黃河中游嚴重水土流失區(qū)土壤粒徑變化規(guī)律研究

黃河中游嚴重水土流失區(qū)土壤粒徑變化規(guī)律研究

黃河是文明世界上的一條積累沙河，也是世界著名的“地下河”。年平均沙量為16億噸，每年約4億噸，每年使下游河床逐年渾濁。黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間是黃河流域水土流失最為嚴重的地區(qū),也是黃河中游洪水及粗泥沙的集中來源區(qū),多沙粗沙區(qū)則是水土流失和泥沙來源的重點區(qū)域。劉東生和馬秀峰等曾對黃河粗泥沙做過宏觀研究,但是從有關(guān)水文站和壩地淤積物取樣分析黃河中游嚴重水土流失區(qū)粗顆粒泥沙、中數(shù)粒徑和平均粒徑的分布規(guī)律還很少見報道。1馬蓮河至北洛河上游吳旗一帶本文選取在黃河中游多沙粗沙區(qū)范圍內(nèi)中,利用粗泥沙粒徑大于0.05mm且輸沙模數(shù)大于2500t/km2的地區(qū),主要分布在河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間及馬蓮河、北洛河上游吳旗一帶,總面積約5.82萬km2,占黃河中游多沙粗沙區(qū)面積的74%,其中,主要分布在河龍區(qū)間除渾河、昕水河以外的多沙粗沙區(qū)支流,面積約5.03萬km2,占黃河中游多沙粗沙區(qū)面積的64%,馬蓮河及北洛河上游吳旗一帶粗泥沙輸沙模數(shù)≥2500t/km2的面積約0.8萬km2,占黃河中游多沙粗沙區(qū)面積的10%(見圖1)。2學習方法2.1水文站的成就采用支流把口水文站長系列實測懸移質(zhì)顆分成果,分析支流水文站顆粒級配變化情況,大致可以反映黃河中游泥沙空間分布規(guī)律。2.2深層鉆孔資料在研究區(qū)按照經(jīng)緯網(wǎng)交叉的方式,共布設(shè)了56個采樣點,根據(jù)布設(shè)的取樣點,選取自然淤積且盡量靠近溝掌的淤地壩,沿中泓線在壩前和壩后分別鉆孔分層取樣,鉆孔深度為2.5m,每0.5m取一個樣,根據(jù)鉆探樣品性質(zhì),首先經(jīng)歷烘干、碾、煮三個環(huán)節(jié)的預處理過程,使其樣品達到完全分散,每個樣品以1mm篩為分界,篩上部分用篩分析,篩下部分用激光粒度儀進行,分析壩地深層鉆孔資料,研究同一取樣點壩地壩前壩的微觀差異以及不同壩地在研究區(qū)的空間變化規(guī)律。3結(jié)論與分析3.1粗顆粒泥沙組成從表1可以看出,粒徑d≥0.05mm的粗泥沙從禿尾河高家川站的54.4%到馬蓮河慶陽站的19.5%變化,前者是后者的2.8倍,d≥0.1mm的粗泥沙從皇甫川皇甫站的36.2%到馬蓮河慶陽站的2.4%變化,前者是后者的15倍,d≥0.25mm的粗泥沙從皇甫川皇甫站的21.1%到馬蓮河慶陽站的0.4%變化,前者是后者的53倍,由此可以說明黃河中游水文站粗顆粒泥沙組成變化顯著,而且粒徑越粗,相差的倍數(shù)越大。利用典型支流水文站粗顆粒泥沙大于某粒徑沙重百分數(shù),經(jīng)數(shù)據(jù)標準化轉(zhuǎn)換,采用歐氏最短距離法,得到如下系統(tǒng)聚類圖,從圖2可以看出,皇甫川、窟野河和禿尾河是一類,位于研究區(qū)的最北部,平均粒徑都在0.1mm以上,中數(shù)粒徑也在0.052mm以上,孤山川和佳蘆河屬于一類,位于無定河以北的地區(qū),由于孤山川流域地表組成物質(zhì)主要以黃土為主,所占比例為94%,其余是基巖,所占比例約為6%,所以其雖然位于禿尾河以北,平均粒徑為0.056～0.083mm之間,中數(shù)粒徑也在0.032mm～0.035mm之間,它仍然和佳蘆河歸為一類,剩余的無定河、清澗河、延河、北洛河和馬蓮河屬于一大類,位于研究區(qū)的最南部,平均粒徑在0.049mm以下,最小的為0.034mm,較北面的白家川站是較南面慶陽站的1.4倍,中數(shù)粒徑也在0.034mm以下,最下的為0.026mm,白家川站是慶陽站的1.3倍,由此大致可以看出,北部水文站無論大于某粒徑沙重百分數(shù)、平均粒徑以及中數(shù)粒徑都明顯大于南部,而且越往北部粒徑越粗,越往南部粒徑越細,說明研究區(qū)域土壤粒徑分布規(guī)律是南部細,北部粗,顆粒粒徑變化顯著。3.2粗砂壩壩地泥沙分布影響土壤侵蝕和流失的因素很多,淤地壩攔截的是多種因素共同作用下進入溝道的泥沙,因此壩地淤積物可以反映淤地壩控制范圍內(nèi)侵蝕產(chǎn)沙的綜合情況,如果沒有壩,這些泥沙將通過支流水文站后進入黃河。從圖3可以看出,粒徑大于0.05mm的沙重百分數(shù)從研究區(qū)南部的不足30%增加到北部的80%以上,大于0.1mm的沙重百分數(shù)從研究區(qū)南部的不足5%增加到北部的50%以上,10%等值線基本沿大理河自西南向東北到禿尾河入黃口,其南部小于10%;其北部變化趨勢為:大理河與蘆河之間有一相對高值區(qū),粒徑大于0.1mm重量比為31.1%,沿西南向東北方向到無定河干流變小,然后從禿尾河直到黃甫川逐漸增加,大于50%的區(qū)域主要集中在窟野河和黃甫川,并成倒“U”字型,過了黃甫川支流十里長川又逐漸變小?？偟恼f來研究區(qū)域粗顆粒泥沙是從南部向北部顆粒變粗。土壤平均粒徑是表示土壤顆粒的平均尺寸。根據(jù)壩地鉆探取樣分析結(jié)果,取樣點平均粒徑在0.04～0.71mm之間,從總體趨勢上看:土壤顆粒平均粒徑從東南部不足0.04mm到西北部大于0.3mm以上變化,由此可見,壩地淤積物平均粒徑同樣呈由南向北逐漸變粗的趨勢。具體分布規(guī)律是:禿尾河以南大部分區(qū)域平均粒徑小于0.1mm,其中,大理河上游及無定河下游分別有一小范圍的相對粗泥沙區(qū),平均粒徑分別達到0.14mm和0.08mm;禿尾河以北幾乎所有區(qū)域平均粒徑均大于0.1mm,其中,窟野河支流悖牛川上游與黃甫川流域的納林川及其之間的區(qū)域最粗,達0.3mm以上,最大為0.71mm。同時,黃甫川支流十里長川及其以北因有大量黃土,因而出現(xiàn)變細的趨勢(見圖4),可見不同位置的壩地其淤積物平均粒徑存在很大差異。土壤中數(shù)粒徑(D50),又稱中值粒徑,是指在顆粒級配曲線上級配為50%時所對應(yīng)的粒徑,從圖5可以看出,研究區(qū)中數(shù)粒徑從東南部的小于0.03mm增加到西北部的0.2mm以上。從以上粗顆粒泥沙、平均粒徑和中數(shù)粒徑的分析可得如下結(jié)論:黃河中游粗泥沙產(chǎn)沙區(qū)土壤粒徑分布總的趨勢是由南向北逐漸變粗。具體分布情況是:從佳蘆河向東北到黃甫川為一連片的粗泥沙區(qū),其中窟野河到黃甫川成倒“U”字型區(qū)域內(nèi)泥沙粒徑最粗,根據(jù)壩地鉆探取樣分析結(jié)果,其平均粒徑大于0.3mm,d≥0.1mm的泥沙比例達50%以上;在大理河上游一帶有一面積相對較小的粗泥沙區(qū),根據(jù)壩地鉆探取樣分析結(jié)果,最大平均粒徑為0.14mm,d≥0.1mm的泥沙比例為31.1%;無定河下游部分區(qū)域泥沙粒徑較粗,但平均粒徑和粗泥沙比例均小于上述兩區(qū),最大平均粒徑為0.08mm,d≥0.1mm的泥沙比例在10%以下。4黃委課提出“引導粗泥沉”的治理思路。在第通過對水文站懸移質(zhì)顆分成果以及壩地淤積物取樣資料可以得出,黃河中游嚴重水土流失區(qū)