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。     

复合指纹法分析红壤区强度开发小流域泥沙来源

南方红壤区人口密集,土地资源开发利用强度大,水土流失类型多样。为研究不同土地利用类型下红壤区强度开发小流域侵蚀泥沙来源,选取感德镇红壤强度开发小流域为研究区,分析了流域内潜在泥沙源地和泥沙的41个地球化学特征,利用Kruskal-Wallis H检验及逐步判别分析确认最佳指纹因子组合,并通过多元混合模型计算各泥沙源地泥沙贡献率。结果表明:共有速效P、Cu、P、Y、Ca、Ga、Sn、Nd 8种因子通过检验被确认为最佳指纹因子组合,累计贡献率达90%以上,拟合优度均大于0.80。多元混合模型结果显示,锋面雨季流域泥沙主要来源于林地、茶园与矿区,贡献率分别为28.59%,28.20%,27.59%;在台风雨季,4种土地利用类型泥沙相对贡献率为茶园>林地>矿区>耕地。通过对不同降雨特征下各土地利用类型泥沙贡献百分比数据进一步分析,结果显示矿区单位面积泥沙贡献百分比均值分别是耕地、林地与茶园单位面积泥沙贡献百分比均值的8,10,10倍,即单位面积下矿区土壤侵蚀强度最大。     

西南典型岩溶槽谷小流域地表和地下河悬浮泥沙来源

为了明确岩溶槽谷小流域地表悬浮泥沙与地下河悬浮泥沙的主要来源,制定具有针对性的水土流失防治措施,该研究以青木关岩溶槽谷小流域为例,采集碳酸盐岩、碎屑岩、沟道和裂隙等4种不同泥沙源地土壤样品,测定了137Cs、磁化率、Li、As等41种土壤理化性质作为指纹因子;利用双边范围检验、均值检验和Kruskal-Wallis H非参数检验对所有指纹因子进行筛选,确定Fe、137Cs、Pb、V、质量频率磁化率5种指纹因子为最佳指纹因子组合;采用复合指纹法定量分析地表和地下河出口悬浮泥沙来源。结果表明：降雨量、降雨历时和降雨强度与流域潜在泥沙源地贡献率存在一定的规律;流域潜在泥沙源地对地表悬浮泥沙平均贡献率分别为碳酸盐岩（43.62%）> 沟道（27.34%）>碎屑岩（17.30%）>裂隙（11.74%）,拟合优度为91.88%;对地下河出口悬浮泥沙的平均贡献率分别为碳酸盐岩（36.14%）>裂隙（24.02%）>沟道（22.93%）>碎屑岩（16.91%）,拟合优度为92.56%。该研究定量分析了岩溶槽谷地表和地下河出口悬浮泥沙的主要来源,可为岩溶槽谷小流域综合治理提供参考依据。     

黄土高原地区泥沙来源复合指纹示踪研究进展

[目的]为把握复合指纹示踪方法发展动态,为黄土高原泥沙来源研究提供建议。[方法]综述了复合指纹示踪方法的理论基础,对各指纹因子(物理示踪剂、核素、地化元素、磁性、有机质、碳氮稳定同位素、孢粉、生物标志物)的发展进程、模型算法、不确定分析等进行了详细论述。[结果]黄土高原地区在利用指纹因子的时空差异性来研究侵蚀区泥沙的来源,定量描述侵蚀过程的发展等方面已取得一系列成果。[结论]复合指纹示踪泥沙来源技术在黄土高原地区以探讨指纹因子应用研究为主,在混合模型矫正、多方法比较、指纹因子守恒等方面还需要进一步加强研究。     

指纹法研究花岗岩区典型崩岗小流域悬浮泥沙来源

为研究花岗岩区典型崩岗小流域内悬浮泥沙来源,以安溪县龙门镇崩岗侵蚀小流域为研究对象,在4种土地利用类型(侵蚀林地、茶园、耕地和崩岗侵蚀区)中共采集85个泥沙源地土样,同时在河道布设采样器收集降雨后侵蚀悬浮泥沙。通过分析样品中的34种指纹因子,运用复合指纹法筛选出最佳指纹因子组合,并计算出各泥沙源地的泥沙运移规律。结果表明:不同泥沙源地悬浮泥沙中同种指纹因子存在显著差异,利用Kruskal-Wallis检验和多元判别筛选出Ca、Li、Sn、K和Ba为最佳指纹因子组合(累积贡献率大于90%);同时利用多元混合模型得出茶园的悬浮泥沙相对贡献百分比为33%,耕地为27%,侵蚀林地和崩岗侵蚀区均为20%,且混合模型优度拟合检验值为0.89。进一步分析表明,降雨对崩岗侵蚀区的影响最大,茶园和崩岗侵蚀区单位面积产生悬浮泥沙量明显高于其他两个源地,说明崩岗侵蚀区和茶园是花岗岩区崩岗小流域中需要采取防治措施的重点。     

利用复合指纹法分析剑川双河水库泥沙来源

[目的]定量研究水库沉积泥沙的具体来源,为中国滇西北水土流失区域泥沙来源研究和流域综合治理提供科学依据。[方法]以滇西北剑川县双河水库流域作为研究区,选取林地、草地、耕地及采矿用地4种土地利用类型作为潜在泥沙源头,利用复合指纹法分析双河水库沉积泥沙潜在来源及其贡献百分比。选择27个地球化学因子,通过守恒性检验与Kruskal-Walls H检验并利用逐步判别分析确定最佳指纹因子组合,运用多元线性混合模型计算各泥沙源地贡献百分比。[结果]①共有8个指纹因子(S,Ca,Sr,TP,Cr,Ba,K,Mg)被确认为最佳指纹因子组合,累计贡献率达89.60%;②总体上,泥沙贡献百分比平均值从大到小为:草地(37.28%)耕地(34.62%)林地(27.86%)采矿用地(0.24%);③单位面积上泥沙贡献百分比为:耕地(9.55%)草地(3.78%)采矿用地(1.24%)林地(0.38%)。[结论]复合指纹法适用于双河水库流域泥沙来源判别,耕地仍是土壤侵蚀最为严重的土地利用类型,而草地因面积较大、地表覆盖度较低,也是泥沙贡献较多的土地利用类型。     

黄土高原小流域泥沙来源的复合指纹识别法分析

流域泥沙来源分析对流域治理及水土保持措施评价有重要意义。通过在陕北选定的汇水区内采集的主沟道沟壁、坡地果园、坡耕地及支沟道土壤样品中17种物质的分析,利用Kruskal-WallisH-test和多元判别分析,筛选出土壤全N,低频磁化率χIf、Cu、137Cs和226Ra组成复合指纹识别因子,利用混合模型,对一次洪水携带的泥沙来自4种源地的贡献比进行了动态分析,结果表明:洪水发生时间段内,主沟道发生了重力侵蚀,对今后定量化研究黄土区的重力侵蚀提供了手段。通过加权平均,总体上,本次洪水携带的总泥沙有33.7%来自主沟道,60.0%来自坡地果园,3.0%来自小块的坡耕地以及3.3%来自支沟道。混合模型拟合优度检测值为0.91,证明在黄土高原可以应用复合指纹识别方法研究洪水泥沙来源,并且能对重力侵蚀产沙进行定量分析。     

西南喀斯特小流域地表、地下河流细粒泥沙来源的137Cs和磁化率双指纹示踪研究

在黔中喀斯特高原农林复合生态系统峰丛谷地小流域,利用¹³⁷Cs和磁化率双指纹因子对碳酸盐岩表层土壤(坡地和坝地)、深层土壤(沟道和洞穴/裂隙)以及碎屑岩夹层岩屑3类来源开展指纹特征分析,通过多元混合模型对流域暴雨过程侵蚀悬移质泥沙进行指纹复合示踪,并计算小流域地表及地下出口输出泥沙的主要来源及相对贡献率。结果表明:¹³⁷Cs和磁化率在碳酸盐岩表层土壤、深层土壤以及碎屑岩夹层岩屑3类来源存在显著差异,流域内表层土壤、深层土壤和碎屑岩夹层岩屑的¹³⁷Cs和磁化率平均含量分别为3.39 Bq/kg和310.07×10^-8 m^3/kg、0.50 Bq/kg和180.69×10^-8 m^3/kg、0 Bq/kg和7.02×10^-8 m^3/kg。表层土壤、深层土壤和碎屑岩夹层岩屑对流域地表出口泥沙的相对贡献分别为16.2%,4.3%和79.5%,拟合优度为99.97%;表层土壤、深层土壤和碎屑岩夹层岩屑对流域地下出口泥沙的相对贡献分别为<0.1%,37.9%和62.1%,拟合优度为83.80%。喀斯特流域泥沙来源区别于其他碎屑岩流域具有的特点为:(1)碳酸盐岩风化表层土壤来源少,对河流泥沙贡献小,主要贡献于地表河流。(2)无论流域地表出口还是地下出口,河流泥沙来源主要为流域中碳酸盐岩所夹的少量(地面物质组成<10%)的碎屑岩夹层岩屑。(3)深层土壤略有贡献,地下河流贡献比例高于地表河流。另外,¹³⁷Cs和磁化率可作为双指纹示踪物较好地示踪喀斯特小流域地表、地下河流泥沙来源和确定相对贡献率。     

基于泥沙指纹识别的小流域颗粒态磷来源解析

控制泥沙迁移一直是流域管理的重点,而泥沙携带污染物与养分(磷)对下游水体的影响愈发引起关注。研究泥沙来源的位置、特征及各来源对泥沙输出的贡献,有助于针对重点源区实施水土流失以及水污染治理措施。农业小流域中磷的输出以泥沙吸附的颗粒态磷为主,研究泥沙来源可为探讨颗粒态磷的来源提供重要基础。复合指纹技术是一种可靠的泥沙源解析方法,但在一些地表物质相对均一、输沙量较小、受人为因素影响较多的东部小流域,能否应用指纹识别法解析泥沙来源并探讨颗粒态磷来源还需要验证。该文以南京市九乡河上游小流域为研究区,尝试以指纹识别技术分析流域泥沙来源为基础,进而研究不同来源对颗粒态磷输出的相对贡献。研究结果表明,农田对泥沙输出的贡献为25.3%~65.2%,对颗粒态磷输出的贡献达52.2%~85.8%;矿山及道路施工用地对泥沙输出的贡献为34.8%~74.7%,但是对颗粒态磷输出的贡献仅为14.2%~47.7%;而来源于林地的泥沙与颗粒态磷总体上均不到0.1%。复合指纹技术不但能够有效识别泥沙来源,且以泥沙源解析来研究颗粒态磷来源,能够为基础资料缺乏地区提高颗粒态磷来源识别的合理性以及流域非点源磷污染控制提供一种思路和方法。     

晋西黄土区小流域泥沙来源分析

以晋西黄土区小流域为研究对象,选择了7个典型小流域,根据14 a的定位观测结果,对流域泥沙来源进行了分析.结果表明,按小流域泥沙来源的地貌部位划分,沟谷地(沟头、沟道和沟坡)产沙量＞沟间地(坡面、梁峁坡)产沙量,沟谷地产沙量占流域总产沙量的60%以上,沟谷地侵蚀模数是沟间地的1.28～2.48倍,坡耕地、裸露地是主要产沙地类.     

组合指纹法研究花岗岩崩岗侵蚀泥沙来源

崩岗侵蚀产沙是崩岗侵蚀研究的重点。本研究对典型崩岗进行采样、分析,筛选出最佳指纹因子组合,利用组合指纹法对崩岗侵蚀产沙进行研究。结果表明：不同层次崩岗土体的理化性质有显著差异,利用无参检验和多元判别分析筛选出粘粒含量、Fe、K为最佳指纹因子组合（累积判别率大于90％）,说明指纹法可用于崩岗侵蚀产沙来源研究。同时利用多元...     

指纹技术识别泥沙来源:进展与展望

泥沙来源信息有助于研究流域土壤侵蚀、泥沙输移与沉积特征,对于制定流域泥沙及非点源污染控制战略具有重要意义。泥沙指纹技术是识别泥沙来源的一个可靠方法被广泛应用于世界各地不同流域,最近20多年在指纹因子选择和混合模型优化等技术方法上以及不同时空尺度和源地分类等应用类型上都得到了快速发展,正在从一种研究工具逐步发展为一种管理工具。综述了国内外指纹技术识别泥沙来源在研究尺度、指纹因子筛选、源地贡献分配、不确定性分析等方面开展的研究,并对泥沙指纹技术研究当前存在的问题及今后研究趋势作了分析展望。     

复合指纹识别技术定量示踪流域泥沙来源

土壤侵蚀导致水土资源及土地生产力的破坏和损失,泥沙淤积危害及其引发的一系列水环境效应已成为当前及以后一段时期内研究的热点和重点。开展流域(河流)泥沙来源研究,查明入塘、河、库泥沙通量,定量识别泥沙来源具有重要现实指导意义。选取了一个由山坪塘控制出口的封闭式农业单元小流域(10.7 hm2),开展复合指纹识别技术定量辨析塘库沉积泥沙来源新尝试。据流域现状,定性划分了3种泥沙来源,即旱地、水田、林草地,并分别于塘库中部采取A、B、C三柱表层沉积泥沙;结合复合指纹识别技术定量解析了塘库表层沉积泥沙来源。研究表明,塘库沉积泥沙各来源相对输沙贡献分别为旱地84%、水田14%、林草地2%,复合指纹识别技术能较好地辨析小流域泥沙来源。     

基于Crystal Ball的泥沙来源指纹判别及不确定性评价

土壤固有的空间变异性及对侵蚀强度响应程度的不同,造成利用采集的少量样品中指纹因子的平均值或中位数来表征物源或泥沙时存在较大的不确定性,进而影响物源贡献判别结果的可靠性。已有的蒙特卡洛模拟算法通常基于较为复杂的计算机语言,对一般研究者来说具有一定的挑战性。介绍一种简便快捷的分析软件Crystal Ball,并结合实例分析了其在流域泥沙来源判别中的应用。     

三峡水库典型支流消落带泥沙颗粒态磷复合指纹示踪研究

三峡水库消落带是库区水域与周边陆地环境的关键过渡地带,周期性反季节干湿交替使其具有强烈的物质交换特征。辨析消落带泥沙及其吸附的颗粒态磷的来源对消落带土壤污染防治和环境效应评估以及三峡水环境保护具有重要意义。以三峡库区汝溪河支流不同高程（145～155、>155～165、>165～175 m）消落带为研究对象,运用复合指纹技术查明,消落带泥沙中颗粒态磷的主要来源是长江干流悬移质和汝溪河上游悬移质。淹水期间长江干流江水顶托引起的泥沙沉积是颗粒态磷的主要来源,在>165～175 m高程带对颗粒态磷的贡献达到最大（54.5%）。雨季初期支流上游悬移质对145～155 m高程消落带的颗粒态磷贡献最大（51.6%）,而随高程的增加贡献率减少。消落带上方的土壤侵蚀产沙主要堆积在>155～165和>165～175 m高程范围内,导致消落带上方土壤对泥沙和颗粒态磷的贡献率都随高程的增加而增加。     

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。     

西南岩溶区小流域划分与水文特征分析

由于存在地表地下双层水文结构,因此岩溶区小流域划分一直是一个难题。选取西南地区岩溶发育的羊鸡冲小流域作为研究对象,综合运用地形分析、水文监测和野外调查等方法,以期合理划分岩溶区小流域。研究结果表明,采用地形分析、水文监测与野外调查相结合的方法划分岩溶区的小流域,能够囊括小流域绝大部分的降雨和径流,更符合闭合小流域的特征,使西南岩溶区小流域的划分更加准确。     

泥沙来源“指纹”示踪技术研究综述

泥沙来源"指纹"示踪技术是综合研究流域土壤侵蚀和泥沙输移的新方法。泥沙来源"指纹"示踪技术基于流域侵蚀产沙过程划分潜在物源类型,根据物源特性筛选具有诊断能力的"指纹"性质,通过定量转换模型建立流域出口泥沙与内部潜在物源间的"指纹"联系,定量描述各潜在物源对流域出口产沙的相对贡献;结合悬移质或沉积泥沙通量监测,定量分析各潜在物源对流域产沙的绝对贡献量及流域侵蚀产沙时、空变化特征。通过综述泥沙来源"指纹"示踪技术的理论基础及实施框架,流域尺度潜在物源类型,泥沙"指纹"因子类别、分布特点及诊断能力,泥沙来源复合"指纹"示踪技术的研究进展,指出泥沙来源"指纹"示踪技术的局限性,并对泥沙来源"指纹"示踪技术进行展望。     

黄河河龙区间黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀模数与小流域泥沙来源研究

黄河流域河龙区间面积１１．１６万ｋｍ２，６０年代年均输沙量９．５２５亿ｔ，年均输沙模数８５３５ｔ／ｋｍ２。考虑水库等栏沙，还原计算的年均产沙量为９．８２４亿ｔ，扣除轻微流失面积３．８２万ｋｍ２及其年产沙量０．２９７亿ｔ，黄土丘陵沟壑区７．３４万ｋｍ２面积上年均产沙量９、５２７亿ｔ，年土壤侵蚀摸数为１２９８０ｔ／ｋｍ２，比年均输沙模数高出５２．１％。在小流域泥沙来源分析中，将坡长２０ｍ径流小区的年产沙模数改正为自然坡长的年产沙模数，加上坡面浅沟汇流加大冲刷的作用，未治理坡耕地年产沙模数在１５０００ｔ／ｋｍ２以上。由此算得的小流域各地类年产沙模数，作为工程规划设计和计算水土保持减沙作用的依据较为接近实际。