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基于復(fù)合指紋分析法的元江干熱河谷區(qū)小流域泥沙來源研究

發(fā)布時間：2020-04-13 08:36

【摘要】：元江干熱河谷區(qū)土壤侵蝕激烈,河流泥沙含量高,這不僅對流域梯級水電的運(yùn)營構(gòu)成了威脅,而且引起了下游國家的廣泛關(guān)注,迫切需要開展小流域侵蝕產(chǎn)沙機(jī)制研究,以為區(qū)域水土流失綜合治理、河流泥沙調(diào)控以及水土保持措施效益評價等提供科學(xué)依據(jù)。本研究以元江干熱河谷區(qū)4種不同景觀格局的小流域(經(jīng)果林小流域、自然林小流域、農(nóng)地小流域和綜合小流域)為研究案例,動態(tài)監(jiān)測小流域侵蝕產(chǎn)沙過程,利用指紋識別技術(shù)定量計算各個潛在泥沙源地貢獻(xiàn)率,并利用CSLE模型計算侵蝕模數(shù),最后結(jié)合泥沙貢獻(xiàn)率計算結(jié)果綜合分析景觀格局對干熱河谷區(qū)小流域侵蝕產(chǎn)沙的影響機(jī)制。主要研究成果如下:(1)案例區(qū)景觀格局變化特征:從1990年、2010年和2015年總體上看,農(nóng)地面積存在逐期減少的趨勢;經(jīng)果林和自然林的面積則呈現(xiàn)逐期增加的趨勢。研究區(qū)景觀類型在1990-2015年的變化主要表現(xiàn)為農(nóng)地的轉(zhuǎn)出以及經(jīng)果林和自然林的轉(zhuǎn)入,其中1990-2010年主要是經(jīng)果林的轉(zhuǎn)入以及農(nóng)地的轉(zhuǎn)出,而在2010-2015年則主要是農(nóng)地的轉(zhuǎn)出和自然林的轉(zhuǎn)入。(2)小流域泥沙來源變化特征:分別用多元混合模型(Mixing model)和判別分析(DFA)的方法對四個小流域暴雨產(chǎn)流的泥沙來源貢獻(xiàn)率進(jìn)行計算。通過對比分析,不同景觀格局的小流域被篩選組合的指紋因子是不同的,其中經(jīng)果林小流域只有總碳(TC)這一個指紋因子被選出來;自然林小流域的TC和鈷(Co)組成了復(fù)合指紋最佳組合;農(nóng)地小流域最佳復(fù)合指紋組合則是頻率磁化率、鋁(Al)和鉛(Pb);綜合小流域也有3種指紋因子TC、鈣(Ca)和Pb成為最佳組合。綜合四個小流域泥沙來源計算的結(jié)果可以得到,雖然在暴雨過程中兩種算法計算的泥沙貢獻(xiàn)率得到了不同的變化趨勢,但整個暴雨過程下不同小流域泥沙來源的貢獻(xiàn)率都是溝道農(nóng)地經(jīng)果林自然林。mixing model計算出的暴雨過程泥沙貢獻(xiàn)在變化趨勢上更加多樣,而DFA計算出的整個暴雨的平均泥沙來源貢獻(xiàn)與流域侵蝕情況的相關(guān)性更大。研究表明不同景觀特征的小流域,其最佳指紋因子是有差異的,同時我們認(rèn)為在本次研究中DFA模擬效果較Mixing model要好。(3)侵蝕產(chǎn)沙變化特征分析:研究區(qū)各個小流域不同潛在源地的泥沙貢獻(xiàn)率和年泥沙貢獻(xiàn)量可以通過直接計算或者間接估算獲得。結(jié)果表明在四個目標(biāo)小流域中,溝道是小流域泥沙的主要來源,泥沙貢獻(xiàn)率變化在51.4%-81.3%間,平均泥沙貢獻(xiàn)率為65.2%;其次是農(nóng)地,變化范圍為22.5%-38%,平均30.3%;然后是經(jīng)果林,泥沙貢獻(xiàn)率變化在7.4%-24.9%間,平均泥沙貢獻(xiàn)率為15.1%;自然林對泥沙的貢獻(xiàn)最小,貢獻(xiàn)率變化范圍為3.2%-15.1%,平均貢獻(xiàn)率僅有9.2%。侵蝕產(chǎn)沙過程中,溝道的泥沙貢獻(xiàn)率有先減少后增加的趨勢;而坡面上潛在源地(經(jīng)果林、自然林和農(nóng)地)的泥沙貢獻(xiàn)率則有先增加后減少的趨勢。最后結(jié)合不同小流域景觀格局和相關(guān)侵蝕產(chǎn)沙、泥沙貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)得到,溝道是暴雨侵蝕產(chǎn)沙的主要源地;不同泥沙源地在不同景觀格局的小流域中,對該小流域的侵蝕產(chǎn)沙是存在差異的;對于除了溝道以外的其它坡面潛在的泥沙源地來說,坡面上的侵蝕產(chǎn)沙表現(xiàn)為農(nóng)地經(jīng)果林自然林的趨勢。本文主要通過對潛在泥沙源區(qū)景觀類型變化和侵蝕量的計算結(jié)合泥沙來源貢獻(xiàn)的定量分析來明晰景觀格局對干熱河谷區(qū)小流域侵蝕產(chǎn)沙的影響機(jī)制,結(jié)果表明干熱河谷區(qū)溝道是河流泥沙的主要來源,小流域景觀格局對侵蝕產(chǎn)沙具有重要影響,結(jié)果為有關(guān)部門制定干熱河谷區(qū)發(fā)展規(guī)劃、控制水土流失等提供科學(xué)參考。
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