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小江是金沙江下游的一级支流,因特殊的自然环境条件和长期的生态环境破坏,水土流失极其严重,泥石流灾害异常发育。每年小江将大量泥沙输移至金沙江,对三峡工程及金沙江下游的梯级水电工程构成极大威胁。本文以小江流域为研究对象,利用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)等技术,分析了1974~2005年期间小江流域土地利用类型变化,并预测了未来的发展趋势;然后运用SWAT模型对小江流域不同时期的坡面侵蚀产沙状况进行了模拟分析,并对小江流域典型泥石流沟——蒋家沟流域沉积物来源进行了探讨;最后估算了小江流域的泥石流输沙总量,提出了相应的治理措施。通过研究主要得到以下结论:
1研究时段内小江流域各种土地利用类型变化主要表现在:a)耕地面积不断增加,31年增加了138.6 km2;耕地以旱地为主,增加的耕地主要来自草地和林地。b)林地面积表现出先减少后增加的趋势;林地以灌木林和疏林地为主,增加的林地主要来源于草地。c)草地面积相对变化不大,在1.587.4~1663.7 km2之间波动;草地以高、中盖度草地为主。d)城乡工矿用地变化速度最快,由1974年的9.5 km2增加到2005年的20.7 km2,其主要来自耕地。e)未利用地面积不断减少,31年共减少了12.9 km2;其主要流向草地和耕地。
2小江流域土地利用变化的总体速度在下降,1974~1987年土地利用变化最剧烈;同时研究区土地利用程度不断增加,土地利用程度指数由1974年的210.28增到了2005年的215.99,表明小江流域土地利用仍然处于发展期。
利用马尔柯夫概率模型对小江流域2020年的土地利用格局进行了预测,与2005年相比,2020年小江流域耕地、林地、水域和城乡工矿用地面积均增加,草地和未利用地面积在下降。
3从SWAT模型模拟结果来看,小江流域坡面侵蚀产沙最严重的区域集中在上游地区。四个时期小江流域坡面侵蚀产沙总量在69~82万t之间,只占小江泥沙总量的小部分。坡面侵蚀产沙主要发生在每年的6~9月份,占全年产沙量的80%左右。
同时,本文根据径流小区观测资料分析发现,3个不同土地利用类型小区的侵蚀强度都很低,介于1.49~38.42 t/km2之间。其中裸地的侵蚀强度最大,坡耕地次之。
4本文利用磁性示踪定量研究了典型泥石流沟——蒋家沟流域的沉积物来源,表明蒋家沟流域主沟沉积物主要来源于滑坡体堆积物,占97.56%。并根据研究结果,估算了小江流域每年的泥石流输沙总量,大约为942万t0.时提出了相应的治理措施,小江上游地区应加强生物措施治理,中下游地区除生物措施外,还必须采取工程措施。
在本项研究中,主要有以下几个方面的创新思路:
1、利用遥感图像解译和地理信息系统技术,分析了小江流域不同时期的土地利用变化,并结合SWAT模型和径流小区观测资料,对小江流域的坡面侵蚀产沙状况进行了分析。
2、利用磁性参数定量分析了泥石流多发区——蒋家沟流域的沉积物来源问题,从而探讨磁性参数在土壤侵蚀中,尤其是沉积物来源问题上的实用性。
3、根据坡面侵蚀产沙模拟结果,和泥石流沟的沉积物来源研究,估算了小江流域每年由泥石流产生的泥沙总量。