复合指纹识别法研究黄土高原小流域泥沙来源

流域泥沙来源分析对流域治理及水土保持措施评价有重要意义。本研究拟在黄土高原丘陵沟壑区通过采集选定的小流域潜在泥沙源区的土壤，分析其中的多种理化性质以及天然放射性核素含量，通过主成分分析、多元判别分析等方法，筛选出潜在泥沙源区土壤中差异显著的理化性质作为最佳指纹因子组合，通过洪水泥沙中相同指纹因子浓度含量的比较，得到小流域不同侵蚀源区泥沙贡献比。通过多次采样，分析小流域不同侵蚀源地侵蚀产沙对降雨过程的响应关系，确定适合于研究黄土高原丘陵沟壑区小流域泥沙来源的指纹识别技术方法，为深入理解流域尺度的侵蚀产沙规律提供技术支撑。

小流域是黄土高原土壤侵蚀发生和水土流失治理的基本单元，研究小流域泥沙来源具有非常重要的意义。本项目利用复合指纹识别技术，通过采集天水罗玉沟桥子西沟小流域土壤样品及收集雨季洪水泥沙过程样；同时采集绥德王茂沟小流域内一淤积34年淤地坝各沉积旋回样和坝控流域内土壤样，研究黄土高原小流域泥沙来源变化。研究发现罗玉沟流域筛选出最佳识别因子组合为χHf、Mg、 Na、 K、 Fe、 Mn、 SOM；将流域划分为沟坡、沟壁和坡耕地，结合降雨过程资料判定五次侵蚀性降雨的泥沙来源，得出5次降雨沟坡均无泥沙产生；来自沟壁和坡耕地泥沙贡献比变化范围分别为：53.16 ~ 100%、0 ~ 46.84%，平均值分别为85.6%、14.4%。降雨最大30min雨强与流域总产沙量及沟壁、坡耕地产沙量关系较好，可以作为预报土壤侵蚀的关键因子。通过建立王茂沟流域坝地沉积旋回时间序列，结合淤地坝各沉积旋回泥沙量累积泥沙沉积量曲线将淤地坝运行史大体划分为三个阶段：1958-1964、1965-1983、1984-1991；筛选出该流域最佳识别因子组合为SOM、TP、Mg、χfd。利用多元混合模型分析表明每次产沙事件，来自沟壁（沟道或者深层土壤）、沟坡（表层土壤）和坡耕地（表层土壤）的泥沙贡献比变化很大，三者的变化范围分别为23.9～95.0%，0～70.0%和5.0～65.3%，平均为68.5%、5.0%和26.5%；通过拟合淤地坝运行期间整体侵蚀产沙量与降雨量、降雨动能、降雨侵蚀力、累积降雨侵蚀力的关系，经对比发现侵蚀产沙量（Y）与累积降雨侵蚀力（X）的关系最好，其拟合关系曲线R2为0.7559。通过比较天水罗玉沟和绥德王茂沟两流域均发现源地泥沙来源主要来源于沟壁（沟道），坡耕地次之，沟坡来源最少。