黄土高原小流域淤地坝系淤积特征及其生态效应研究

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淤地坝系作为黄土高原水土保持生态建设工程中的重点内容,在黄土高原的生态建设中起着关键作用。本研究以黄土高原丘陵沟壑区王茂沟小流域淤地坝坝系及其淤积产物坝地为研究对象,通过实地勘察、资料收集、野外采样和室内测试分析,分别对单坝→坝系单元→整个坝系的淤积特征、坝地的水资源效应、固碳效应进行研究,以期为黄上高原地区的淤地坝规划建设和水土资源高效利用捉供科学依据。取得主要结论如下:  (1)分析了流域坝地的土壤质地、可蚀性K值、土壤含水量之间的关系。研究区流域坝地土壤质地以粉砂壤土为主,粉粒含量占主导地位。坝地土壤颗粒分形维数与沉积土壤砂粒、粉粒及粘粒含量分别呈负相关、正相关、正相关,坝地土壤颗粒对分形维数的影响作用表现为:砂粒>粉粒>粘粒。坝地上壤颗粒分形维数、可蚀性K值和土壤含水量与土壤粘粒(O.05mm)含量呈极显著负相关关系;有机碳与粘粒、粉粒含量呈显著正相关关系,与砂粒含量呈极显著负相关关系。  (2)系统分析了淤地坝系泥沙淤积特征。垂直方向上,一个旋迥层从上到下表现为泥沙由细变粗,形成了以砂粒-粉粒-粘粒为主的沉降次序。水平方向上,单坝的淤积特征为坝前比坝后的淤积泥沙相对较细;坝系单元的淤积特征为在有放水建筑物或者溢洪道的串联坝上,从沟头到沟口淤积泥沙的粒径变化逐渐由粗变细,串联的闷葫芦坝上从沟头到沟口淤积泥沙的粒径变化不明显,而并联坝进入下游坝后泥沙粒径会有中和现象出现。随着沟道级别的增加,淤积泥沙粒径越来越小;坝系的淤积特征为主沟道淤积泥沙的d50自上而下沿程表现为阶段性递减趋势。坝地十壤颗粒分形维数变化于2.674~2.829之间,垂直剖面变化微小,水甲方向上坝中<坝后<坝前,整体上表明上游泥沙粗,下游泥沙细。次暴雨下,水平方向上,坝地土壤分形维数:坝后<坝中<坝前,从上游到下游逐渐变大,表现为土壤越来越细。  (3)阐明了淤地坝坝地水资源效应并估算了坝地储水量。王茂沟小流域坝地土壤含水量在3.24%~41.60%之间变化。坝地土壤水分按深度划分为水分剧变层(0~20cm)、水分活跃层(20~60cm)、水分次活跃层(60~140cm)、水分相对稳定层(140cm以下)4个层次。王茂沟流域坝地总储水量约为82.09万m3。坝系的减水效益与坝地面积占流域面积的比例之间呈递增关系。坝地稳定入渗率为0.10mm/min,且坝地土壤有效水容量明显高于其它地类。  (4)揭示了淤地坝坝地的固碳效应并对固碳储量进行了计算。王茂沟坝地有机碳含量变化范围为6.3-23.59/kg之间。相比不同土地利用,坝地的土壤有机碳密度相对较高。王茂沟小流域淤地坝拦蓄的泥沙共储存有机碳46839.48t,流域泥沙储存有机碳平均速度1.33t/(hm2.a)。韭园沟小流域淤地坝拦蓄泥沙共储存有机碳28285.43万t。
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