發(fā)布時間：2018-05-03 22:08

  本文選題：水源區(qū) + 耕作措施　； 參考：《西安理工大學》2016年博士論文

【摘要】：水土流失引發(fā)的非點源污染是南水北調中線工程水源區(qū)水質的主要影響因素。丹江作為南水北調中線工程的重要水源區(qū)之一,其水質的穩(wěn)定與改善直接關系著南水北調中線工程的效益。本文以丹江鸚鵡溝小流域的坡面和流域兩個不同尺度的降雨徑流、侵蝕產沙以及氮、磷的輸移過程為對象,系統研究了氮、磷等污染物隨徑流、泥沙過程的遷移轉化規(guī)律。坡面尺度的研究主要通過模擬降雨試驗,分析了坡面不同植被覆蓋與耕作措施下的坡面產流、產沙以及氮、磷的輸移過程,揭示了坡面植被的水沙調控對氮、磷遷移轉化過程的作用機制;流域尺度方面則較為系統地分析了典型降雨過程中徑流-泥沙-養(yǎng)分的遷移轉化過程,并基于RUSLE模型計算了流域的年均土壤侵蝕量,分析了土壤侵蝕與土壤氮、磷的空間分布特征,識別了土壤侵蝕強度與氮磷含量的“侵蝕-污染物”優(yōu)先治理區(qū),揭示了流域典型降雨-徑流過程中土壤氮、磷的遷移過程機制。研究成果有助于闡明丹江水源區(qū)坡面-流域不同尺度下水-沙-養(yǎng)分輸移過程和機理,為南水北調中線水源區(qū)小流域水土流失治理以及非點源污染控制提供科學依據。論文取得的主要結論如下:(1)揭示了坡面不同植被覆蓋與耕作措施下徑流-泥沙-養(yǎng)分輸移規(guī)律,闡明了坡面植被覆蓋與秸稈覆蓋的減沙阻污效果大于減水效果。模擬降雨的實驗結果表明:在雨強1.20 mm/min,降雨歷時為60min的降雨條件下,不同植被覆蓋與耕作措施下的地表徑流量表現為:裸地(BL)玉米單作(CL)秸稈覆蓋(SC)玉米和大豆套種(TCS)順坡壟作(BS)坡面上部為裸地+坡面下部為花生單作(BP)花生單作(PL)玉米和花生套種(TCP),以產流量最大的BL為基準,CL,SC,TCS,BS,BP,PL,TCP的產流量分別是裸地BL的93%,75%,51%,39%,28%,12%,6%。不同植被覆蓋和耕作措施下的產沙量大小為:BLBSSCCLBPTCSPLTCP。以BL為基準,BS,SC,CL,BP,TCS,PL,TCP 的分別是裸地 BL 產沙量的 87.4%,9.3%,7.1%,6.2%,3.3%,2.0%,0.4%。因此,植被覆蓋措施與秸稈覆蓋的減沙效果好于減水效果;產流產沙過程中伴隨的氮素流失量遠大于磷素流失量,NO3-N為地表徑流中TN流失的主要形態(tài),占總氮流失量的48.4%～78.9%,溶解態(tài)磷占總磷流失量的比例為42.2%～98.3%。(2)采用轉換函數確定了流域SCS-CN模型計算徑流的水文土壤組參數,得到了流域不同土壤深度Vereecken轉換函數模型的計算精度。利用K-means聚類法選取降雨量(P)、降雨歷時(D)、最大30分鐘雨強(Ⅰ30)3個指標將鸚鵡溝流域2011～2013年之間的154場降雨分為3種降雨類型。研究結果表明:雨型I(低降雨量短歷時)發(fā)生頻次最高,占總降雨次數的67.6%,雨型Ⅱ(中降雨量大雨強)次之,占總降雨次數的26.6%,雨型Ⅲ(高降雨量長歷時)發(fā)生次數最少;采用Vereecken轉換函數模型確定了 SCS-CN模型中的水文土壤組(HSG)參數,土壤表層0～10 cm飽和導水率的計算值精度最高,其誤差在25%以內。流域尺度的飽和導水率能夠為該地區(qū)水文模型的應用提供關鍵的土壤水文參數。(3)闡明了不同土地利用類型下流域土壤侵蝕強度的空間變化特征,量化了不同強度侵蝕區(qū)對總土壤流失量的貢獻率。鸚鵡溝流域年均土壤侵蝕模數為1247.7 t/km2;流域土壤侵蝕以微度侵蝕為主,微度侵蝕和輕度侵蝕面積共占流域總面積的比例為81.8%,主要分布在溝道、流域下游平緩區(qū)域以及流域中游和下游兩岸的林草地;強烈以及極強烈侵蝕面積較小,分別占流域面積的2.7%和0.2%,主要分布在流域上游的陡坡耕地以及河流左岸的陡坡地;占流域總面積25.1%且以農地為主的Y1子流域,其土壤侵蝕量占流域土壤侵蝕總量的32.7%,隨著林草面積增加,流域的平均土壤侵蝕強度降低,占流域總面積的49.7%的Y5子流域,其土壤侵蝕量約占流域土壤侵蝕總量的58.7%。(4)闡明了流域土壤侵蝕與養(yǎng)分的空間耦合關系,識別了小流域“侵蝕-污染物”的優(yōu)先治理區(qū),確定了不同的治理方式及順序。流域土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量的平均值分別為0.87 g/kg、8.66 mg/kg和2.73 mg/kg。土壤全氮空間分布的最優(yōu)模型為線性模型,土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮空間分布的最優(yōu)模型為高斯模型;鸚鵡溝土壤全磷和速效磷含量的平均值分別為0.65 g/kg和8.70 mg/kg。土壤全磷和速效磷空間分布的最優(yōu)模型分別為指數模型和高斯模型。Kriging插值表明研究區(qū)流域土壤全氮的高值區(qū)主要分布在流域西北部的林地以及流域中游河道兩側坡耕地,而土壤全磷的高值區(qū)主要分布在流域的東南部以及流域中下游河道兩側。根據建立的“土壤氮磷侵蝕模數”指標準確識別了流域中土壤侵蝕和養(yǎng)分的優(yōu)先治理區(qū)。(5)揭示了流域降雨徑流過程中氮、磷的輸移機制,初步闡明了水土流失與氮磷流失的空間尺度效應。鸚鵡溝流域3場典型降雨事件(E1、E2、E3)的地表徑流總氮輸出量分別為24.2 kg、10.6 kg、2.8 kg,其中硝態(tài)氮占總氮的比例分別為75.6%,69.6%,70.1%。地表徑流中磷的輸出量遠小于氮素輸出量。E1、E2、E3三場降雨事件中地表徑流總磷的輸出量分別為0.60 kg,0.13 kg、0.07 kg,其中溶解態(tài)磷占總磷的比例分別為82.1%,76.5%,12.1%。采用EMC、EPL、FF50 3個指標分析了鸚鵡溝流域及其5個子流域在降雨-徑流過程中氮、磷的輸移機制。Y1～Y6流域氮、磷在降雨事件中的平均濃度(EMC)和單位面積的負荷(EPL)均隨著流域面積增加呈下降或穩(wěn)定的趨勢,其中土地利用類型對流域氮、磷遷移具有顯著地影響。以上研究結果表明坡面尺度的植被類型、格局和流域尺度土地利用調整相結合可以有效控制流域的氮、磷流失。
[Abstract]:In this paper , the runoff - sediment - nutrient transport process in the middle - line of the Yellow River is studied . Based on BL as the base , BS , SC , CL , BP , TCS , PL and TCP were 87.4 % , 9.3 % , 7.1 % , 6.2 % , 3.3 % , 2.0 % , 0.4 % of total rainfall . ( 3 ) The spatial variation characteristics of soil erosion intensity in different land use types were expounded , and the contribution rate of soil erosion to total soil loss was quantified . The average value of total phosphorus and available phosphorus in the basin was 0 . 87 g / kg , 8 . 66 mg / kg and 2.73 mg / kg respectively . ( 5 ) The sediment transport mechanism of nitrogen and phosphorus in runoff process of basin was revealed , and the spatial scale effect of soil erosion and nitrogen and phosphorus loss was preliminarily expounded . The total nitrogen output in three typical rainfall events ( E1 , E2 , E3 ) in the Psittacogou watershed was 24 . 6 % , 6 . 6 % and 0 . 07 kg , respectively .

【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S157

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本文編號：1840284