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.     

黄丘五副区土地利用方式与土壤侵蚀关系研究

对黄土丘陵沟壑区第五副区三条典型流域库坝淤积的泥沙来源及其与土地利用方式关系的调查分析结果表明,在治理程度较高的流域,前期坝库拦蓄的泥沙主要来源于坝库区沟岸的重力侵蚀,其侵蚀量占坝库拦蓄泥沙总量的83.63％,坝库区以上由水力侵蚀带入坝库区的泥沙仅占16.37％。对流域产沙有显著减少作用的水土保持措施,其数量的变化与产沙多为非线性关系,当其数量超过某一数值时,其拦蓄功能会发生大的变化。荒坡、坡耕地是主要产流区,梯田是主要的坡面拦蓄减蚀工程。由坡面径流引起的沟岸扩张、沟底下切是主要的产沙方式,沟壑是小流域泥沙的主要来源区。     

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,...     

桑干河流域淤地坝沉积泥沙特征及其来源解析

[目的]为查明桑干河流域的泥沙主要策源地和侵蚀产沙变化。[方法]选取阳原县高墙乡典型淤地坝沉积泥沙为研究对象,利用复合指纹识别技术,测定沉积泥沙及其源地的土壤粒径、SOC、TN、¹³⁷Cs、低频质量磁化率等9种指纹因子,研究了不同淤积阶段的泥沙策源地及坝控小流域侵蚀产沙演变规律。[结果](1)沉积泥沙中¹³⁷Cs平均含量较低,与沟壁土壤无显著差异(p>0.05),但极显著小于林草地和耕地的¹³⁷Cs含量(p<0.01),这指示淤地坝沉积泥沙主要来源于沟壁;(2)由于沟壁中大部分¹³⁷Cs含量低于检出限,¹³⁷Cs较好地指示泥沙主要来源沟谷地中的沟壁,但难以用于小流域多种策源地的判别,经Kruskal-Wallis H非参数检验和多元逐步判别分析筛选,确定TN+X_lfb+SOC构成最佳指纹因子组合,有效地判别小流域2006—2017年泥沙源地的平均贡献率为沟壁(82.68%±8.20%)>耕地(15.36%±8.46%)>林草地(1....     

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。     

基于坝地泥沙淤积信息的流域侵蚀产沙特征研究

以淤积年限53年、淤积厚度为10.58 m的王茂沟流域背塔沟闷葫芦坝为研究对象,利用2012年洪水冲刷成的深沟,通过剖面辨识将泥沙沉积层分为86个淤积巡回,结合1959-2012年间降雨资料以及流域侵蚀产沙沉积剖面的物理特征,建立了淤地坝沉积序列的时间坐标。在此基础上,依据泥沙沉积量计算了坝控范围不同时期的土壤侵蚀模数,分析了土壤侵蚀模数变化与当时对应农村经济政策和土地利用的密切关联。研究结果表明:对于无泄洪设施的淤地坝,层淤积泥沙量与次侵蚀性降雨最大30 min降雨强度(I30)具有极强的相关性;研究方法可为无水文资料地区水沙资料的反演提供新的可行途径;水土流失治理必须以生态经济学为指导,才能符合客观规律。     

黄土丘陵区淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移特征

了解淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移的变化特征对正确认识和评价淤地坝的减蚀作用有重要意义.该文通过对黄土丘陵区王茂沟流域1953-2015年不同时段内淤地坝的拦沙量和流域出口输沙量的分析,研究了坝系建设后泥沙拦蓄、输移和侵蚀的变化过程与特征.研究表明,王茂沟流域年均拦沙模数呈减少-增加-再减少的波动变化趋势;流域年均输沙模数呈先增加后减少的变化趋势;1953-1986年期间,不同阶段的年均侵蚀模数变化不大,1987年后呈显著下降趋势.流域治理后期与初期相比,年均拦沙模数、输沙模数和侵蚀模数分别下降了79.3％、90.6％和83.9％.淤地坝建设初期,有效库容对流域拦沙模数和输沙模数的变化有重要影响,侵蚀性降雨频发和较低的水土流失治理度是侵蚀强烈的主要因素;流域治理后期,侵蚀性降雨及其发生频次的减少,水土流失治理度的提高与稳固,是流域拦沙、输沙和侵蚀产沙显著下降的主要原因.淤地坝在控制流域侵蚀产沙、减少泥沙输移方面作用显著,但要达到持续有效的作用,坡面治理不容忽视,两者兼顾是黄土丘陵区水土保持的必由之路.     

基于MIKE模型的不同淤地坝型组合情景对小流域侵蚀动力和输沙量的影响

为科学认识黄土高原淤地坝建设对小流域侵蚀动力过程的影响,通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了王茂沟流域的洪水过程,并计算了流域主沟不同断面的侵蚀动力参数和不同坝型组合的减沙效益。结果表明:(1)淤地坝建设在不同程度上改变了小流域沟道的侵蚀动力分布,坝系建成后沟道的侵蚀动力参数减幅最大。(2)小流域径流侵蚀功率表现为上中游剧烈变化,下游趋于稳定,且下游径流侵蚀功率明显小于上游。(3)淤地坝建设可以有效减小流域的输沙量,其中单独建设骨干、中型、小型坝相比流域未建坝时,输沙模数分别减少24.74%,47.11%,64.11%;流域坝系建成后减沙效益最明显,流域输沙量减少83.92%。研究成果可为黄土高原淤地坝减沙效益评估提供科学参考。     

不同库容配置比例淤地坝的减沙效应

根据调查资料,采用数理统计方法,以黄河中游大理河流域为研究对象,进行了基于不同配置比例的淤地坝减沙效应分析和影响因子贡献率研究。结果表明,大理河流域大、中、小型淤地坝的坝地保存面积依时序增长的趋势比较显著,但近期明显变缓。1960－2002年流域淤地坝年均减少洪水1840万m3,年均减沙1290万t;流域大、中、小型淤地坝减沙量占总减沙量的比例分别为80.1%、14.6%和5.3%;90年代以来淤地坝的减沙效益最大,达到30.2%,对应的淤地坝的配置比例为1.84：2.37：5.79;大型淤地坝（含骨干坝）减沙量是中型淤地坝的5.5倍,是小型淤地坝的15倍;未来流域实现持续减沙作用的淤地坝优化配置比例可按1：3.0：7.0选取。流域不同类型淤地坝的减沙量与汛期降雨和最大1日降雨密切相关,在淤地坝减沙能力范围内,汛期降雨量和最大1日降雨量越大,其减沙量越大,具有“多来多拦”的显著特点。不同年代淤地坝减沙量与洪水量呈正相关线性关系;20世纪70、80年代单位立方米洪水对应的淤地坝减沙量约为0.19 t/m3,90年代以后约为0.23 t/m3。淤地坝减沙模数随着3个主要影响因子的增大而增大。各影响因子对流域淤地坝减沙模数变化的贡献率由大到小排序为：洪水量＞汛期降雨量＞最大1日降雨量。     

水利水保措施对延河流域侵蚀、泥沙输移和沉积的影响

以黄土丘陵沟壑区的延河流域为例,研究水利水保措施对流域侵蚀、泥沙输移、沉积过程的影响.水利水保措施能改变流域的侵蚀、泥沙输移和沉积过程,影响流域的泥沙收支平衡.分析表明:(1)20世纪70年代以来开展的大规模水土保持建设工程,使得延河流域的泥沙输移比显著下降,最小值为0.26;到80年代末,泥沙输移比有所回升,介于0.50~0.71之间;(2)泥沙输移比变化的主要原因,系流域内淤地坝、水库等沟道工程措施的拦沙作用所致,其波动变化主要受库坝质量及拦蓄库容变化的影响;(3)沟道措施的拦沙作用远大于坡面措施的减蚀作用,前者约相当于后者的1.68~16.98倍,因而坡面治理及相应措施尚有待加强.     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式下小流域侵蚀产沙特征

为进一步优化和合理配置水土保持措施,以黄土丘陵沟壑区3个不同土地利用方式下的坝控小流域为例,基于人工探槽取样、淤积层次甄别及与产流降雨事件的对应关系,结合1∶10 000早期地形图与全站仪测量,拟合库容曲线来估算淤地坝泥沙淤积量,进而反演坝控流域的产沙模数变化特征。结果表明:(1)延河马家沟3个不同土地利用方式下的洞儿沟、阎桥和芦渠坝控小流域,自建坝至2016年的多年平均淤积量分别为2 748.80,4 634.31,3 141.17 t;(2)洞儿沟、阎桥和芦渠流域多年平均产沙模数分别为2 432.56,3 131.29,1 794.95 t/(km~2·a),依次属于轻度、中度和轻度侵蚀;不同土地利用方式下坝控小流域的最小产沙降雨量均20 mm以上;(3)不同的土地利用方式对小流域侵蚀产沙影响显著,人类活动明显的阎桥流域多年平均产沙模数大于以林草地为主的洞儿沟流域,而以林地和梯田为主的芦渠流域多年平均产沙模数最小。由此可见,在黄土丘陵沟壑区合理配置不同的水土保持措施,是减少小流域侵蚀产沙的有效途径。     

Sediment Yield Deduction from Check–dams Deposition in the Weathered Sandstone Watershed on the North Loess Plateau,China

As the basic unit of erosion and sediment yield, it was critical to determine the amount of soil erosion and sediment yield in the small watersheds for sustaining a reasonable water resource and sediment regulation system. In this study, we determined the sediment yield from the dams‐controlled watershed on the North Loess Plateau. Three check dams in the watershed were investigated by drilling ten‐hole sedimentation cores. The corresponding flood couplets were dated according to thickness of deposition layers, distribution of sediment particle size and historical erosive rainfall events. On the basis of the check dams capacity curve, the soil bulk density and the thickness of couplets, the deposit mass of check dams, and then the sediment yield of watershed at different temporal and spatial scale were deducted. In total of the 33, 60 and 55 couplets were corresponded to individual flood events in the dam MH1# from 1976 to 1984, the dam MH2# from 1985 to 2007, and the dam MH4# from 1981 to 2009, respectively. The specific sediment yield for flood events was 1,188.5–11,527.9 Mg km⁻², 1,278.6–17,136.7 Mg km⁻², and 3,395.9–33,698.5 Mg km⁻², and the annual average sediment yield was 10,728.6 Mg (km² · a)⁻¹, 12,662.9 Mg (km² · a)⁻¹, and 16,753.3 Mg (km² · a)⁻¹ in dam MH1#, MH2# and MH4# controlled watershed, respectively. The sediment yields were inversely proportional to the dams – controlled areas. For the whole watershed, the annual average sediment yield was 14,011.1 Mg (km² · a)⁻¹ from 1976 to 2009. There were large amounts of sediments (42.3–50.5%) were intercepted gradually along the way from small watersheds to the river channel. And the minimum rainfall for sediment deposited in the dams was greater than 20 mm in this watershed. The results of this study suggested that the sediments retained behind check dams were helpful to quantifying the amount of erosion sediment yield and understanding the soil erosion evolution in the small and ungauged watersheds. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

A laboratory study on the relative stability of the check‐dam system in the Loess Plateau,China

The building of check‐dams is one of the most effective measures for the conservation of soil and water in the Loess Plateau of China, and the hydro‐sedimentologic balance is the most important factor influencing the relative stability of the check‐dam systems. This means that the soil and water in small watersheds controlled by the check‐dams will be absorbed internally, without the need for raising the height of the dams, if some given parameters have reached certain values. A runoff simulation experiment for a single check‐dam and a rainfall simulation experiment for the whole check‐dam system has been conducted, and the runoff/rainfall intensity and the parameter RV were determined through the annual erosion rate of the prototype watershed. The results indicated that the raising of the dam‐land altitude became slower, and the mean gradient of the gully was kept at a constant. The main reasons causing the check‐dam to show a good relative stability are the enlarging of the dam‐land area, the alleviating of erosion by the check‐dam, and the auto‐stabilizing mechanism of the gullies. This study presents a kind of scale‐down model experiment in which the ratio of the model geomorphological variable to the corresponding prototype variable keeps constant after the determinate runs of rainfalls, so that the soil and water erosion processes of the prototype could be monitored from the results of the model experiment. Four measures have been suggested for ensuring this ratio is a constant: (1) A bare‐land model with an appropriate erosion rate should be used in the experiment. (2) Dimensions of the landform, including the check‐dam, should normally be scaled down according to the prototype watershed. (3) Soil similar to those of the prototype should be used. (4) The antecedent water content before each rainfall simulation should be kept constant. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Fingerprinting Sediment Sources After an Extreme Rainstorm Event in a Small Catchment on the Loess Plateau,PR China

Soil erosion is a severe problem on China's Loess Plateau due to its fine‐grained soils and the increasing frequency of extreme rainfall events. Accordingly, this study used a 100‐year frequency rainstorm dataset to analyse sediment deposition and sources in a 27‐km² catchment with a dam field area of 0·14 km² based on the hypothesis that sediments were intercepted by the dam (before collapse) during the rainstorm event and deposited in the dam field. This study applied composite fingerprinting, which revealed the sediment source contributions and estimated sediment deposition. Sediment deposition (626·4 kg m⁻²) decreased linearly or exponentially with increasing distance from the dam. Composite fingerprints based on the optimal parameters revealed relative sediment contributions of 44·1% ± 25·5%, 37·7% ± 35·0%, 9·0% ± 11·4% and 9·2% ± 11·5% by bare ground, croplands, grassland and forests, respectively. The 5‐year cumulative sediment deposition from normal rainfall was 2·3 × 10⁴ t less than the extreme rainstorm. Bare grounds and croplands were the dominant sediment sources following both the extreme rainstorm and normal erosive rainfall events but varied at different areas of the check‐dam. Erosion patterns and start times depended on land use type, thereby affecting sediment profiles in the dam field. Furthermore, severe erosion from bare ground that were all gully slopes and gully walls occurred throughout the rainfall, whereas grasslands and forest erosion occurred earlier and croplands later. Finally, extreme rainfall promoted mass wasting on slopes, gully slopes and gully walls, which are important in determining extreme rainstorm erosion pattern variation. This study aimed to reveal erosion pattern variation under extreme rainstorm events. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

陕北黄土洼聚湫类型划分与侵蚀产沙模拟研究

为了揭示泥沙沉积与降水的关系,重建淤地坝水成黄土的沉积环境,选择陕北黄土洼的天然聚湫为研究对象,通过野外多次多点位打钻采样和样品测定,利用近60年降雨数据与剖面粒度的对比分析和数学模拟等方法,划分了黄土洼聚湫类型,建立了标准聚湫侵蚀产沙模型。结果表明:(1)将黄土洼的侵蚀性雨量标准定为9.2mm能更好地反映黄土洼的土壤侵蚀状况;(2)依据降雨数据,黄土洼年均最大日降雨量52.7mm以下的降雨总量占88.1%,利用52.7mm以下降雨量产生的泥沙分布范围,可以确定"非标准聚湫"的范围;(3)通过对库容曲线的模拟将1 058.03m定为零库容高程点,并基于黄土洼的分形维数对岔巴沟流域建立的次降雨侵蚀输沙模型进行了修订,建立了适用于本地区的侵蚀产沙模型;(4)对各剖面沉积物粒度旋回规律进行对比分析,并结合模型计算数据,确定了黄土洼"标准聚湫"在近坝地剖面点附近,坝地至沟口附近之间为"非标准聚湫",沿沟至沟头以上均为"非聚湫"沉积区。     

浅沟发育对土壤侵蚀作用的研究

浅沟是坡面细沟侵蚀发生与发展的产物。浅沟形成后,改变了原坡面形态,加速了侵蚀作用过程,增大了土壤侵蚀量。本文采用人工模拟降雨装置在黄土小区上进行试验,结合野外调查,对浅沟侵蚀进行了研究:坡面浅沟的分布密度变化于10～65km/km~2之间;深度变化于0.3～3m之间,并且以1～2m的为多;新倾斜面的倾角变化于10°～30”之间。在相同降雨条件下,浅沟发育坡面的产沙率比未发育浅沟坡面的产沙率要大,二者可相差3倍多。当雨强为1.31mm/min和2.4mm/min时,有浅沟发育坡面的侵蚀量分别增加0.66倍和0.386倍。据估算,由于浅沟的存在,黄土丘陵沟壑区沟间地坡面的侵蚀量将增加25％左右。     

元谋盆地土地利用/土地覆盖对冲沟侵蚀的影响

金沙江干热河谷元谋盆地冲沟发育，冲沟侵蚀蚕食耕地、最终形成侵蚀劣地，对土地资源危害很大。根据对9条冲沟17个沟头连续3年的观测与调查资料。分析了元谋盆地土地利用／土地覆盖对冲沟侵蚀的影响，包括冲沟集水区不同土地利用方式、植被群落结构对冲沟溯源侵蚀的影响和沟底植被覆盖度对冲沟溯源侵蚀的影响。     

基于遥感影像研究极端暴雨条件下新成切沟发生发展规律

土壤侵蚀严重破坏土地资源，是全球性的环境问题，切沟侵蚀是土壤侵蚀的重要表现形式，近年来极端暴雨频发加剧了切沟侵蚀的发生和发展。为了研究气候变化条件下新成切沟的形成与发育规律，该研究以陕北子洲岔巴沟流域王武沟小流域为研究区，基于无人机航摄影像，以2017年陕北"7·26"暴雨新成切沟为研究对象，分析新成切沟发生规律，并探讨在之后的3 a中其发育特征、与原有切沟发育的差异性及其与地形参数的关系。结果表明：1）在"7·26"暴雨中，王武沟发育新成切沟45条，约101条/km2，可分为坡面切沟、梯田切沟、道路切沟和底部切沟四类，以坡面切沟最多，底部切沟和梯田切沟总体更宽、面积更大；生产道路、淤地坝和坡耕地在暴雨条件下是最容易发生切沟的地块；2） 新成切沟在形成之后的3 a内沟头发育较原有切沟更为迅速。34.48%的新成切沟沟头进一步前进，这一数值为原有切沟的1.32倍；新成切沟前进距离均值是原有切沟的3倍，达0.58 m/a；3）汇水面积增加可显著促进切沟沟头发育，是模拟切沟沟头前进速率的重要地形指标。可见，极端降雨条件下研究区土壤侵蚀严重，新成切沟发生之后的3 a内溯源尤为迅速，应给予特别关注，加强对这类切沟的预防与治理。