黄土丘陵区小流域淤地坝泥沙沉积特征

了解淤地坝泥沙沉积特征是坝地泥沙输移过程及规律研究的基础和前提。该文通过对黄土丘陵区小流域淤地坝不同位置泥沙沉积剖面中各沉积旋回层厚度及粒径组成变化的分析,研究了淤地坝次洪水沉积过程中泥沙的再分布特征。结果表明:坝地内次洪水泥沙沉积过程为非均匀分布,各沉积旋回层厚度在纵剖面和横剖面都存在一定差异,早期沉积层厚度的起伏变化要大于后期的起伏变化。坝地泥沙粒径组成以粉粒为主,黏粒、粉粒和沙粒的平均含量分别为4.66%、58.78%和36.56%。坝地泥沙沉积过程中,各旋回层中黏粒、粉粒和沙粒的平均含量变化较小,但在坝地不同位置,土壤粒径组成发生了一定程度的分选。从坝尾到坝前,土壤质地粗化度显著下降,土壤粒径组成呈逐步细化的趋势。     

黄丘区小流域坝地沉积泥沙粒径剖面分布特征

坝地沉积泥沙记录了坝控小流域内土壤侵蚀特征及侵蚀环境演变的相关信息,是研究流域土壤侵蚀的重要媒介。研究通过在淤地坝内洪水冲开的一个11.66m的垂直剖面上按沉积旋回自下而上分层取样,分析沉积泥沙不同组分百分含量、特征粒径的剖面变化规律。结果表明:1)淤地坝内沉积泥沙主要以粗粉粒(0.01~0.05mm)为主,其平均含量为53.61%,且变异系数最小;2)个别层次出现粗砂(0.25~1mm),粗颗粒泥沙的出现对流域内大暴雨有一定的指示作用;3)沉积剖面的0~67cm为累积耕作层,该层的出现具有一定的时标意义;4)淤地坝沉积剖面存在粒径变异的转折点(600cm),该点可用来衡量水沙动力条件和沟道比降对泥沙粒径分布所起的作用。     

黄土高原淤地坝沉积泥沙在小流域土壤侵蚀研究中的应用

[目的]总结利用黄土高原淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的主要成果,并对其目前存在的问题和以后发展方向进行探讨,以期为深度解译淤地坝沉积泥沙中赋存的小流域土壤侵蚀信息提供基础支撑。[方法]通过查阅国内外文献,结合野外调查和研究经验,总结利用淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的相关工作。[结果]黄土高原大量的淤地坝、坝地泥沙明显的沉积旋回和现有的可靠断代技术是利用淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的基础;利用淤地坝沉积泥沙可估算小流域土壤侵蚀强度的变化,识别小流域侵蚀泥沙来源;淤地坝内的泥沙沉积量、理化性质及生物标志物的变化能够反演小流域环境演变过程。[结论]黄土高原广泛分布的淤地坝沉积泥沙赋存有大量小流域土壤侵蚀和侵蚀环境演变的信息,在黄土高原小流域土壤侵蚀机理及小流域环境演变研究中具有重要作用。     

坝地沉积旋回泥沙养分变化及其对小流域泥沙来源的解释

黄土高原广泛分布的坝地沉积泥沙中赋存了大量小流域侵蚀特征及侵蚀环境变化的信息,泥沙特性的变化则是这些信息的直接体现。该文通过对比分析淤地坝沉积旋回泥沙中和坝控小流域内不同泥沙源地土壤中有机质、全氮、全磷和全钾的含量,发现小流域内土壤养分含量变异性明显大于沉积旋回泥沙中的变异性,沉积旋回泥沙养分含量与沟壁土壤中的相接近,其中与沟壁中的全氮、全磷和全钾无显著差异(p>0.05),但显著小于荒草地和坡耕地中的有机质、全氮和全磷含量(p<0.05),表明淤地坝运行期间小流域泥沙主要来源于沟壁坍塌和沟道扩展,重力侵蚀和沟蚀是主要侵蚀类型;有机质和全氮在坝地沉积旋回中呈明显阶段性变化,分析认为其反映了农村土地联产承包责任制对小流域土地利用和土壤侵蚀的影响。     

黄土丘陵区小流域淤地坝纪录的泥沙沉积过程研究

淤地坝是黄土丘陵区小流域水土流失治理的重要工程措施之一,在拦蓄泥沙的同时,也记载了小流域侵蚀产沙的历史变化过程及特征.该研究根据流域历史降雨资料,分析了黄土丘陵区关地沟小流域淤地坝1959～1987年泥沙沉积旋回变化及各旋回层泥沙中、小流域沟间地和沟谷地表层土体中放射性同位素137Cs含量,研究了小流域侵蚀产沙变化过程及泥沙主要来源.结果表明:该小流域在淤地坝建设初期,侵蚀产沙强度很大,其后产沙强度由强变弱,呈显著降低趋势,淤地坝内沉积泥沙的70%来源于沟间地;微小流域与较大流域在泥沙来源方面存在较大差异.     

砒砂岩区典型淤地坝沉积泥沙特征及来源分析

黄土高原地区的淤地坝是拦减入黄泥沙的关键措施,尤以对泥沙具有绝对控制的"闷葫芦"淤地坝为甚。为研究淤地坝对侵蚀泥沙的拦蓄作用,以砒砂岩区皇甫川流域园子沟淤地坝为研究对象,采集坝地淤积剖面及沟间地、沟谷地表层样品,对沉积旋回进行断代分析,计算泥沙贡献率,反演其淤积过程。结果表明:坝地沉积泥沙粒径分布以2~0.05 mm砂粒为主,其次为粉粒、黏粒,砂粒中以极细砂和细砂占比最多。园子沟坝控流域内侵蚀性降雨事件对应的最小日降雨量为22.8 mm;淤地坝运行可划分为2个阶段,前期主要依靠坝体拦蓄泥沙,后期随着拦蓄泥沙的增多,减蚀作用凸显。坝地沉积泥沙主要来源为沟谷地,贡献率达71.4%,沟间地为28.6%,其中沟间地侵蚀产沙并非受植被唯一影响,在降雨量>45.4 mm时,地形因素会限制侵蚀的加剧。     

砒砂岩区小流域场次洪水产流产沙特征

我国砒砂岩区属于多营力复合侵蚀区,其中水力侵蚀是各侵蚀物质输移的主要载体。选取位于裸露砒砂岩剧烈侵蚀区的二老虎沟小流域为研究区探讨砒砂岩区小流域场次洪水产流产沙特征,细化区域水蚀过程。2018年8月采集了小流域两层泥沙沉积旋回样及对应的侵蚀物质来源,结合泥沙沉积旋回样对应的降水、径流、泥沙数据进行了分析。以洪峰所在时间将两次洪水事件命名为20180716(1号)和20180719(2号)。结果表明:流域雨前土壤含水量及雨型差异是决定流域产流开始时间和初损量的主因。1号洪水径流量、输沙量分别为2号洪水对应的该值的2.7倍及3.4倍。粉粒、中砂粒、细砂粒为二老虎沟小流域坝地沉积旋回样的主要粒径,占比达70%。两场次洪条件下小流域泥沙淤积状况存在差异,与1号洪水的沉积旋回样相比,2号洪水的沉积旋回样粒径粗化。黏粒、粉粒、极细砂粒占比减少,细砂粒、中砂粒、粗砂粒的含量增加。利用Weibull分布拟合了二老虎坝地泥沙沉积旋回主要物质来源(地表覆土及裸露砒砂岩)的理论分布曲线,在此基础上根据最小二乘准采用差分进化算法求得沉积旋回层的物质来源比例,结果显示砒砂岩为两场洪水沉积旋回样中的主要侵蚀运移物质。     

黄土高原聚湫沉积旋回特征及地球化学划分

黄土高原聚湫/淤地坝内的沉积物是黄土再侵蚀搬运的直接结果,以高堆积速率和多沉积旋回为特征,是追踪该地区小流域土壤侵蚀、认识黄土高原地球关键带过程的理想载体。如何鉴定并有效划分沉积旋回是利用沉积序列恢复小流域土壤侵蚀和生态环境变化过程的基础。本文选取靖边和合水聚湫为代表,通过典型可见沉积旋回的物理、地球化学和生物等指标综合分析,较全面地认识沉积旋回特征,进而提出划分旋回的有效地球化学指标。结果表明:沉积旋回的下部粗颗粒层主要由粗粉砂和细砂组成,以低含水量、高亮度为特征,富集石英和锆石,Si和Zr含量高;上部细颗粒层主要由黏粒和细粉砂组成,具水平层理,含水量高,亮度较低,富集方解石、白云母、伊利石、绿泥石、高岭石等轻矿物,高Al、K、Fe、Rb、Ca和Sr等造岩元素,富含孢粉、有机碳氮、磷脂脂肪酸及微生物。在此基础上,提出Rb/Zr比值是有效划分黄土高原聚湫/淤地坝沉积旋回的地球化学指标。这为深入认识黄土高原地球关键带中侵蚀风化、水文和生态环境变化等过程提供了研究载体和基础。     

淤地坝沉积泥沙解译小流域土壤侵蚀信息研究进展

淤地坝作为重要的水土保持工程措施,在减少入河泥沙方面发挥重要作用。通过直接拦截滞留流域侵蚀泥沙,淤地坝泥沙赋存大量流域土壤侵蚀信息,庞大的淤地坝样本量以及悠久的淤地坝建设历史与淤地坝沉积泥沙旋回的发现与断代技术的不断完善为利用淤地坝泥沙研究流域侵蚀特征、侵蚀机理以及流域环境演变提供主要途径。通过查阅国内外淤地坝研究文献,归纳总结了基于淤地坝泥沙解译流域侵蚀速率、判别淤地坝泥沙来源以及反演流域侵蚀环境变化等侵蚀信息的相关研究,分析现阶段基于淤地坝沉积泥沙解译小流域侵蚀信息研究中存在的问题并探讨了今后研究发展的方向,以期能为进一步挖掘淤地坝泥沙赋存的土壤侵蚀信息提供参考。     

利用淤地坝泥沙沉积旋廻反演小流域侵蚀历史

黄土高原丘陵沟壑区小流域广泛分布的淤地坝不仅是治理水土流失的重要工程措施,同时也成为记录小流域侵蚀产沙历史变化过程的重要载体.本研究以陕西省绥德县王茂沟流域一级支沟--淤积年限为34年(1957-1990),淤积深度为11.325m的闷葫芦坝为研究对象,根据坝地沉积剖面的物理特征,发现该沉积剖面共有75个泥沙沉积旋廻,...     

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别，为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响，通过室内一维垂直入渗试验，以清水入渗为对照，设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%)，研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响，分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型，建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明：浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小，而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大；入渗初期(0～20 min)的落淤层厚度较小，入渗中期(20～130 min)的落淤层厚度增加较快，而其厚度增加速率逐渐变小，入渗后期的落淤层厚度稳定增加；随着浑水含沙率的增大，滞留现象越明显，落淤层细颗粒相对含量越少，粗颗粒相对含量越多；滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多，其物理性黏粒含量显著高于原土壤，特别是在入渗深度为0～1 cm处。     

浑水膜孔灌入渗特性与致密层形成特性

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别,为揭示浑水灌溉的节水减渗机制,通过浑水膜孔灌自由入渗室内试验,以清水入渗为对照,研究了浑水膜孔灌入渗能力、湿润锋运移距离、湿润体含水率、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等随入渗时间的变化规律,提出了土壤含水率与湿润锋运移距离之间的量化模型,分别建立了落淤层厚度与入渗时间、滞留层的滞...     

1953-2010年黄土洼天然淤地坝内洪水沉积物粒度旋回特征

利用¹³⁷Cs断代技术进行沉积物的测年,结合1953年以来的降雨资料,对黄土洼天然聚湫坝淤地的水成沉积物粒度旋回特征进行了分析。结果表明,坝淤地4 m沉积物是在近百年内形成的,物源比较单一,主要为洪水沉积物;降雨是影响沉积物粒度的主要因素;淤地坝内洪水沉积物粒度以粗粉砂为主,中砂含量很少,没有粗砂;沉积物剖面具有良好的沉积层理,剖面粒度旋回至少记录了42次较大的洪水事件,不同期次洪水沉积物之间粒度变化明显,反映了该区近百年内年流域侵蚀和降水量的变化。     

降雨条件下分层土壤入渗特性

通过室内模拟降雨入渗试验,研究了粘土、壤土和沙土3种土壤不同分层组合方式对土壤入渗特性的影响。结果表明:垂直入渗条件下,分层土壤入渗特征由土壤分层组合方式决定;分层土壤累计入渗量与湿润锋距离呈线性相关关系;分层土壤入渗过程中,当粗沙覆盖细沙且降雨强度大于下层细沙土稳定入渗率时,湿润锋以上剖面可以达到或接近饱和,当细沙覆盖粗沙且降雨强度大于细沙土稳定入渗率时,湿润锋剖面中,除细沙土部分剖面达到饱和,其余粗沙土剖面无法达到饱和,且其饱和程度和下层粗沙土土壤持水能力有关。     

坡面覆沙后侵蚀泥沙颗粒分选特性

侵蚀泥沙颗粒大小的分布在一定程度上影响着侵蚀泥沙的搬运和沉积,了解侵蚀泥沙的分选作用将有助于解释泥沙的侵蚀和沉积过程。该文以覆沙坡面为研究对象,采用室内模拟降雨的方法,选取坡度12°、雨强1.5 mm/min的黄土坡面上分别覆盖0.5、1.0、1.5 cm的沙层进行试验。结果表明:坡面覆沙后,坡面粗颗粒物质大部分在产流开始0~10 min内便被冲刷带走;侵蚀泥沙颗粒主要以粉粒为主;坡面覆沙后,在细沟间侵蚀阶段,径流优先搬运大于0.054 mm的颗粒,在细沟侵蚀阶段和细沟侵蚀及细沟间侵蚀的组合阶段,径流搬运的泥沙颗粒以小于0.054 mm的颗粒为主;同时,在产流前期(0~10 min)侵蚀泥沙颗粒主要以大于0.054 mm的颗粒为主;而在产流后期(10 min以后)侵蚀泥沙则主要以小于0.054 mm的颗粒为主。坡面覆沙后,黏粒以团聚体的形式存在,粉粒以单粒的形式存在,而沙粒以细颗粒聚集体的形式存在。该文为进一步研究泥沙沉积后风蚀对水蚀的影响提供数据支撑。     

王茂沟流域淤地坝系土壤颗粒与有机碳分布特征研究

为了研究黄土高原丘陵沟壑区坝系坝地土壤颗粒与有机碳的分布特征,以陕北绥德县王茂沟小流域为研究对象,选取了47个土壤剖面,采集土样940个,分析了分形维数、粗化度、有机碳与各粒径组成之间的关系。结果表明:（1）研究区坝地的土壤粒径分布中,粉粒含量占主导地位,依次为砂粒、黏粒;（2）王茂沟坝地土壤颗粒的分形维数在2.674~2.829之内变化,垂直剖面上变化很微小,坝前、坝中、坝后土壤颗粒分形维数分别为2.803 3,2.783 6,2.795 8;（3）王茂沟坝地土壤质地粗化度在0.27~0.58,平均值为0.44,坝前（0.40） < 坝后（0.45） < 坝中（0.46）;（4）坝地土壤颗粒在0.05~0.002 mm和 < 0.002 mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著正相关,在2.0~0.05 mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著负相关;坝地土壤有机碳与粉粒和黏粒呈正相关,与细砂粒和极细沙粒含量呈负相关。     

沙层厚度和粒径组成对覆沙黄土坡面产流产沙的影响

片沙覆盖黄土区是水蚀风蚀交错带内土壤侵蚀最为强烈的区域,研究该区内土壤侵蚀特征可对水蚀风蚀交错带水土流失的预报及防治提供理论依据。采用室内模拟降雨,研究黄土坡面不同覆沙厚度(2 cm、5 cm和10 cm)和沙层粒径组成(100%0.25 mm、75%0.25 mm+25%0.25mm、50%0.25 mm+50%0.25 mm、未处理原沙和100%0.25 mm)对坡面产流产沙的影响。结果表明,覆沙黄土坡面较黄土坡面的初始产流时间明显延长,产流速率和产流量减小,产沙速率和产沙量增大,降雨过程中产流产沙波动性增大,且这些变化随覆沙厚度增加而明显加强;沙层粒径组成在不同覆沙厚度下对坡面产流产沙的影响不同,2 cm覆沙厚度坡面在降雨前期随粒径变粗产流产沙呈增大趋势,降雨后期无明显变化;5 cm覆沙厚度坡面随沙层粒径变粗产流速率呈增加趋势,降雨前期上覆粗粒径沙层坡面的侵蚀速率高于细粒径沙层坡面,降雨后期恰好相反;10 cm覆沙厚度的坡面产流产沙随沙层粒径组成变化不明显。典型覆沙黄土坡面的产流过程为雨水垂直入渗―沙土界面潜流―沙层边缘渗流―地表径流,产沙过程为沙层边缘渗流侵蚀―沙层坍塌重力侵蚀―地表径流输移,明显不同于无覆沙黄土坡面的超渗产流方式及溅蚀―片蚀―细沟侵蚀的侵蚀发展过程。     

不同雨强和覆盖度条件下崩积体侵蚀泥沙颗粒特征

崩积体坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征及过程研究是揭示崩岗崩积体侵蚀机理的关键。基于崩岗崩积体土质疏松、粗颗粒含量高、极易被侵蚀的特性,通过室内人工模拟降雨试验,研究30°坡度条件下,不同覆盖度(0,25%,50%,75%,100%)和雨强(60,90,120 mm h-1)组合坡面侵蚀泥沙颗粒特征。结果表明:降雨过程中,坡面径流优先搬运的是粒径较小的泥沙颗粒;侵蚀泥沙中粗颗粒(砾石和粗砂)泥沙含量随着覆盖度的增加呈先减小后增大趋势;侵蚀泥沙颗粒的平均重量直径(MWD)与覆盖度之间呈极显著相关;当覆盖度达到50%时,坡面粗颗粒泥沙的减少效果最明显,75%覆盖度坡面较容易发生崩塌。以上结果表明,侵蚀泥沙颗粒的大小与坡面秸秆覆盖度的高低密切相关,50%左右的秸秆覆盖度可以达到较好的减沙效果。