黄土高原泥沙连通性与产输沙变化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘慰 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 师长兴 |
| 关键词 | 黄土高原 水沙变异 产沙量 泥沙连通性 归因分析 生态建设 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 黄土高原土壤侵蚀严重，近70年来黄河从高原带走并最终入海的泥沙平均约为0.6 Gt/yr。然而，随着黄土高原地区大规模生态建设的实施，近年来黄河流域的径流和输沙量锐减，这一现象引起了广泛关注，探究作为黄河泥沙的重要来源地的黄土高原地区产输沙变化的内在机制成为研究热点及难点。本研究以黄土高原为研究区域，对以黄土高原为主体的黄河中游径流和泥沙的变化特征进行深入分析，进而在研究区内选取典型流域，通过野外调查与泥沙连通性模型、情景模拟相结合，分析流域内泥沙连通性时空变化特性和模式，揭示不同生态建设对流域泥沙连通性的影响，辨识产输沙热点区域，阐明流域产输沙的内在机制。对流域产输沙系统结构和机制及其与流域内生态建设关系的研究，对流域的综合管理具有重要意义。本文取得的主要结论如下： （1）采用Mann-Kendall方法和BFAST算法对黄河中游1965−2016年的水沙进行了趋势性检验，并确定了黄河中游径流变化的突变点（1986年和2003年）。基于产流机制，明确天然径流与温度和降水综合气候因子有关，通过实测径流量与“天然径流”的比较，定量区分了人类活动和气候变化对径流变化的影响。与基准期（1965−1986年）相比，1987−2003年和2004−2016年气候变化的贡献率分别为38%和41%，人类活动的贡献率分别为62%和59%。人类活动在黄河中游径流变化中起主导作用，中游径流量的减少与该地区水土保持、水利工程和人类取水有关。 （2）流域景观格局的空间分布对潜在的泥沙侵蚀和输移能力有很大影响。在黄土高原典型小流域−韭园沟流域中，植被和坡耕地是该流域的主要土地利用类型，1964−2018年，坡耕地面积减少，植被所占比例增加。应用泥沙连通性模型评估发现，与1964年相比，2004年和2018年，该流域大部分地区的泥沙连通性指数（IC）较低，且在沟坡和支流沟道泥沙连通性较好，大部分泥沙可能沉积在主沟道的中下游。通过情景模拟分析表明1964，2004和2018年植被恢复对泥沙连通性的影响介于20%−45%之间，梯田和坝地对泥沙连通性减少的贡献<10%。在1995−2004和2005−2018年，通过淤地坝拦沙减少的泥沙量分别占16%和1%，而IC值的降低分别导致泥沙减少的84%和99%，植被恢复和梯田建设已成为IC值降低和产沙量减少的主要因素。 （3）泥沙连通性模型可用于揭示集水区产沙量变化。本文将结构连通性和功能连通性融合，修订泥沙连通性指数为RIC，并将该指数应用于黄土高原孤山川流域。根据39年（1980−2018年）的地形、降雨侵蚀力、土地利用和土地覆盖、土壤可蚀性等数据集，绘制了泥沙连通性RIC图，并通过流域把口水文站−高石崖水文站的实测泥沙量，对修订模型进行验证。研究发现在1980−2018年期间RIC呈下降趋势。通过定量研究土地利用和土地覆盖变化（LUCC）、降雨、淤地坝对流域泥沙减少的影响，发现LUCC和降雨变化引起的泥沙连通性变化导致泥沙减少的贡献率约为37%（1990−1999年）和91%（2000−2018年），淤地坝对泥沙量减少的贡献率约为63%和9%。土地利用统计显示，1980−2018年，耕地面积减少231.91km2，与1980−1989年相比，1990−1999年间退耕还林还草引起的减沙量为757×104t，2000−2018年引起的减沙量为1408×104t。 （4）河道输沙是流域泥沙输移系统关键过程之一，基于断面法、VPA和相关分析，探讨了黄河中游支流河道泥沙存储与释放的区域性问题。在1980–2018年黄河中游河道整体上以淤积为主，在集水区2005–2018年的河道平均淤积面积（1.15m2）略大于1980–1989年间的（0.82m2）。相比于年输沙量变化，河道淤积与年径流减少关系更为密切。不同集水区河道的泥沙存储-释放有显著差异，渭河上游、无定河和黄河中游中部黄河近岸等地区河道淤积状态明显，而沣河、灞河、小浪底至花园口区间，包括伊洛河流域和丹河流域河道冲刷较为明显，这可能与集水区地形、土壤类型等的空间差异和植被NDVI、气候的时空格局变化有关。此外，在小尺度（<1000km2）和中尺度（1000–4000km2）集水区中，河道冲淤面积与自然因素（降水与植被因子、河道特征）无显著关系，而在大尺度上（>4000km2）与降水呈现显著的负相关关系，且降水与植被因子对河道冲淤的贡献从32%（1980–1989年）增长至49%（2005–2018年）。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 104 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186951]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘慰. 黄土高原泥沙连通性与产输沙变化研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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