陕北黄土洼天然聚湫侵蚀产沙量变化模拟研究
发布时间：2020-04-13 23:14
【摘要】：黄土高原是我国水土流失最严重的地区,深入探讨较长时间序列的土壤侵蚀规律是治理水土流失的关键之一,而挖掘坝淤地或者天然聚湫沉积信息则是揭示土壤侵蚀规律的一个突破口。黄土洼天然聚湫距今已有440年,是全淤全冲型、淤积时间最长的天然聚湫,是一个很好的信息源。通过对黄土洼天然聚湫沉积物淤积信息的挖掘以及侵蚀产沙量变化规律的研究,可深入研究并揭示近500年来陕北黄土高原土壤侵蚀的演变规律,建立较长时间的侵蚀产沙变化序列,科学认识人类活动对黄土高原侵蚀的影响,为治理黄土高原的土壤侵蚀提供基础数据。本文以陕北黄土洼天然聚湫为对象,通过手摇钻对黄土洼支沟-虎园则沟进行采样,对样品的粒度特征进行分析,探讨黄土洼天然聚湫粒度特征,在此基础之上,划分黄土洼天然聚湫的沉积旋回层；利用137Cs断年和洪水数据建立黄土洼的时间坐标,计算天然聚湫的沉积速率；结合GPS的实测数据和黄土洼地区DEM资料,拟合高程与累积面积、高程与累积库容曲线方程,计算产沙量和土壤侵蚀模数。主要结论如下：(1)黄土洼天然聚湫沟道沉积物粒度与坝前淤积物相比偏粗,与原生黄土相比整体偏细。从粒度组成上来看,沉积物粒径以粗粉砂含量最高,其次是极细砂、细粉砂、粘粒、胶粒,中粗砂含量较少；这些粒径组分的含量在极大值与极小值之间频繁变换,反映历史时期沉积环境变化频繁。黄土洼地区沉积物频率曲线以单峰为主,双峰仅少量存在,说明黄土洼地区的沉积动力条件相对稳定,泥沙来源单一。从粒度参数来看,平均粒径变化呈现出“细-粗-细”的规律,408cm以上沉积层理变化显著,动力环境复杂；沉积物分选性较差,频率曲线正偏,粒径集中分布在粗端,样品峰态呈中等偏窄。(2)根据胶粒、粘粒、细粉砂变化,可将黄土洼沟道发展历史分为三个阶段：第一阶段为408cm-700cm,胶粒、粘粒、细粉砂含量变化相对缓慢,各沉积层厚度较厚；第二阶段是266cm-408cm,胶粒、粘粒、细粉砂含量变化剧烈；第三阶段是0-266cm,胶粒、粘粒、细粉砂变化再次变缓。从100um分布规律来看,剖面在36cm、58cm、86cm、182cm、292cm处对应着侵蚀力强的降雨,86cm处对应着历史最强降雨。特征参数的分布趋势基本相似,变化趋势与胶粒、粘粒、细粉砂在垂直深度上变化趋势相反,与极细砂和细砂在垂直深度上变化同步。(3)依据粒度成分的差异、沉积层厚度的差异、沉积物颜色的不同、明显的分层界限,通过对剖面细颗粒(0.005mm)、中值粒径、粗颗粒(100um)的分析,以“细-粗-细”的变化规律作为分类标准,将7米(1054.9-1061.9m)剖面最终分为60个沉积旋回层。0-30cm是农耕层,在其余的59个沉积旋回层中,有39层中值粒径只有一个峰值,是单一的沉积旋回层；其他层中值粒径和平均粒径至少有两个峰值,至少对应两场侵蚀性降雨,这样7米剖面至少有79场侵蚀性降雨。利用137Cs初步断定1964、1986所对应的沉积物,利用洪水完善时间,可以确定1959、1972、1977-1978、1994年所形成的沉积物,在框定的时间区间内依据暴雨、大雨降水数据也可以确定其他时间所形成的沉积旋回层。(4)依据所建立的时间坐标,初步估算黄土洼地区1959-2015这55年间平均沉积速率为6.33 cm/a,其中1959-1984沉积速率大于平均沉积速率,1985-2015的沉积速率小于平均沉积速率；最大沉积速率发生在1959-1963、1973-1978这两个阶段,沉积速率为10.8cm/a；最小沉积速率在1994-2003,沉积速率为3.60cm/a；沉积速率与大雨和暴雨的次数有显著的关系。(5)根据黄土洼5m分辨率的DEM数据,提取黄土洼地区所覆盖的等高线信息,拟合出不同高程的累积面积与累积库容的曲线方程,估算出0-7米剖面淤积泥沙总量为132.947万吨。1959年以来(即0-3.48m)共淤积泥沙45.655万吨,1959年之前厚3.52m,共淤积泥沙总量为87.292万吨。估算黄土洼土壤侵蚀模数平均值为8150t/km2·a,属于极强度侵蚀；根据土壤侵蚀模数变化规律,以1979-1983这五年为界,可将1959-2015分为两个阶段,1959-1978年土壤侵蚀模数大于平均值,属于极强度侵蚀；80年代之后土壤侵蚀模数都小于平均值,属于中度、强度侵蚀,侵蚀有减小的趋势。
【图文】：
２．２剖面选择及样品采集逡逑２．２．１剖面样品的采集逡逑笔者于２０１５年８月１８日至８月３０日赴黄王注天然聚淑进行采样如图２－２，逡逑经过实地调查，对游地项项地研究较多而从支沟角度研巧天然聚漱泌＾信息较少，逡逑经过考虑最终选择采样点位于天然聚漱最大的支沟——虎园则沟。虎园则沟发育逡逑最完整，分别在沟道上游沟头取一个剖面，中游和下游分别取３个剖面，共７个逡逑剖面，剖面具体位置如图２－１，经讳度如表２－１。用人工手摇钻在剖面自上到下每逡逑２ｃｍ进行高密度均匀采样，采样深度７ｍ，共３５０个样，为了避免现代耕作的影响，逡逑近地面３化ｍ只进行采样，不参与比较，将所采样品用塑料袋密封加标逡逑签带回实验室。逦ｆｆ逡逑图２－２灻±法野外采样逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｆｉｅｌｄ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｉｎ邋Ｈｕａｎｇｔｕｗａ逡逑１３逡逑
２．２．２容重样品采集逡逑为了保证测得黄±注游地巧项地的容重准确度，容重样品采集时从地表３０ｃｍ逡逑开始取样，这样避免了耕作层的影响，同时样品应均匀分布在巧地内，，如图２－３逡逑所示。在使用环刀取样时应注意，环刀自止壤发生层自下而上平稳打入，保证一逡逑次取样环刀内充满主壤，然后取出环刀，脱去环刀上的环刀托，用削±刀削平环逡逑刀两端的±壤，使其与刀口平面齐平，将样品放入己知重量的侣盒中。逡逑下游侵中上游梁逡逑~枴ｅ义稀觥觥觥鎏烊幌魈鞛迪靛义稀泄靛义希慑澹苫⒃霸蚬靛巍＃ⅰⅲ⒛冲义贤迹玻橙葜夭裳惴植煎义希疲椋纾玻冲澹裕瑁邋澹洌椋螅簦海颍椋猓酰簦椋铮铄澹铮驽澹螅幔恚穑欤椋睿珏澹穑铮椋睿簦箦澹铮驽澹馍剑脲澹洌澹睿螅椋簦义希玻逞返拇碛氩舛ㄥ义希玻常毖妨６鹊牟舛ㄥ义辖杉乩吹难贩旁谑笛槭夷谧匀环绺扇缤迹玻矗蕹分懈档仍游铮诲义嫌锰炱阶既烦屏炕福缪罚湃耄担埃埃恚焐毡校尤耄保担恚炫ǘ任保埃ィ龋不阱义希保村义
本文编号：2626564
【图文】：
２．２剖面选择及样品采集逡逑２．２．１剖面样品的采集逡逑笔者于２０１５年８月１８日至８月３０日赴黄王注天然聚淑进行采样如图２－２，逡逑经过实地调查，对游地项项地研究较多而从支沟角度研巧天然聚漱泌＾信息较少，逡逑经过考虑最终选择采样点位于天然聚漱最大的支沟——虎园则沟。虎园则沟发育逡逑最完整，分别在沟道上游沟头取一个剖面，中游和下游分别取３个剖面，共７个逡逑剖面，剖面具体位置如图２－１，经讳度如表２－１。用人工手摇钻在剖面自上到下每逡逑２ｃｍ进行高密度均匀采样，采样深度７ｍ，共３５０个样，为了避免现代耕作的影响，逡逑近地面３化ｍ只进行采样，不参与比较，将所采样品用塑料袋密封加标逡逑签带回实验室。逦ｆｆ逡逑图２－２灻±法野外采样逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｆｉｅｌｄ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｉｎ邋Ｈｕａｎｇｔｕｗａ逡逑１３逡逑
２．２．２容重样品采集逡逑为了保证测得黄±注游地巧项地的容重准确度，容重样品采集时从地表３０ｃｍ逡逑开始取样，这样避免了耕作层的影响，同时样品应均匀分布在巧地内，，如图２－３逡逑所示。在使用环刀取样时应注意，环刀自止壤发生层自下而上平稳打入，保证一逡逑次取样环刀内充满主壤，然后取出环刀，脱去环刀上的环刀托，用削±刀削平环逡逑刀两端的±壤，使其与刀口平面齐平，将样品放入己知重量的侣盒中。逡逑下游侵中上游梁逡逑~枴ｅ义稀觥觥觥鎏烊幌魈鞛迪靛义稀泄靛义希慑澹苫⒃霸蚬靛巍＃ⅰⅲ⒛冲义贤迹玻橙葜夭裳惴植煎义希疲椋纾玻冲澹裕瑁邋澹洌椋螅簦海颍椋猓酰簦椋铮铄澹铮驽澹螅幔恚穑欤椋睿珏澹穑铮椋睿簦箦澹铮驽澹馍剑脲澹洌澹睿螅椋簦义希玻逞返拇碛氩舛ㄥ义希玻常毖妨６鹊牟舛ㄥ义辖杉乩吹难贩旁谑笛槭夷谧匀环绺扇缤迹玻矗蕹分懈档仍游铮诲义嫌锰炱阶既烦屏炕福缪罚湃耄担埃埃恚焐毡校尤耄保担恚炫ǘ任保埃ィ龋不阱义希保村义
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