科技成果

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成果名称: 黄土丘陵区近十年来典型流域侵蚀环境演变的泥沙响应

成果登记号: 9612020J0065

第一完成单位: 中国科学院水利部水土保持研究所

联 系 人: 刘芳

成果类型: 基础理论

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 环境保护与资源综合利用

应用行业: 农、林、牧、渔业

成果简介:

该项研究针对近年来黄河泥沙的锐减现状以及定量判别自然和人类活动对黄河水沙的贡献等热点科学问题,以2003-2012年国家退耕还林工程实施效果的显现期为背景,采用典型流域剖析的方法,通过淤地坝沉积泥沙剖面沉积旋回和小流域侵蚀性降雨对应关系的分析,对小流域近十年的土壤侵蚀模数进行了计算;同时利用遥感手段分析了小流域相应年的植被变化情况,并对植被恢复过程中的小流域的土壤侵蚀变化进行了分析,明确了两者之间的关系;进一步利用复合指纹识别技术探索研究了小流域侵蚀泥沙的来源。研究主要取得以下成果:1)研究时间段内,小流域主要的土地利用变化是由退耕还林(草)工程造成的,退耕总面积为1.03 km2,占研究流域总面积的19.7%。其中主要的退耕工作集中在1999年,占退耕地总面积的64.1%,而2000-2001年和2002年分别占12.6%、23.3%。在年尺度上,小流域年平均NDVI的平均值0.61,整体上呈现增加趋势,说明植被覆盖增加,生态环境好转。2)研究区的沉积泥沙剖面样品中以粉粒为主,平均占总量的71.83 %,其次为砂粒和粘粒。坝地沉积剖面存在粒径变异的转折点,这个点位可用来衡量水沙动力条件和沟道比降对泥沙粒径分布所起的作用。不同粒径颗粒在沉积泥沙样品中的变异程度,粘粒和砂粒均为中等变异,粉粒为弱变异,并且砂粒的变异性最大。以自然裂隙为基础,再参考本研究前期研究结果,选用砂粒含量做为沉积泥沙旋回精准分层的参考依据,另外,适当考虑粉粒和粘粒百分含量在剖面样品中的变化特征,以确保分层的准确性。在分析沉积特征和降雨的一一对应关系后,建立了泥沙沉积的旋回特征。在对小流域出口的沉积剖面颗粒特征的研究基础上,结合小流域的降雨特征,研究了泥沙沉积剖面的不同粒级的平均含量和24 h累计降雨量的对应关系,反演出研究小流域的土壤侵蚀历史演变过程。小流域9年的泥沙侵蚀总量为6063.91 t,而侵蚀模数9年平均值为137.04 t/km2·a,下降至小流域综合治理工程实施前的2.3%,平均年下降率10.86%。在植被重建的作用下,小流域的侵蚀现状降低至轻度侵蚀的水平。且其侵蚀泥沙主要来源于支沟道。3)小流域9年来,累积泥沙沉积量和累积降雨量双累积曲线总体上没有明显变化,说明降雨不是影响该流域土壤侵蚀的主要因素。小流域在2003年随着NDVI的增大,侵蚀模数在较低水平下有相对增长的趋势,但2006年开始,随着NDVI的变化小流域的侵蚀模数也是在稳定在一个较低水平的基础上,有明显的波动。但是年侵蚀模数和平均NDVI在统计学上没有显著的相关关系(P>0.05),证明在目前的研究尺度上,植被的NDVI并不能单独对小流域的侵蚀变化造成显著影响。 总体上说,小流域的植被重建对土壤侵蚀的减少作用在2003年以前已经开始发挥,并且在2003-2011年之间发挥了其主导作用。在这种降雨和植被重建的共同作用下,小流域的土壤侵蚀稳定在了轻度侵蚀以下。研究结果可为黄土高原生态环境建设与黄河健康管理以及"黄河水沙变化对黄土高原侵蚀环境演变过程的响应研究"提供重要科学支持,同时为黄土高原生态建设工程实施效果评估提供支撑。