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榆林风沙区坡面径流冲刷侵蚀水沙变化规律试验研究

陈月娥  
【摘要】:榆林风沙区处于黄土高原地区的北部、黄土丘陵沟壑区向毛乌素沙漠的过渡地带,土质差,抗蚀性弱,属于风力水力交替侵蚀区,区内水土流失严重,其中“两川两河”(皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河)中的窟野河中下游属于黄河流域高强度侵蚀中心之一,严重的水土流失是造成河道淤积、土地退化的主要原因。“十一五”期间,风沙区大面积的坡耕地已经退耕,坡面覆盖情况发生了明显改观,当地脆弱的生态环境得到了保护和改善。近年来,黄河中游水沙关系发生了较大变化,如何正确认识和评价风沙区植被对坡面水沙关系的影响作用是亟待解决的关键问题之一。 本研究在榆林风沙区建立野外试验小区,通过人工模拟径流冲刷试验的方法,开展不同下垫面坡面小区的水沙关系研究,揭示坡面植被盖度变化对水沙关系的影响,试验共设置小区40个,包括三种立地条件(裸坡、人工植被、自然植被)、四种植被盖度(0%、35%、50%、65%)、五种坡度(10°、15°、20°、25°、30°),分别在不同试验条件下进行径流冲刷试验,经试验数据分析,揭示坡面水沙关系以及坡面水沙量对植被盖度和坡度变化的响应关系,得出如下结论: (1)在不同立地条件下,坡面产流量、产沙量变化总体趋势一致,均为:裸坡人工植被自然植被,表明植被恢复可以有效减少径流产生,达到减水效益,并且数据表明,自然坡面小区的减水效益最好。同时自然坡面减沙效益均达到了98%以上,减沙效益显著。由此可见,在防治水土流失措施实施时,比起人工撒播种草恢复植被,封山育林育草是更为有效的方法。 (2)在不同植被盖度条件下,人工小区产流量随植被盖度的增加逐渐增加,而产沙量随植被盖度的增加逐渐减少。表明在人为恢复植被措施下,坡面减沙并不是通过减水而达到减沙效益的。因此经过人工措施恢复植被的坡面虽然可以有效减少坡面土壤侵蚀,但不能同时达到较好的减水效益。 (3)在不同坡度条件下,自然坡面产流量、产沙量均会随着地形坡度的增加而增加,由试验数据分析可以看出,随着坡度的减小,坡面减沙效益、减水效益随之增大,当地形坡度减小到15°时,减水效益达到20%以上,减沙效益更是达到了90%以上,因此榆林风沙区陡坡坡面的治理是水土保持工作中的重点。 (4)在不同立地、不同植被盖度、不同坡度条件下,各坡面累积产沙量与产流量之间的拟合关系结果显示,除25°自然坡面外,坡面水沙关系均存在良好的幂函数关系,各小区坡面累积产沙量与产流量相互关系可以用幂函数方程y=axb(a、b为常数)表示,并且由各试验组次幂函数曲线可以看出,坡面累积产沙量的变化趋势可以分为快速增加、缓慢增加、趋于稳定三个阶段。 (5)在不同流量、不同植被盖度条件下,各组试验坡面产沙量与植被盖度之间存在良好的指数函数关系,各流量级条件下,坡面产沙量与植被盖度之间的相互关系可以用指数函数方程y=aebx(a、b为常数)表示,由拟合曲线可以看出,同一流量冲刷条件下,随着植被盖度的增加,产沙量逐渐减小;同一植被盖度条件下,随着冲刷流量的增加,产沙量逐渐增加。 (6)在不同流量、不同植被盖度条件下,各组试验坡面产流量与植被盖度之间拟合关系用多项式函数y=ax2+bx+c(a、b、c为常数)来表示,结果显示:同一流量冲刷条件下,随着植被盖度的增加,产流量呈现先减小后增加的趋势,并且根据试验数据拟合的曲线显示,每个流量级冲刷过程中,坡面产流量最小时所对应的植被盖度各不相同,当冲刷流量分别为4L/min、6L/min、9L/min时,坡面产流量达到最小值所对应的植被盖度分别为16.5%、30%、52%。由此可见,冲刷流量级越大,对植被盖度的要求越高。 (7)在不同坡度、同一植被盖度条件下,随着地形坡度的增加,产沙量与产流量随之增加,通过回归分析可知,坡面产沙量、产流量与坡度之间的相关关系呈现为良好的幂函数关系,得出拟合的回归关系方程为:y产沙=0.0094x3.227、y9产流=40.966x0.47,相关系数R2分别为0.9799和0.9259。结果表明:坡度较小时,产沙量也很小,随着坡度的增加,产沙量增加,并且增加的速度越来越快;坡面产流量随坡度的增加也呈现出逐渐增加的趋势,但是其增加的速度相比较坡面产沙量来说较缓慢。


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