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黄河源区滨河植被覆盖度高、地下根系发达的区域,普遍具有稳定发育的弯曲河流。滨河植被的良好发育对抵抗水流冲刷、减少河岸坍塌、提高河岸稳定性、维护和恢复水体生态健康具有重要作用。为了定量化研究曲流滨河植被对河岸保护的作用,深入分析河岸带高寒草甸植被对河岸的稳定作用机制,以位于青海省黄南州河南县的黄河支流兰木错曲作为研究区,在对区内气候、地形及土体特性等调查分析基础上,主要开展了以研究滨河植被生物特征、优势滨河植物根系力学特性、滨河植物根-土复合体抗剪力学特性、弯曲河岸崩塌机理及稳定性分析和曲流河道横向演变规律等为主要内容的研究。通过开展野外布点观测试验、植被样方调查、原位剪切试验、原位拉拔试验、室内重塑根-土复合体试验、冻融试验及室内单根拉伸等诸项试验,量化分析了滨河植被根系抗拉特性、根-土复合体抗剪增强作用、河岸带安全稳定系数及植被根系作用下限制河道左右迁移等方面的作用,为深入分析曲流演变特征提供了必要条件;同时为黄河源区河流生态保护和植被恢复提供了科学依据。通过开展各项研究,主要取得以下成果:(1)沿河湾凸岸水平轴线方向,从河岸边至边滩中部,土体类型呈现粉土质砾→粉土质砂→粉土的梯度变化;土体含水量呈现先减小后增大的变化趋势,平均含水量为40.27%,土体平均密度为1.47g·cm-3。河湾两岸土体在0~45cm深度范围,土体平均密度和平均含水量分别呈增长和下降趋势。区内滨河植被类型主要为高寒草甸。河流凸岸植被发育受弯道水流冲淤作用影响,从河岸边至凸岸外侧,形成植被组成具有梯度变化、覆盖度和植物种逐渐增加的4个带,其植被呈现由水生植物向湿生植物、湿中生植物、中生植物的演替变化;凹岸植被组成较为均一,且无明显演替变化;(2)通过样方调查,计算各植被带植物重要值反映其优势度,第I、II带植被以湿生植物莎草科植物华扁穗草(Blysmus sinocompressus)重要值最高,发挥着主要的固岸作用;第III、IV带主要以黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)、线叶嵩草(Kobresia capillifolia)、青藏苔草(Carex moorcroftii)及金露梅(Potentilla fruticosa)为优势植物;(3)通过在研究区河湾凹岸崩塌剖面开展4种优势植物根系的原位拉拔试验,平均抗拔强度大小依次为:线叶嵩草>青藏苔草>华扁穗草>金露梅;室内单根拉伸试验分析4种优势植物根系的抗拉强度依次为:金露梅>青藏苔草>华扁穗草>线叶嵩草,抗拉强度、抗拔强度与根径均呈幂函数负相关关系。莎草科植物线叶嵩草和灌木植物金露梅根系分别具有最高的抗拔强度和抗拉强度,为别为72.44MPa和31.19MPa;试验结果表明单根抗拉特性较强的植物在土体中同样具有较强抗拔强度,且根系与土体间的摩擦力较大。在区内河湾凹岸顶部,随裂隙宽度增加,穿过崩塌剖面的根系在河岸逐渐崩塌破坏过程中,根系抵抗破坏产生的变形能力逐渐减弱,其破坏速率越小,植物越能充分发挥其抗拉特性;(4)沿河湾水平方向,根-土复合体的抗剪强度随距河岸水平距离的增大而呈现先增大后减小的变化趋势,而在垂直方向上则表现出随深度的增加,抗剪强度逐渐减小的变化趋势;通过室内重塑直剪试验得出,当根-土复合体的根系长度为2cm时,其最优含根量为13%,根-土复合体的粘聚力达到峰值23.13k Pa;根-土复合体根面积比和根土体含水量与其粘聚力关联度最高,关联值分别为0.754和0.75。不含根试样和根-土复合体试样在20次冻融循环过程中,粘聚力总体随冻融循环次数的增加呈减小趋势,不同含根量的根-土体粘聚力降低幅度较不含根土体要低,表现出对温度冻胀变化具有一定的抑制效应;(5)区内河湾凹岸由上层具有较大粘聚力的根-土复合层和下层由细砂向卵石夹砂层过渡的土体组成,是典型的二元结构河岸,绕轴崩塌是主要的一种崩岸类型。区内破坏块体的平均长、宽、厚分别为1.96±1.17m、0.70±0.22 m和0.56±0.25m。河岸垂向根系长度与破坏块体的厚度呈较好的对数函数正相关关系,根系长度与破坏体体积呈较好的幂函数正相关关系。根据悬臂梁的力学平衡原理,建立了悬臂块体的临界平衡方程,推导得出崩塌块临界宽度计算公式,并将WWM模型中的根系增强系数1.2修正为0.88,通过实例验算,河岸崩塌宽度为0.73m,理论计算值与实测值误差率仅为0.41%。通过计算2016年枯水期、冻融期、洪水期和落水期4个水文期2个选定河湾河岸稳定性,稳定系数分别为11.8、6.51、1.07和0.65。表明在洪水期时河岸处于临界稳定状态,落水期是研究区崩岸的强烈阶段;(6)通过空间定位测量,得到研究区5.2km弯曲河道位置变化数据,得出河湾横断面年际间的崩塌宽度为0.905m;通过对1995年和2014年Landsat卫星遥感数据进行分析处理,得到区内长约12km、宽约2km范围的河道迁移变化情况,在20年间弯曲河道呈有规律的左右迁移,弯曲河型保持良好,年平均迁移量为1.590m。对比20年时间尺度范围的遥感影像分析结果、GPS-RTK测量的年际间河岸崩塌宽度值0.905m、实测145个破坏块体平均崩塌宽度为0.703m及河岸平衡公式推导得出的崩塌宽度为0.725m,认为4种研究方法结果符合度较高,较好地对区内草甸型曲流的横向演变规律和年际间变化量进行了界定和验证。