金沙江流域水沙变化及其驱动机制

为了探究金沙江流域控制水文站屏山站水沙序列的趋势及突变特性,量化不同驱动因素对水沙变化的贡献。基于金沙江流域1954—2016年径流和输沙数据,从长时期及场次事件两个角度揭示了水沙关系的动态变化特征。结果表明：(1) 63年间,径流量年均变化速率为-1.16×10⁸m³/a;输沙量年均变化速率为-2.0×10⁶t/a; 1998年长江流域发生特大洪水,水沙序列在该年发生突变;(2)水沙关系的特征参数a值在1998年前后由上升改为下降趋势,退耕等坡面水保措施在1998年后发挥了重要作用;b值始终下降,河道影响因素始终发挥减沙作用;在场次降雨尺度上,流域径流-悬移质泥沙环路(C-Q环路)以顺时针形环路为主,表明坡面泥沙物源充足,是影响流域产沙的重要因素;(3)流域内降水、温度及NDVI与径流和输沙之间有明显的相关性,人类活动与降水因素对径流量的贡献比为-1∶2,而输沙量主要受人类活动影响,对应的贡献比为-6∶1。综上,金沙江流域63年间的径流输沙受多种因素综合影响,径流量的变化主要由于降水的变化,输沙量受人类活动影响更大。     

基于不同时间尺度的贵州省近50年气象干旱时空演化特征

[目的]基于气候因子分区条件下,分析贵州省不同区域在不同时间尺度下气象干旱的时空演变特征,可为干旱监测和预测、抗洪救灾提供理论依据。[方法]基于贵州省31个气象站点1970—2019年的逐月降水和气温数据,利用主成分分析讨论贵州省降水及气温变化特征,结合SPEI指数研究贵州近50年气象干旱时空演化规律。[结果](1)贵州近50年气温变化由东向西逐渐递增,即西部为气温极端变化和重度变化区、中部和东部为中度变化区、南部和北部边缘为轻度变化区; 贵州省降水变化由西向东逐渐递减,其中西部为极端变化和重度变化区、中部为重度变化区、东部为轻度变化及正常区;(2)贵州省近50年气象干旱强度中度变化区最大、其次是轻度变化区,重度变化区最小; 随着年代的递增及时间尺度增大,气象干旱逐渐增强,并呈现“峰—谷”交替现象,其中1970—1985年及1990—2000年为干旱“低谷”期、1985—1990年及2000—2019年为干旱“峰值”期;(3)贵州近50年逐月干旱频率以中低频为主,主要发生在贵州东部、南部及北部; 轻度变化与中度变化区70s干旱频率最小、变幅最大,10s干旱频率最大、变幅次之,其余年代干旱频率变化相对较小。[结论]气象干旱具有显著的时间尺度特征,干旱的时空演化是气候变化、流域地表及人类活动时空耦合的结果。     

不同植被类型下草本群落与土壤因子的关系

[目的]在黄土高原大规模植被恢复重建的背景下,揭示贴地草本群落与耕作层土壤理化性质的协同发育及相互关系对恢复植被的可持续性发展尤为重要。[方法]以陕北绥德辛店沟小流域不同植被恢复类型下草本群落为研究对象,通过野外布设样方采集土壤标本,测定群落盖度,物种信息等指标,辅以室内试验和统计分析的办法,分析了不同植被类型下草本群落特征、土壤因子及其响应关系。[结果](1)陕北小流域不同植被恢复类型下草本层的Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数四项指数总体差异显著,荒地、灌丛地>乔灌混交林>人工草地、乔木林(p<0.05)。(2)土壤因子与草本群落生物量、群落盖度、叶功能性状呈现出显著相关关系(p<0.05),且在不同植被类型下草地样方的响应中南坡优于北坡。(3) RDA排序分析发现,土壤有机碳、全氮、全磷含量、土壤容重和土壤最大持水量是影响草本群落生长发育的关键因子。[结论]灌丛地、乔灌混交林和荒地中草地生态稳定性及水土保持功能性优于其他植被恢复模式。     

次降雨下砒砂岩坡面细沟形态发育及其对侵蚀产沙的影响

[目的]以水蚀剧烈的砒砂岩区裸露坡面为研究对象,分析次降雨下坡面细沟形态演变及侵蚀产沙特征,以期为坡面沟蚀发育演变及坡面水土流失治理提供理论依据。[方法]基于野外径流小区原位监测试验,采用三维激光扫描仪监测径流小区两个雨季13次自然降雨下细沟发育过程及产流产沙规律。[结果](1)小区内细沟发育过程分为4个阶段：跌坎发育—断续细沟—连续细沟—沟网形成;(2)细沟长度、宽度、深度及细沟体积、细沟密度、细沟复杂度均随着降雨的继续呈上升趋势,而细沟宽深比呈下降趋势;(3)研究区内中雨对细沟发育贡献最大,其发生频率为53.69%,对细沟形态的影响占比71.25%。[结论]细沟形态变化对产沙的影响较大,细沟出现后产沙量明显上升,产沙量与细沟发育过程对应关系较好,而对产流过程的影响有限,尤其细沟体积与产沙量及含沙量的相关性最强。     

水力侵蚀下砒砂岩区植被格局对微地形和侵蚀的影响

[目的]研究植被格局下微地形与侵蚀的关系,可为砒砂岩地区坡面侵蚀规律研究和水土流失防治提供理论参考。[方法]以砒砂岩区鲍家沟流域内的3种植被格局(均匀分布、聚集分布、随机分布)坡面为研究对象,通过自然降雨条件下采用野外径流小区实测结合三维激光扫描技术,分析了植被格局对微地形和侵蚀的影响。[结果]降雨后不同植被格局坡面的产流量、产沙量依次为裸坡坡面>聚集分布坡面>随机分布坡面>均匀分布坡面,与裸坡相比,均匀分布坡面的产流量、产沙量分别减少了64%,75%,其径流泥沙的拟合函数为Y=0.3619x^0.7309,R²=0.9866;不同植被格局坡面侵蚀—沉积的空间分布存在一定差异,与其他坡面相比,均匀分布格局坡面的土壤侵蚀强度最弱,侵蚀区面积最小,为12.38 m²,沉积区面积最大,为3.44 m²。不同植被格局坡面地形因子均随降雨呈现增大的趋势,且与裸坡坡面相比,聚集分布坡面地表粗糙度、地表起伏度、地表切割度、微坡度增幅最小,分别为5%,2%,0.5%,9%。聚集分布坡面地表粗糙度与产...     

典型泥石流小流域降雨和土地利用对坡面侵蚀的影响

[目的]揭示泥石流小流域降雨和土地利用对流域内坡面侵蚀的影响和作用,为泥石流的生态治理提供科学依据。[方法]以白龙江流域一级支沟——甘家沟泥石流小流域为研究区,基于该流域已建的5个径流小区(裸地、坡耕地、草地、土坎梯田、经济林地)连续5年的观测资料,利用K-均值聚类法,选择降雨量(P)、降雨历时(D)和最大30 min降雨强度(I₃₀)3个降雨指标,将该流域46次侵蚀性降雨事件划分为3类雨型(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型),以平均径流系数和平均土壤流失量为主要指标,定量化分析了不同降雨雨型和土地利用类型对坡面产流产沙的影响和作用。[结果]径流和土壤流失对降雨的响应存在差异,平均径流系数为Ⅰ型降雨最高,其次为Ⅲ型和Ⅱ型降雨;土壤流失量为Ⅱ型降雨>Ⅰ型降雨>Ⅲ型降雨。最大30 min降雨强度与5种土地利用类型的径流系数和土壤流失量的正相关性最高,其次为降雨量、降雨历时。5种土地利用类型的平均径流系数为裸地>经济林地>坡耕地>草地>土坎梯田,土壤流失量为裸地>坡耕地>经济林地>草地>土坎梯田。降雨和土地利用相互作用下,径流...     

1980-2015年江西省土地利用迁移变化分析及驱动机制研究

厘清江西省土地利用转换时空特征,明晰驱动因子,可为该区土地资源的合理开发和生态环境保护提供科学依据。基于Landsat遥感影像,利用ArcGIS空间分析和SPSS主成分分析等方法,通过土地利用单一和综合动态度、土地利用转移矩阵和土地利用程度综合指数,以及土地利用重心迁移等,研究了1980—2015年江西省土地利用时空变化,并探究了驱动机制。结果表明：(1) 1980—2015年江西省土地利用综合动态度为0.168%/a,类型主要为林地和耕地,两者面积占总面积的89.85%,其中建设用地面积变化最大,期间共增加了2 241.01 km²,为主要变化类型。(2) 1980—2015年江西省土地利用转出和转入面积最大的分别是耕地3 190.67 km²和建设用地2 325.20 km²,而林地和草地也分别转出2 830.77 km²,885.18 km²,迁移变化总体上为居民建设用地大量扩张,耕地和林地面积均大为减少。(3)江西省土地利用重心随土地利用变化发生相应改变,其中建设用地和...     

稀土元素示踪法在土壤侵蚀与泥沙来源研究中的应用

[目的]掌握稀土元素(REE)示踪土壤侵蚀和泥沙来源的方法,明确其不确定性来源,对正确运用该方法获得可靠的侵蚀速率和泥沙源地贡献结果具有重要意义。[方法]基于前人运用REE示踪土壤侵蚀速率和泥沙来源的研究成果,总结了REE示踪土壤侵蚀的基本技术路线及其在水蚀、风蚀和泥沙来源研究中的应用,探讨了REE示踪土壤侵蚀和泥沙来源研究中的不足。[结果]分析认为REE虽是理想的示踪剂,但REE示踪法仍存在影响示踪土壤侵蚀和泥沙来源准确性的关键方面需要改进,包括REE与土壤结合方式与机理、长期监测或复杂环境下随淋溶、径流的迁移以及植被吸收利用等。在未来研究中应重点关注大量释放REE对土壤、植物、环境健康的影响以及REE示踪法与复合指纹识别法的结合运用等。[结论]研究结果为提高REE示踪土壤侵蚀结果的准确性,运用该方法开展其他侵蚀类型研究,与复合指纹识别法结合辨别大区域的泥沙来源奠定基础。     

基于熵权法TOPSIS模型综合评价石漠化区4种苔藓植物的生态修复效益

[目的]探讨典型苔藓植物在石漠化区的生态修复效益,为进一步把苔藓植物运用于石漠化治理中提供数据支撑。[方法]选取石漠化区4类生境中大灰藓(Hypnum plumaeforme)、牛舌藓(Anomodon viticulosus)、小石藓(Weisia controversa)、蕊型真藓(Bryum coronatum)优势苔藓物种,基于熵权法TOPSIS模型从苔藓植物饱和吸水率、蒸腾速率、抗冲刷能力、改善土壤养分这4个方面综合评价4种苔藓植物的生态修复效益。[结果](1) 4种苔藓植物的饱和吸水率和蒸腾速率具有显著差异性;饱和吸水率最高的是蕊型真藓(1384.93%±80.77%),最低的是小石藓(602.74%±34.78%)。蕊型真藓平均蒸腾速率最高值为402.43 g/(m²·h),大灰藓平均蒸腾速率最弱为146.86 g/(m²·h);饱和吸水率与蒸腾速率、干重、假根密度、假根根长呈正相关;蒸腾速率与假根密度、干重、饱和吸水率呈正相关,与假根根长呈负相关。(2)通过人工为期6个月种植苔藓植物后研究发现,与纯土组对比,苔藓植物对土壤中全...     

2007-2017年府谷-龙门段河道冲淤特征及其动力机制

[目的]河道演变是水流、泥沙与河床边界相互作用的结果,对水利工程的安全、洪涝灾害的防控有显著的影响。黄河中游府谷—龙门段位于晋陕峡谷地带,以黄土高原沟壑侵蚀地貌为主,流经的黄土高原地区是黄河泥沙的主要来源,因此研究该河段的河道冲淤特征及影响因素对控制黄河中游水土流失有重要意义。[方法]基于府谷、吴堡、龙门3个典型水文站径流泥沙及河道断面数据,分析了2007—2017年府谷—龙门段河道冲淤特征及相关影响因素。[结果](1)近11年来府谷—龙门段河道整体表现为冲刷,其中府谷—吴堡段表现为河道冲刷量逐渐减小,吴堡—龙门段表现为河道冲刷逐年加剧。(2)府谷—吴堡段呈水减沙增的趋势,吴堡—龙门段整体表现为水多沙少,两河段河道冲淤量与水流含沙量变化同步。(3)府谷—吴堡段悬移质泥沙中值粒径呈增加趋势,河道冲刷变缓;吴堡—龙门段悬移质泥沙中值粒径呈减小趋势,加剧河道侵蚀。(4)府谷站入黄泥沙量增加,河道侵蚀力降低,河道冲刷变缓;吴堡站入黄泥沙量减少,河道侵蚀力增强,河道处于冲刷的状态。[结论]径流泥沙的变化在很大程度上影响了府谷—龙门段河道冲淤。在生态环境有所改善的背景下,研究该河段河道冲淤特征及动...