黄丘区沟壑治理措施对流域水沙变化的调控作用研究

摘要

黄土高原水土流失严重，下垫面条件多变，治理过程复杂而漫长。当地社会经济发展因此受到了严重的制约。本研究以黄土丘陵沟壑区典型小流域为研究对象，采用野外调查取样和室内实验分析相结合的方法，通过对流域内淤地坝淤积水沙来源追溯、流域内水土流失随时间变化规律分析和流域间次洪过程的对比，研究典型水土保持工程措施——淤地坝在小流域水沙演变过程中的调控作用。为流域规划和综合治理提供了科学指导。本研究取得的主要研究成果如下：
　　 (1)应用氢氧稳定同位素和泥沙粒径分析方法，分析了淤地坝淤积体中土壤水和泥沙组成。土壤水的组成中天然降水的含量始终不大；土壤水从浅到深的赋存规律由“较为平均分布、以地表径流为主”，逐步变成“地下水为主、地表径流为辅”。通过粒径分析，得到了淤地坝淤积泥沙的来源：沟道平均柬沙占淤积总量的59.9％，坡面来沙占淤积总量的40.1％。结合土壤水分布，发现淤地坝中的土壤水同位素、土壤水含量和泥沙粒径三个分析结果在0-2m这一深度显示出了相同的变化规律。说明淤地坝中的土壤水和淤积的泥沙有着相同的分布和淤积过程。
　　 (2)通过双累积曲线和LOWESS回归两种方法对韭园沟水沙资料进行分析，结合韭园沟流域治理情况，研究水土保持综合措施在流域水土流失防治和土壤侵蚀减少方面的作用。研究确定1967年为水土保持综合治理措施显著起效的变化年。但是由于受到淤地坝使用年限的限制，在1962年-1963年流域土壤侵蚀和水土流失量发生了回升，这一过程在两种分析方法中都有明显的表现。在此基础上将资料分段，分析降雨变化和水土保持治理对径流和输沙量产生的影响。研究结果表明在径流方面，水土保持治理的贡献率为52％，降雨变化的贡献率为48％；在产沙方面水土保持治理的贡献率为61％，降水变化的贡献率为39％。
　　 (3)通过计算单项水土保持措施的拦沙量以及对比分析治理流域和未治理流域的次洪产水产沙过程，从流域整体和降雨产流两个方面说明水土保持措施对水沙变化的影响。在四种水土保持综合治理措施中，淤地坝的拦沙量最大，平均占总体拦沙量的82.28％；梯田次之，平均占全部拦沙量的9.15％。在林草措施罩，造林的拦沙量大于种草，平均贡献6.73％的拦沙量，而种草仅有2.20％。在典型降雨过程中，治理流域(韭园沟)的径流模数、径流侵蚀功率和侵蚀模数对比未治理流域(裴家峁)有显著的减少，其中径流模数减少平均减少64％，侵蚀模数平均减少68％，径流侵蚀功率平均减少85％。以1967年为分界点，径流模数、侵蚀模数和径流侵蚀功率的减少量分别环比增加了16％、3％和5％。