黄土地区典型治沟造地工程区土壤侵蚀特征研究

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黄土高原地区生态环境脆弱,是世界上水土流失最为严重的地区。为了在改善生态环境的同时能够保障民生,延安市在退耕还林还草工程的基础上率先开展了治沟造地工程。在治沟造地工程建设过程中改变了区域的地形地貌以及土地利用格局,进而改变了区域的土壤侵蚀特征,研究治沟造地工程区的土壤侵蚀特征对其后期的水土流失治理具有重要的意义。为了全面了解治沟造地工程区的土壤侵蚀特征,本文以治沟造地工程示范区—顾屯流域和安塞南沟为例,对其土壤侵蚀特征从流域尺度、沟域尺度以及坡面尺度上进行了多尺度的研究。首先,在流域尺度上,以顾屯流域的降雨数据、土壤属性数据、数字高程模型(DEM)数据以及土地利用数据为基础,通过各侵蚀因子的提取与计算,基于RUSLE模型对其土壤侵蚀特征进行分析;然后,在流域尺度的基础上,选取侵蚀程度严重的治理沟与未治理沟为研究对象,基于无人机摄影测量技术获取两期(2018/11-2019/09)数字地表模型(DSM)数据,通过DSM数据的差分来对沟域尺度的土壤侵蚀特征进行分析;其次,坡面尺度则选取安塞南沟一高挖方边坡为研究对象,基于三维激光扫描技术获得两期(2018/11-2019/09)三维点云数据,通过三维模型的建立和差分来对其侵蚀特征进行分析;最后,基于黄土地区典型治沟造地工程区在流域尺度、沟域尺度以及坡面尺度上的土壤侵蚀特征,提出了综合防控建议。通过研究,本论文主要得到以下结论:(1)顾屯流域2018年的平均土壤侵蚀模数为2423.57 t·km-2·a-1,属微度侵蚀,侵蚀总量为101741.47 t。顾屯流域以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,占流域总面积的71.19%。土壤侵蚀程度从沟头到沟口呈现出加剧的特征,沟口附近的侵蚀程度最为严重。高程、坡度、坡向以及土地利用类型与土壤侵蚀的关系分别表现为:土壤侵蚀主要集中发生于高程为950~1100m的区域,侵蚀量占比高达71.88%,土壤侵蚀程度随高程增加而减弱;土壤侵蚀主要集中发生于>35°坡度带,其侵蚀量占比高达50.08%,土壤侵蚀程度随坡度的增大而加剧;不同坡向上的土壤侵蚀程度呈现为阳坡>半阴坡>半阳坡>阴坡的特征;不同土地利用类型的土壤侵蚀程度呈现为裸地>普通路面>工矿用地>草地>耕地>未利用耕地>灌木林>林地>水域、居民点、硬化路面的特征。(2)沟域尺度内,高程降低区域面积占沟域总面积的26.78%,高程的降低以-0.3~0m为主,占高程降低区域总面积的86.31%。治理沟和未治理沟的侵蚀区域均主要分布于坡面侵蚀区,其侵蚀面积占整个沟域侵蚀总面积的87.44%。治理沟和未治理沟的沟道侵蚀程度从沟头到沟口均呈现加剧的特点,并且治理沟的沟道侵蚀程度弱于未治理沟。高程、坡度与土壤侵蚀的关系分别表现为:土壤侵蚀主要集中发生于1000~1050m高程带,其侵蚀体积占沟域侵蚀总体积的43.45%,1000~1050m和>1100m的高程带侵蚀程度最严重,该结论是在流域尺度之下特定沟域尺度侵蚀特征的补充;土壤侵蚀主要集中发生于>35°坡度带,其侵蚀体积占整个沟域侵蚀总体积的45.99%,土壤侵蚀程度随坡度的增大而加剧。(3)坡面尺度上,坡面侵蚀总体积为129.2 m3,坡面的土壤侵蚀程度从坡顶至坡脚呈现加剧的特点,且土壤侵蚀主要集中发生在近坡脚的2个坡面上,其侵蚀体积占整个坡面侵蚀总体积的58.81%。通过分析发现,坡面的土壤侵蚀受集水区、坡高、土壤类型以及人工排水沟的影响,具体表现为:集水区会加剧坡面的土壤侵蚀,位于集水区之下的区域的侵蚀程度极其严重;坡高越高,土壤侵蚀程度越严重;古土壤区更容易遭受侵蚀,进而会加剧坡面土壤侵蚀程度;坡面上方的排水沟对坡面土壤侵蚀的影响不大,但坡面下方的排水沟会明显加剧坡面的侵蚀程度。(4)根据流域、沟域以及坡面尺度上的土壤侵蚀特征,本文提出了黄土地区典型治沟造地工程区不同尺度上的土壤侵蚀综合防控建议。流域尺度上,建议完善生态治理措施和工程治理措施以及强化生态意识;沟域尺度上,建议治沟和治坡相结合,且以治坡为主;坡面尺度上,建议优化排水沟设计方案、开发生态护坡新材料以及加强坡面生态治理。
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