基于淤地坝赋存信息的小流域侵蚀与泥沙输移特征研究

The well understanding and mastering of the characteristics of soil erosion and sediment transport is an important prerequisite for the comprehensive management planning and optimal allocation of soil and water conservation measures in the watershed. Taking the small watershed of Wangmaogou with check dam system in the Loess Hilly Area as a study case, based on the information on the erosion and sediment yield recorded and preserved in the check dams and the 137Cs dating method and compound tracing method of 137Cs and 210Pbex, combining with the observed deposited sediment amount in the check dams and the rainfall, runoff and sediment transport amounts in the history in the small watershed, the changeable process of erosion rate, sediment source and sediment delivery ratio in the past five decades can be retrospective assessed. The effect of check dams' construction on the erosion intensity, erosion type and sediment transport can be revealed. The results can play important roles in the planning of check dams' construction, the assessment of the sediment reducing benefit of check dams, and the enrichment in related function study of check dams. It also has certain practice guidance for promoting watershed erosion environment and large-scaled check dam construction in this region.

认识和掌握小流域侵蚀产沙与泥沙输移特征是开展流域综合治理规划和优化配置水土保持措施的基础和前提。本项研究以黄土丘陵区建有完整淤地坝坝系的王茂沟小流域为对象，基于坝系沉积泥沙中赋存的历史产沙信息，运用137Cs沉积物计年和137Cs、210Pbex复合示踪技术，通过对坝地沉积泥沙和不同泥沙来源区土壤中137Cs与210Pbex含量及比值变化的分析，并结合小流域坝系拦沙量、降雨、径流、输沙等长系列历史观测资料，追踪并反演淤地坝坝系建设后50年来小流域侵蚀产沙速率、泥沙来源和泥沙输移比的变化过程，阐明淤地坝建设对侵蚀产沙强度、产沙方式和泥沙输移的影响作用，揭示坝系建设后小流域泥沙的侵蚀、沉积与输移规律。该项研究不仅可为淤地坝坝系规划和拦沙效益的正确评价提供科学依据，丰富和完善淤地坝拦蓄泥沙作用机理研究，而且对推进流域侵蚀环境整治，促进该区域正在实施的大规模坝系建设也具有一定的实践指导作用。

开展黄土丘陵区坝系建设后小流域侵蚀产沙和泥沙输移特征研究，对深入认识坝系建设对小流域侵蚀产沙及泥沙输移的影响程度，进一步揭示淤地坝减蚀作用机理，正确评价淤地坝减蚀效益有重要意义。本项目以黄土丘陵区王茂沟小流域为研究对象，利用坝系沉积泥沙中赋存的历史产沙信息，运用137Cs沉积物计年和137Cs、210Pbex复合示踪技术，结合小流域径流、泥沙与降雨等长系列历史观测资料，重建了坝系建设后50多年来小流域侵蚀产沙速率、泥沙来源和泥沙输移比的变化过程，阐明了淤地坝建设对侵蚀产沙强度、产沙方式和泥沙输移的影响作用。.主要进展为：（1）坝地次洪水泥沙沉积过程为非均匀分布，早期泥沙沉积层厚度起伏变化较大，后期泥沙的淤积面有逐渐趋平的倾向。坝地泥沙以粉粒为主，个别沉积层粒径构成的突变与洪水性质有关。从坝尾到坝前，土壤粒径组成呈逐步细化的趋势。（2）建坝初期，坝控小流域侵蚀强烈，泥沙沉积量巨大，之后，产沙强度和泥沙沉积量呈显著降低趋势。坡面水土保持措施遇中小强度降雨减水减沙效果明显，遇到高强度暴雨时作用相对有限。（3）坝地泥沙的70%-80%来源于沟谷地，沟间地产沙仅占20%-30%，沟坡重力侵蚀仍是流域侵蚀产沙的主要方式。（4）坝系建设后，王茂沟流域治理后期的年均拦沙模数、年均输沙模数和年均侵蚀模数较治理初期分别下降了79.3%、90.6％和83.9％。淤地坝有效库容及防洪标准、侵蚀性降雨及发生频次、水土流失治理度对流域产沙、拦沙与输沙有重要影响。（5）坝系建设后，王茂沟小流域泥沙输移比显著降低，不同时期的泥沙输移比都低于0.60，1980-2015年的多年平均泥沙输移比仅为0.10。.王茂沟流域多年的水土流失治理实践表明，各项水土保持治理措施要持续稳定地发挥减蚀作用需要一个较长过程。对于高强度大暴雨，淤地坝在拦蓄泥沙方面有着举足轻重、不可替代的作用，但要达到持续有效的治理作用，坡面措施也不容忽视。今后仍应采取生物措施与工程措施相结合的坡沟兼治原则，特别是要更加重视沟谷地的治理。