昕水河流域泥沙连通性的时空变化研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:shanchy
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昕水河流域是黄土高原水土流失最严重的地区之一,也是流域治理的典型实验区,探求昕水河流域泥沙连通性的时空变化特征对流域侵蚀产沙控制具有重要意义。本文以黄土高原昕水河流域为研究对象,分析研究区不同阶段(1986年、1995年、2005年、2015年)土地利用类型时空变化的特征及其驱动因素,并在此基础上通过分析修正的连通性指数(IC)和地形水文响应单元指数(Slope-HRU)与研究区输沙量的关系,反映不同指数表征研究区侵蚀产沙特征的能力,并基于两种指数分析研究区内泥沙连通性的时空变化特征,分析影响泥沙连通性的潜在控制过程的因素及其贡献率,对比分析两种指数在揭示昕水河流域侵蚀产沙的作用。主要研究结论如下:(1)1986-2015年,昕水河流域草地、耕地面积呈持续减小趋势,林地面积呈持续增大趋势。林地的变化幅度最大,较1986年增长了 174.71%,耕地、草地较1986年减小了 68.02%、65.90%,建设用地和水体较1986年增长了 53.95%、23.62%。30年间,昕水河流域的优势土地利用类型逐渐由草地转成了林地,林地的主要来源是草地和耕地的转换。退耕还林还草、三北防护林工程是昕水河流域土地利用类型变化的主要影响因素,当地经济的快速发展是该流域土地利用变化的次要影响因素。(2)Slope-HRU指数的R值与产沙量呈显著相关关系(R2=0.75),该指数能够有效的表征昕水河流域侵蚀产沙特征,拟合模型可用于研究区无观测区域侵蚀产沙预测。在子流域尺度上Slope-HRU指数的R值呈现明显的区域分异规律,显示出由北向南,由西向东递增的趋势。影响R值的第一控制因素为土地利用类型,其次是土壤可蚀性因子,再之是地形坡度的影响。(3)IC的年均值与研究区的年输沙量具有明显的正相关线性拟合关系(R2=0.86),该指数可有效的表征昕水河流域侵蚀产沙特征。在2005年、2010年、2015年、2020年4个年份中,昕水河流域整体上呈现出流域东部、南部指数小,北部、西部以及中部指数较大的特点。IC平均值的变化范围是-5.66—-5.14,随时间的推移呈现出缓慢减小的趋势,相较于2005年,2010年、2015年、2020年的泥沙连通性指数均值分别减少了 0.25、0.32、0.48,减小率分别为4.42%、5.65%、8.48%。泥沙连通性指数IC在年内具有明显的季节性变化,生长初期和生长末期IC值较高,在生长中期值较低,即植被生长中期泥沙的阻抗增大,水土流失减轻。(4)修正的IC指数与Slope-HRU指数均能够有效的表征昕水河流域侵蚀产沙特征,IC指数的拟合效果略优于Slope-HRU指数与年输沙量的拟合效果。IC指数的构建具有较强的机理性,在小尺度上对侵蚀产沙有较好的表征效果,Slope-HRU指数考虑了土壤因素,在子流域尺度上具有较好的表征效果,更适用于在实际应用中简单评价流域的侵蚀产沙特征,但Slope-HRU指数的构建缺乏深度机理研究,需进一步研究影响因素对水土流失的影响机理。
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