本文關(guān)鍵詞：黃河上游十大孔兌地區(qū)風(fēng)水復(fù)合侵蝕產(chǎn)沙過程研究　出處：《西安理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：土壤侵蝕會破壞生態(tài)環(huán)境,相比單一的侵蝕方式,復(fù)合侵蝕造成的土壤流失更為嚴(yán)重,其中風(fēng)蝕與水蝕的復(fù)合是最為常見的一種復(fù)合方式。黃河上游的多沙粗沙區(qū)即為典型的風(fēng)水復(fù)合侵蝕區(qū)。本論文以黃河上游十大孔兌地區(qū)東柳溝和西柳溝為研究對象,采用野外監(jiān)測采樣與室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地研究了區(qū)域侵蝕環(huán)境的變遷及水沙過程的變化,明確了復(fù)合外營力作用下流域沉積物的時(shí)空分布特征和輸移過程;探討了風(fēng)水復(fù)合侵蝕規(guī)律,系統(tǒng)揭示了流域風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕的疊加作用;辨識了流域輸入黃河泥沙的來源,量化了風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕對流域侵蝕產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)率。針對風(fēng)蝕產(chǎn)沙和水蝕產(chǎn)沙的輸移過程特征,開展了模擬降雨覆沙黃土坡面侵蝕產(chǎn)沙試驗(yàn)研究,辨識了覆沙黃土坡面和黃土坡面的侵蝕過程差異,揭示風(fēng)蝕沉積對水蝕過程的影響和作用,推動(dòng)了風(fēng)水復(fù)合侵蝕過程的研究深化,為黃河多沙粗沙的治理提供了理論依據(jù)。本論文得到的主要結(jié)論如下:1)查明了風(fēng)水復(fù)合侵蝕區(qū)下墊面的侵蝕特征。十大孔兌區(qū)域的主要土地利用特征為草地、沙地和耕地,2013年三種土地利用類型的面積分別占區(qū)域總面積的51.22%、21.42%和15.81%。自1980年以來,耕地、草地和建設(shè)用地的面積有增長趨勢,林地和沙地有下降趨勢,土地利用的變化主要發(fā)生在上游區(qū)域。伴隨著土地利用的改變,區(qū)域的年際水沙關(guān)系也有較大變化,輸沙的變幅大于徑流。典型小流域西柳溝的徑流量、輸沙量和水沙關(guān)系均在1998年左右發(fā)生突變,變點(diǎn)前年徑流量和年輸沙量有較強(qiáng)的相關(guān)性,突變后年輸沙量急劇減小。在這種侵蝕環(huán)境條件下,流域的土壤侵蝕強(qiáng)度的范圍為2180.23 t/(km2·a)～17624.62 t/(km2·a),大部分屬于強(qiáng)度和極強(qiáng)度土壤侵蝕,其中荒地(包括未利用地及沙地)和河道的侵蝕模數(shù)最高,耕地最低。從流域上游至下游,土壤侵蝕模數(shù)有減少的趨勢。2)闡明了風(fēng)水復(fù)合侵蝕區(qū)動(dòng)力的時(shí)空分布。十大孔兌區(qū)域的侵蝕力在年內(nèi)分布存在兩個(gè)峰值,分別為3～5月的風(fēng)季和7～9月的雨季,其中3～5月平均風(fēng)速為5.4 m/s～6m/s,7～9月平均降雨量為31.67mm～74.06mm。通過有效侵蝕力的計(jì)算及疊加,十大孔兌區(qū)域的年均侵蝕力能量為:風(fēng)蝕813.67 J·d/m2,水蝕1425.0 J·d/m2;其中3～5月侵蝕能量占全年總侵蝕能量的23.71%;7～9月侵蝕能量占全年總侵蝕能量的54.52%。在這種復(fù)合外營力的作用條件下,風(fēng)季和雨季的主要侵蝕物質(zhì)也有所差異。3月份徑流中的懸移質(zhì)則增加了極細(xì)沙和細(xì)沙,分別33.93%和28.56%,相應(yīng)粉粒含量下降為36.36%。7、8月份流域出口站懸移質(zhì)主要以粉粒為主,占有89.45%的構(gòu)成;3)明確了風(fēng)水復(fù)合侵蝕流域沉積物的分布特征、物質(zhì)來源以及動(dòng)力分配。東柳溝流域上游丘陵區(qū)的沉積物粒徑范圍為0.25mm～0.6mm,平均d50為0.47 mm;中游沙漠區(qū)和下游農(nóng)田區(qū)的沉積物較細(xì),粒徑范圍為在0.1mm～0.2mm,平均d50為0.18mm,而進(jìn)入黃河的物質(zhì)的主要構(gòu)成為d50為0.093mm的丘陵區(qū)物質(zhì)和d50為0.01mm沙漠區(qū)物質(zhì)�；谖镔|(zhì)守恒定律,通過Weibull函數(shù)對沉積物級配曲線的擬合,發(fā)現(xiàn)整個(gè)流域河道內(nèi)的沉積物主要來自于丘陵區(qū),在沉積物中比例約為78%,而來自沙漠區(qū)的物質(zhì)約占22%;侵蝕這些物質(zhì)的主要?jiǎng)恿轱L(fēng)力,貢獻(xiàn)約為72%,水蝕約為28%。但是在丘陵區(qū),主要的侵蝕動(dòng)力為水蝕,占該區(qū)域侵蝕能量的69.78%;而在沙漠區(qū)和農(nóng)田區(qū),主導(dǎo)侵蝕力為風(fēng)蝕,分別占該區(qū)域侵蝕能量的74.54%和94.14%。由此可以得到風(fēng)水復(fù)合侵蝕區(qū)土壤侵蝕的主要方式和區(qū)域?yàn)?丘陵區(qū)覆沙黃土坡面的降雨侵蝕過程。4)揭示了覆沙黃土坡面水蝕產(chǎn)沙過程的疊加作用機(jī)制。薄層風(fēng)積覆沙格局顯著的增加了黃土坡面的水蝕強(qiáng)度。隨著覆沙質(zhì)量的增加,覆沙黃土坡面會極大的延長初損歷時(shí)。覆沙黃土坡面的主要侵蝕產(chǎn)沙物質(zhì)為黃土,約占總侵蝕產(chǎn)沙量的83%;而所覆風(fēng)沙的產(chǎn)沙量在產(chǎn)流3～5min出現(xiàn)峰值。坡面覆沙不僅增加了風(fēng)沙作為侵蝕物質(zhì),還增強(qiáng)了對本底黃土的侵蝕:由于覆沙而額外增加的產(chǎn)沙量,是覆沙質(zhì)量的64.15%～317.64%。相同降雨條件和覆沙質(zhì)量條件下,覆沙格局從半坡覆沙變?yōu)槿卤痈采?侵蝕產(chǎn)沙量增加了87.11%,其中黃土占的比重也從77.99%增加至92.37%。通過徑流侵蝕功率與侵蝕風(fēng)沙、黃土量的回歸分析,發(fā)現(xiàn)侵蝕單位質(zhì)量風(fēng)沙所消耗的功率約為同質(zhì)量黃土的1.19倍,這種差異會受到雨強(qiáng)、初始產(chǎn)流時(shí)間、覆沙質(zhì)量、覆沙格局等因素的影響。相同的降雨和覆沙量條件下,薄層覆沙侵蝕能量增大,且侵蝕能耗較小的黃土的比例增加,因此薄層覆沙黃土坡面較黃土坡面的水蝕產(chǎn)沙更為嚴(yán)重。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P333

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1351490