砒砂岩区小流域泥沙来源研究

砒砂岩区是我国土壤侵蚀最严重的地区之一。据在小纳林沟试验观测 ,该区农耕地、荒坡地、林草地的年土壤侵蚀模数分别为 64 2 4、5 95 6、12 10t/km2 ,汛期 6～ 9月份侵蚀厚度占全年侵蚀厚度的 68 3 5 % ,流域年土壤侵蚀模数为18670t/km2 ,其中沟谷地年侵蚀产沙量占流域年侵蚀产沙量的 84 89% ,沟间地年侵蚀产沙量占 15 11%。水蚀、重力侵蚀是该区主要的侵蚀方式。     

"粒度分析法"在小流域泥沙来源研究中的应用

小流域泥沙来源是土壤侵蚀研究的重点内容,目前,国内外主要利用径流泥沙资料,采用统计分析方法来确定小流域不同地貌部位及不同侵蚀类型的产沙量,研究采用“ 粒度分析法”,对砒砂岩不同侵蚀类型区典型小流域泥沙来源进行了分析计算,结果表明：砒砂岩区小流域泥沙主要来源于沟谷地,占小流域总产沙量的79．39％－84．89％,沟间地产沙量占总产沙量的15．86％－20．61％。     

砒砂岩区小流域坡沟系统地形及侵蚀分异规律

作为黄河流域典型生态脆弱区之一的砒砂岩区,水土流失治理难度大,区域地形、侵蚀在坡沟系统的分布迥异。区域土壤侵蚀研究多集中于刻画侵蚀空间分布及不同地类差异性研究,从坡沟系统细化开展研究工作较少,不能较好地为后续精细化治理提供支撑。因此,选取位于准格尔旗的3个典型砒砂岩区小流域,结合目视解译的流域沟沿线,开展了流域地形、水力侵蚀分布规律及其关联性研究。结果表明：流域地形因子分布特征与地貌特征分布一致,高值集中分布在沟道,低值则集中在坡面,且特拉沟小流域(覆沙)沟道处的地形因子统计值最大;砒砂岩典型流域水力侵蚀在坡面、沟道空间分布存在差异,流域坡面以微度侵蚀为主,占比达87%～97%,沟道微度侵蚀占比较坡面该值下降54%～72%,什卜尔泰支沟(裸露)沟道处的水力侵蚀模数均值最高,达97.5 t/(hm²·a);坡度、地表粗糙度、地表切割深度与水力侵蚀模数呈显著正相关关系(p<0.001),阳坡成为强度侵蚀以上单元的主要分布坡向,占比达56.8%～75.8%。因此,该区在后续小流域综合治理过程中,沟道及其阳坡是亟待加强的区域。     

砒砂岩区小流域土壤有机质的空间分布及其环境影响因素研究

砒砂岩区是黄河中游粗泥沙集中来源区之一。研究砒砂岩区小流域土壤有机质特征及其与环境因子的关系，对于科学指导植被建设，减少入黄泥沙有重要意义。本文以砒砂岩区典型小流域为研究对象，于流域内布设150个样点，按照0~20cm、20~40cm、40~60cm划分土层深度采集土壤样品，运用通径分析和冗余分析方法进行分析，研究结果表明：砒砂岩区小流域不同土地利用方式土壤有机质呈乔木林>灌木林>天然草地>耕地>裸地趋势，不同地形土壤有机质呈沟底>坡面>山脊的规律；冗余分析的结果显示，复合地形指数、土地利用方式、坡位以及土层厚度对砒砂岩区土壤有机质空间变异规律的解释量最大；通径分析的结果显示，环境因子与土壤有机质的关系可以用多元线性方程"Y=1.054+0.099" "X" _"1" "+2.722" "X" _"2" "+0.776" "X" _"3" "-0.001" "X" _"4" 来表示，其中坡位和土地利用方式是影响砒砂岩区小流域土壤有机质空间变异的主导因素，土层厚度与土壤有机质垂向变异的密切相关。     

砒砂岩区小流域土地利用格局变化与优化研究

土地利用格局优化有利于实现土地资源高效利用,以砒砂岩区西黑岱流域为研究对象, 以侵蚀防控为目标,基于不同时期的土地利用现状图和地形图等数据, 采用线性规划法和元胞自动机（CA）模型,在GIS技术的支持下,对西黑岱流域的土地利用格局变化与优化进行了研究,结果表明:研究期内耕地、林地在不断地增加,其中林地面积的增加最大,草地面积的减少幅度很大,水域面积有所减少,建设用地略有所增加。优化后耕地总面积增加了20.67 hm²,林地面积明显增加至1 501.89 hm²,所占比重超过了草地;而草地面积减少了157.68 hm²,此次优化使得西黑岱流域土地利用结构发生明显的变化,其中林地面积在大幅度的提高,耕地、草地向高质量方向发展,通过土地优化将减少土壤侵蚀,保护当地脆弱的生态环境,提高综合生产力,同时为砒砂岩区进行土地利用格局优化调控提供依据。     

裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素

[目的]研究裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素,为科学指导植被建设,减轻入黄泥沙提供理论指导.[方法]以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域为研究对象,运用地统计学和灰色关联理论相结合的方法,研究裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素.[结果]①研究流域土壤侵蚀模数具有显著的空间自相关性(Z值为136....     

砒砂岩与风沙土复配后的粒度组成变化

从粒度组成变化情况上探索砒砂岩作为一种固沙新材料的可能性,可为毛乌素沙化治理、保持水土、发展农业种植提供科学支撑。将砒砂岩与风沙土分别按1∶0、1∶1、1∶2、1∶5和0∶1质量比复配,用激光粒度分析仪对其粒度组成及级配特性进行分析研究。结果表明:砒砂岩与风沙土复配后,改变了风沙土以砂粒为主、结构松散、易风蚀的特点,随着砒砂岩质量的增加,<0.05 mm粒径的质量分数增加,质地呈现砂土-砂壤-壤土-粉壤的转变;且风沙土的粒度分布范围小、均质性强等特点得到一定程度改善,砒砂岩与风沙土复配后,其粒度分布范围变广,当砒砂岩与风沙土复配的质量比为1∶5(不均匀系数为54.71,曲率系数为2.54)或1∶2(不均匀系数为76.21,曲率系数为1.12)时,其颗粒级配连续,且级配特性良好。因此,从粒度组成上看,砒砂岩具有固沙的可能,质地条件随砒砂岩质量的增加而变好,级配特性以砒砂岩∶风沙土按1∶2或1∶5质量比进行复配为宜。     

阳城县砒砂岩区水土保持模式与防治对策

阳城县地处山西省南部的太行、太岳、中条三大山系之间,境内各种地貌杂错共存,砒砂岩区面积占到全县总面积的17％。通过分析境内砒砂岩区水土流失的成因,总结以往的治理经验,提出了防治对策：实施封禁保护,充分利用大自然的力量恢复植被;改造现有灌木,用经济效益调动社会闲散资金投入治理;政府牵头,发展新型产业,用龙头企业带动沙棘的产业化开发;工程拦蓄,在沟道中建设植物柔性坝。     

沙棘在砒砂岩区小流域冻融风化侵蚀中的作用

通过对砒砂岩区西召沟小流域冻融风化侵蚀实测资料的分析,认为砒砂岩区冻融风化侵蚀主要发生在裸露沟谷坡面,其冻融风化侵蚀与砒砂岩的种类有关。与同种砒砂岩相比,种植沙棘7年后,支沟上、中、下游的坡面冻融风化侵蚀模数平均从11748t/km2降为3535t/km2,降低69.9%。单位长度沟沿线与沟角线和的冻融风化侵蚀量平均从0.0974m3/m降为0.004m3/m,降低95.9%。冻融风化侵蚀量占整个沟道总产沙量的百分比上游从76.1%降到52.6%,下游从6.4%升到13.2%。可见沙棘在防止冻融风化侵蚀方面的作用是非常明显的。     

沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质影响

为了进一步研究沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙的影响,基于内蒙古砒砂岩地区沙棘柔性坝野外试验,根据单座沙棘柔性坝一次降雨淤积后的试验数据,运用对比分析的方法,研究了沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质的影响及其拦沙效果。结果表明:单座沙棘柔性坝能够提高砒砂岩沟道泥沙有机质含量,具有淤粗排细的分选功能和良好的拦沙效果。泥沙有机质从沙棘柔性坝上游到下游逐渐增加,沿泥沙剖面表现出先增后减的趋势;泥沙粒径从沟道上游到下游先增大后减小,沿一次降雨淤积的泥沙剖面也表现出先增后减的趋势;暴雨后沙棘柔性坝单位面积淤积泥沙的平均厚度为0.369m,与对比沟相比,淤积的泥沙厚度明显较高。     

基于土壤颗分粒径的泥沙来源量化研究

[目的]揭示黄土高原风水复合侵蚀区风力作用对水蚀的影响,为具有不同泥沙粒径侵蚀物质来源识别提供一种有效的方法支撑,也为风水复合侵蚀区侵蚀泥沙来源辨识提供理论参考。[方法]以覆沙模拟风蚀产物,基于室内模拟试验,研究覆沙之后坡面侵蚀发育特征,同时为了有效区分不同时刻侵蚀物质的来源,尝试采用泥沙粒径作为指纹因子进行侵蚀泥沙来源贡献的辨识。[结果]不同泥沙粒径组的3个指纹因子(粒径范围分别为：26.303～34.674,104.713～138.038,138.038～181.970μm)通过检验被确定为最佳指纹因子。基于最佳指纹因子,通过多元混合模型计算得出,在对同一土槽进行的3个阶段模拟降雨试验中覆沙层和黄土层的平均泥沙贡献率分别为48.2%和51.8%,24.8%和75.2%,6.8%和93.2%,且MAF>0.8。覆沙层的泥沙贡献率为第一阶段试验>第二阶段试验>第三阶段试验,计算结果与DEM相吻合。[结论]泥沙源地和侵蚀泥沙中的不同泥沙粒径组可作为指纹因子进行泥沙来源辨别,复合指纹法具有较好的适用性。     

基于复合指纹法的岩溶洼地小流域泥沙来源解析

岩溶洼地是重庆岩溶地区常见的一种地貌类型,洼地小流域是人们从事农事活动的重要场所,研究流域不同土地利用侵蚀产沙特征,对认识流域侵蚀产沙规律和治理水土流失具有重要意义。选取了1个建有水库的岩溶洼地小流域,分析源地和泥沙样品的39个地球化学特征,利用复合指纹和多元混合模型计算各源地侵蚀泥沙贡献率。结果表明:流域筛选出的最佳指纹因子组合为U、χ_(lf)、Rb、Li、~(137)Cs、χ、Mn,正确判别累积率为99.93%,6种泥沙源地的总正确判别率为91.49%,符合复合指纹法应用的条件。碳酸盐岩耕地、碳酸盐岩林地、碳酸盐岩草地、碎屑岩林地、碎屑岩草地和沟道/裂隙对流域沉积泥沙的相对贡献分别为16.29%,41.16%,13.03%,16.67%,4.48%,8.37%,拟合优度为93.57%,相对误差平均值为8.26%,表明模型判别结果可信。各泥沙源地中碳酸盐岩耕地单位面积泥沙贡献值远高于其他泥沙源地,是碳酸盐岩林地的1.98倍,碳酸盐岩草地的2.07倍,碎屑岩林地的2.13倍,碎屑岩草地的2.21倍,即单位面积碳酸盐岩耕地土壤抗蚀能力最弱。     

黄土高原水蚀风蚀交错区小流域泥沙粒径的分形分析

泥沙颗粒特征是表征泥沙表面形态、泥沙机械组成、排列模式及泥沙絮凝现象的主要物理属性之一。在水土流失严重的水蚀风蚀交错区,不同地表覆被类型的侵蚀产沙方式和粗泥沙的侵蚀产沙强度很不均衡,导致其泥沙粒径分布的差异很大。以黄土高原典型淤地坝为例,采用分形原理和多重分形理论研究淤地坝坝控小流域泥沙粒径的分形特征,结果表明:淤地坝坝内泥沙与坡面泥沙存在线性关系,相关系数高达0.93;泥沙粒径分形维数D在淤地坝坝内垂直方向上随泥沙颗粒的增大而减小;分形的5个特征参数D,D（0）,D（1）,D（2）,D（0）/D（1）均表明不同地表覆被类型下,草地的粒度分布较均匀,裸地次之,分布最狭窄的是砂岩,该结果可为小流域泥沙来源和水土保持治理措施提供重要依据。     

坡度影响下的砒砂岩区裸露坡面水分入渗特征及模拟

为探究不同坡度(5°,10°,20°,30°)条件下,不同质地砒砂岩土壤(灰白色、混合色、紫红色)的水分入渗特征及最优入渗模型。通过室内模拟土柱法对土壤的水分入渗特征和拟合结果进行对比分析。结果表明:(1)研究区不同坡面土壤容重在1.513~1.737 g/cm³,30°坡面下的灰白色砒砂岩土壤入渗能力较强,5°坡面下的紫红色砒砂岩土壤入渗能力较弱。(2) 在砒砂岩土壤一维垂直 入渗过程中,初始入渗率为2.000~8.600 cm/min,入渗时间3.500~5.000 min后达到稳定入渗率(0.160~1.800 cm/min)。入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系。坡度的大小、砒砂岩的质地均影响砒砂岩土壤入渗能力,坡度越小、颜色越深, 入渗率、累计入渗率越低,湿润锋运移越慢;且初始入渗速率、稳定入渗速率、初始湿润锋运移速率、稳定湿润锋运移速率的值均随着坡面坡度的减小、砒砂岩土壤颜色的加深呈现减小趋势。(3)Kostiakov模型、Philip模型对于砒砂岩区土壤水分入渗结果拟合较好,决定系数均在0.900以上。Kostiakov模型 决定系数的平均值0.948拟合效果最优;Philip模型决定系数的平均值0.937拟合效果其次;Horton模型决定系数的平均值0.688拟合效果较差。通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)、纳什效率系数(NSE)验证Kostiakov模型和Philip模型模拟值与实测值的差异性小、两者吻合程度高。     

森林火灾流域侵蚀泥沙来源指纹技术研究进展

指纹识别技术是量化流域侵蚀泥沙来源的有效手段,如何应用于火烧流域,仍有一些问题值得探讨。通过回顾相关文献,总结森林火灾通过植被、土壤和灰烬加剧土壤侵蚀的机制,介绍应用指纹技术研究火烧流域泥沙来源的案例,重点分析放射性核素、矿物磁性、物理性质、地球化学元素和有机组分等指纹因子在火烧迹地的含量和性质变化,论述各类指纹因子在火烧流域泥沙来源研究中的适用性,并提出未来应重点关注指纹技术的物理基础、火灾后土壤性质的时空变化规律、指纹因子稳定性验证、燃烧灰烬的影响以及大粒径泥沙的识别等问题。为促进火烧迹地指纹识别技术的研究、理解森林火灾对于流域产沙格局的影响、提升火灾流域水土保持和生态修复的有效性提供理论依据。     

砒砂岩区不同退耕还林措施土壤颗粒及交换性能分布特征

为研究砒砂岩区退耕还林还草措施下林地和草地的土壤结构及土壤交换性能对其措施的响应,选取柠条林、油松林、小叶杨林和本氏针茅草地为研究对象,并以荞麦坡耕地为对照,通过野外取样与室内试验相结合的方式,采用分形理论探究土壤粒径分布(PSD)、阳离子交换量(CEC)和交换性盐基总量(ECEC)及其组成(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+))的分布特征,并分析其相关性关系。结果表明:(1)实施退耕还林措施后,草地和林地的PSD分布范围、非均一性、离散程度均高于坡耕地,且柠条林的土壤粉粒含量、PSD分布范围的增幅效果最显著(P0.05);土壤剖面垂直层次上,草地有利于增加表层土壤的细粒组分和粒径的分布范围,而林地更有利于对深层土壤粒径的改良与细化;(2)研究区交换性盐基组成主要以碱土金属为主(Ca~(2+)、Mg~(2+)),不同措施的土壤ECEC和CEC值由大到小依次为柠条林油松林小叶杨林草地坡耕地。草地表层土壤交换性能优于底层土壤,而林地与之相反;(3)黏、粉粒和细砂是决定研究区土壤交换性能的细粒土壤和粗粒土壤,粉粒是CEC、ECEC的主要贡献因子,多重分形维数可较好地描述土壤交换性能与土壤颗粒间的关系。不同措施以柠条林对土壤颗粒组成和土壤交换性能的改良效果最优。     

基于不同模型不同指纹因子的东北黑土区小流域泥沙来源分析

基于指纹识别技术计算了东北黑土区典型小流域不同侵蚀产沙源地的泥沙贡献比。通过分析农地、林地、草地表层土以及侵蚀沟样品中的33种物质,使用非参数检验和多元判别分析筛选出包括P、Ce、Ga、Rb和137Cs组成的最优复合指纹因子,并将放射性核素137Cs和210Pbex作为第2组指纹因子,将最优复合指纹因子中的单个因子分别作为单因子,作为第3组指纹因子,分别利用多元混合线性模型、Bayesian模型和单因子解析解等泥沙来源指纹分析方法计算了表层土和侵蚀沟的相对泥沙贡献比。结果表明:基于不同模型不同指纹因子的泥沙来源贡献比结果虽不尽相同,但无重大差别。利用多元混合线性模型计算时,由放射性元素137Cs和210Pbex作为指纹因子计算的泥沙来源(表层土47.5%,侵蚀沟52.5%),与最优复合指纹因子计算的泥沙来源(表层土44.6%,侵蚀沟55.4%)基本一致;利用Bayesian模型计算时,由放射性元素137Cs和210Pbex作为指纹因子计算的表层土和侵蚀沟的泥沙贡献比约各占1/2,而利用最优复合指纹因子计算得到的泥沙贡献比中,表层土(58.8%)多于侵蚀沟(41.2%);以复合指纹因子中单个因子为指纹因子计算解析解,P、Ga、Ce、137Cs 4个因子的判别能力较强,能有效判别泥沙物源区;为保证泥沙贡献比计算结果的精确性,有必要确定各模型的计算精度,并挖掘具体的影响因素,调整参数或算法,为模型改进提供依据。研究发现,面积占比不足1%的侵蚀沟贡献了流域近1/2的泥沙,表明侵蚀沟发育引起的土壤流失不容小觑,应加强对该区侵蚀沟道的治理。     

黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究

通过黄河下游多断面、多钻孔、深层次泥沙淤积物取样级配分析,认为在1960年三门峡水库运行前,下游河道主槽淤积物中0.1 mm以上泥沙占一半。以0.1 mm为粗泥沙集中来源区界定研究中的粗泥沙界限,0.1 mm的粗泥沙输沙模数1 400 t/(km2.a)为粗泥沙集中来源区界定指标,界定出黄河中游粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2。该区面积仅占黄河中游多沙粗沙区面积(7.86万km2)的23.9%,但该区产生的全沙量、d≥0.05 mm和0.1mm的粗泥沙量分别占多沙粗沙区相应输沙量的34.5%,47.6%和68.5%,说明该区是名符其实的产粗泥沙“大户”,是当前黄河粗泥沙“源头”治理的重中之重。     

塔里木河干流古河道表层沉积物粒度特征及其意义

历史上塔里木河因频繁改道在干流两岸遗留了多条古河道,研究其表层沉积物粒度特征,可判断表层沉积物形成时的沉积环境与水动力条件。通过对塔里木河古河道表层沉积物系统采样,进行粒度分析发现:(1)塔里木河古河道表层沉积物优势粒级为粉沙,粒度次一级组分在干流两岸古河道间差异明显;(2)古河道表层沉积物比塔里木河洪泛平原土壤粒径细小,表明古河道晚期水动力较弱;(3)塔里木河干流南岸的部分古河道表层沉积物中,含风成沙夹层,反映了其沉积环境受风水两相作用。