gully head. On the farmland and in the grassland, the runoff rate and runoff content in the 9 degree slope of the tableland are increased by 4.91 respectively. %, 21.67% and 41.80%, 41.80%, 45.81%, 1.5m head height cell flow rate and runoff sediment concentration increased by 4.15%, 14.86% and 40.74% respectively, respectively, and the variation coefficient of sediment concentration in 65.00%. grassland and grasses was increased by 67.81%~95.31% and 41.16%~155.93%. (2), respectively. In the same condition, the contribution rate of the sediment contribution rate of the grassland and the grassland area to the 24.76%~43.09% and the 52.25%~62.18%. tableland increased with the increase of the slope, and decreased with the increase of the height of the gully head. On the farmland and the irrigated grassland, the sediment of the tableland was 9 degrees on the tableland of 9 degrees. The contribution rate is 1.36 times and 1.19 times of the 3 degree slope, and the sediment contribution rate of the 1.5 m gully head district is the 65.77% and the 71.82%. (3) of the 1.2 m trench area. The flow patterns of the runoff are all turbulent and the flow patterns are all jet flow. The shear force, the power of runoff, the power of the unit runoff, and the range of cross section ratio are 5.70~9.77 N. M-2,2.45~, respectively. 5.48 W. M-2,0.0230~0.0920 m. S-1,0.0212~0.0299 m, under the same conditions, the parameters of grassland and grassland were lower than that of farmland 8.32%~52.35%, 38.99%~68.56%, 31.24%~37.02%, 51.06%~53.18% and -5.11%~51.75%, 27.92%~72.16%, and 22.75%~41.35%. .570~1.005 J, 356.88~434.61 N. M-2, under the same conditions, the parameters of grassland and grassland were reduced by 63.30%~64.41%, 7.00%~16.00% and 47.33%~70.57%, and the correlation of sediment yield to source erosion and hydraulics parameters was generally not significant under different land use conditions. (4) the form of gravity erosion in the process of trench head traceability mainly included collapse. The collapse, mudflow, dumping and flushing, among which the collapse occupies the dominant position, the frequency of gravity erosion in the 61.90%~100%. farming land, which deals with the frequency of gravity erosion, is 21~33 times, 14~17 times and 18~45 times respectively, and the concentration period of gravity erosion under different treatments is different, which shows a certain randomness. The time distribution of the occurrence of force erosion shows a phase law, and the concept of "time rate of gravity erosion" is put forward, that is, the time of 2 adjacent gravity erosion events in the same stage (min), and this rate in 0~180min shows a "increase or decrease" cycle trend. The main weight of gravity erosion occurs at the top of the trench, accounting for 5 of the total number of gravity erosion events. According to the change of the collapse position and the shape of the trench after the collapse, 2.38%~100%. divides the collapse events into 3 types: the trench head, the gully slope and the ditch wall collapse. The frequency of the head collapse of the farmland, the grassland and the grasses is 7.69%~35.00%, 15.38%~27.27% and 16.67%~35.71%, and the height of the gully head is 1.2m. The frequency of the trench head collapse is the largest in the grassland and the smallest.3 species in the farm land. The frequency of the land-use ditch wall collapse is 55.00%~92.31%, 23.08%~36.36% and 38.89%~50% respectively. Under the same conditions, the frequency of the collapse of the ditch wall is the largest in the farmland. (5) the vegetation has a significant inhibition effect on the process of the trench head advance. Under the experimental conditions, the change range of the advance rate of the farm land trench is 0.99~2.08 cm. Min-1. The grassland and the gully head under the same condition are the same conditions. The advance rate of the 85.39%~88.58% and 72.47%~81.47%. Tableland and the height of the trench can promote the trench head to advance, respectively. On the farmland and the irrigation grassland, the speed of the 9 degrees gully head is 110.67% and 41.84% higher than that of the 3 degree plateau respectively, and the 1.5 m trench head forward rate is 1.60 times and 1.37 times that of the 1.2 m ditch. With the difference of leading driving force in the trench head, the head of the farmland gully is mainly caused by the effect of runoff scouring, while the process of grass and grass irrigation is closely related to the collapse of the ditch. The increase of the large aggregate content of the water stability is the main reason for the advance rate of its trench head far below the farmland, but the root density and the root length density of the fine root (0.5 mm) may be the main reason for the advance rate of its trench head lower than that of the grasses.
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S157.1

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本文編號：1943496