【摘要】：黃土高原是我國(guó)土壤侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū),其侵蝕泥沙主要來(lái)源于小流域的坡溝系統(tǒng),因此研究小流域的侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律及其泥沙來(lái)源對(duì)于建立流域尺度的侵蝕預(yù)報(bào)模型和優(yōu)化坡溝治理結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義。本研究以陜西省橫山縣寨子峁淤地壩為研究對(duì)象,采集了流域內(nèi)坡耕地、草地、溝壁、支溝溝道和壩地泥沙沉積旋忯十樣,基于實(shí)測(cè)淤積層厚度、137Cs含量、土壤粒徑指標(biāo)和歷史降雨資料,建立了壩地沉積旋忯層的時(shí)間序列,駐于三種泥沙來(lái)源混合模型的結(jié)果,研究了黃土高原小流域侵蝕環(huán)境的演變特征,揭示了小流域侵蝕泥沙過(guò)程及其來(lái)源的變化規(guī)律,運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)的方法明確了不同泥沙來(lái)源模型的計(jì)算精度和可靠性,主要結(jié)論如下:(1)基于土壤粒徑、~(137)Cs含量、實(shí)測(cè)淤積層厚度以及歷史降雨資料,建立了淤地壩沉積物的時(shí)間坐標(biāo),闡明了淤地壩的淤積過(guò)程。該淤地壩在運(yùn)行期間(2006年至2017年7月)共攔蓄泥沙664000t左右,其壩控流域內(nèi)多年平均侵蝕模數(shù)為14000 t/(km2 a)。年侵蝕量有顯著性差異,其峰值出現(xiàn)在2016年,攔蓄了約93370t泥沙。在觀(guān)測(cè)期內(nèi)侵蝕性降雨主要集中在降雨最為12-15mm、15-20mm和20-30mm的降雨事件,占總降雨場(chǎng)次的78.76%。(2)基于壩地沉積物營(yíng)養(yǎng)元素和粒徑指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析,闡明了營(yíng)養(yǎng)兒素和粒徑指標(biāo)隨著淤地壩運(yùn)行的動(dòng)態(tài)變化。在觀(guān)測(cè)期內(nèi),壩地沉積泥沙的總氮含量與總磷含景呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為1.00,而有機(jī)碳含量與總氮含量、總磷含量相關(guān)系數(shù)為0.199(P0.01)。隨著淤地壩的運(yùn)行,在相似降雨量條件下壩地泥沙顆粒有細(xì)化趨勢(shì):有機(jī)碳含量和總氮含量均呈現(xiàn)了不同程度的減小趨勢(shì):總磷含量?jī)汉鯖](méi)有變化。(3)基于泥沙源地土壤理化性質(zhì)的統(tǒng)計(jì),建立了 Collins、MIXSIAR和Modified Hughe三種泥沙來(lái)源混合模型,解析了壩控小流域的泥沙來(lái)源。在該研究區(qū)內(nèi),泥沙來(lái)源的最佳因子組合是Zn+Mg+Mn+d(0,1),總辨別率達(dá)83.1%。該淤地壩壩地泥沙的平均貢獻(xiàn)率分別是溝壁54.22%、坡耕地23.56%、草地15.54%和支溝溝道6.68%。在暴雨事件下,坡耕地與草地的攔沙能力發(fā)生變化。在次降雨條件下,四泥沙源地的平均產(chǎn)沙量分別是溝壁4321.9lt、坡耕地1795.43t、草地1167.13t和支溝溝道531.38t。(4)建立了基于相對(duì)誤差、決定性系數(shù)、一致性指數(shù)等指標(biāo)的泥沙來(lái)源模型綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,綜合評(píng)價(jià)了三個(gè)模型的擬合效果。在評(píng)價(jià)體系中,最敏感的指標(biāo)是相對(duì)平方均方誤差MSESQ,最不敏感的指標(biāo)是相對(duì)對(duì)數(shù)均方誤差MSELN。在整體上,Modified Hughe模型的擬合效果最佳,其次是Collins模型,MIXSIAR模型的擬合效果較差。在12-15mm降雨量條件下MIXSIAR模型的擬合效果最佳,在15-40mm降雨量條件下Modified Hughe模型的擬合效果最佳,在大于40mm降雨量條件下Collins模型的擬合效果最佳。
【圖文】：

安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文以陜西省橫山縣寨子峁淤地壩為研究對(duì)象，首先采集不同泥沙源區(qū)土壤樣品及壩地泥沙沉積旋忯土壤樣品，并收集其淤地壩資料、歷史降雨資料。將采集的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，按照不同實(shí)驗(yàn)的需求篩分土樣，測(cè)定其理化性質(zhì)，主要包括土壤容重、粒徑組成、養(yǎng)分含量、137Cs 含量及部分重金屬含量的測(cè)定。基于大雨對(duì)大沙的原則反演壩控流域的侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程，利用不同泥沙來(lái)源混合模型定量計(jì)算其相對(duì)泥沙貢獻(xiàn)率，最終計(jì)算不同模型的綜合得分，從而得到模型的適用性評(píng)價(jià)。本研究的技術(shù)路線(xiàn)圖如 1-1 所示。1.5 技術(shù)路線(xiàn)

2 試驗(yàn)材料與方法2.1 研究區(qū)概況元坪小流域[63]位于陜西省榆林市橫山縣南部，距縣城約 l0 公里，屬無(wú)定河一級(jí)支流蘆河的一級(jí)支溝，流域面積 131.4 平方公里，相對(duì)高差 369 米，為黃土丘陵溝壑第 I 副區(qū)，流域地形支離破碎，水土流失十分嚴(yán)重，年侵蝕模數(shù)為 13000t/(km2·a)。其氣候?qū)俦睖貛Ц珊蛋敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，極端最高氣溫 38.4℃，極端最低氣溫-29℃，多年平均氣溫 8.60℃，無(wú)霜期約為 145 天，年蒸發(fā)量約為 2088mm，封凍日在 11月下旬，封凍期一般為 4 個(gè)月。流域降水特點(diǎn)為年際變化大，年內(nèi)分布不均，且多以暴雨形式出現(xiàn)，，多年平均降水量 397.8mm。據(jù)觀(guān)測(cè)，流域最大年徑流量達(dá) 532.1 萬(wàn) m3，最小年徑流量?jī)H 126.1 萬(wàn) m3，多年平均年徑流量為 303.4 萬(wàn) m3，多年平均汛期(6-9 月)徑流量為 197.2 萬(wàn) m3。本文的研究對(duì)象是橫山縣寨子峁淤地壩，位于元坪小流域中游，壩控流域面積3.6km2，設(shè)計(jì)壩高 20m，總庫(kù)容為 95.4 萬(wàn) m3，淤積年限為 20 年，工程于 2004 年 11 月 10 日開(kāi)始動(dòng)工，于 2005 年 9 月 30 日工程全部竣工，流域及淤地壩的地理位置如圖 2-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S157.1

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本文編號(hào)：2695214