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三峡工程正式运行后,在水库周边形成高差30m、面积349km2的消落带。消落带受库水浸泡、波浪淘蚀、降雨击溅、径流冲刷和干湿交替的长期作用,地面植被和土壤结构被破坏,消落带土壤侵蚀问题日益突显。但三峡水库消落带土壤侵蚀问题前人研究较少,是生态建设与土壤侵蚀学科亟待加强的新兴领域。论文以忠县石宝镇库段消落带为案例,利用文献调研、实地踏勘、野外监测、田间试验和统计分析等方法研究消落带土壤侵蚀特征,查明消落带土壤侵蚀强度,判识了涌浪侵蚀在消落带水力侵蚀中的贡献率,综合分析了坡度、植被、波浪、土壤物理力学性质等与土壤侵蚀发生发展的关系。取得的主要结论有:
(1)采用实地踏勘和资料分析的方法研究了消落带土壤侵蚀的类型及形式。消落带侵蚀营力主要包括波浪、降雨、径流和重力,侵蚀类型主要为水力侵蚀和重力侵蚀,其中水力侵蚀形式主要有涌浪侵蚀和坡面降雨径流侵蚀,重力侵蚀主要是崩塌和蠕滑。
(2)随着水库175m高水位运行,库区波浪发生频率增加明显,且干流库区与库湾波浪发生频率差异显著。观测期间,库区最大波高达到48cm,一般较常见的波高干流库区是2-5cm,库湾是0-1cm。172m水位时,干流库区观测日波浪发生次数4547次,大大超过145m运行时的559次;观测日内大于5cm的波浪日均发生1257次,也远超过145m运行时的239次。库湾波高随着高水位的运行增幅明显,出现最大波高7.3cm。
(3)采用侵蚀针法对忠县石宝镇库段消落带进行了土壤侵蚀强度监测,获得三峡水库消落带1年的土壤侵蚀数据。其中,干流消落带土壤侵蚀强度为71mm/a,而库湾消落带土壤侵蚀强度仅为11mm/a,干流消落带土壤侵蚀强度是库湾的7倍。同时,消落带土壤侵蚀空间分布强烈,侵蚀针观测点位的侵蚀厚度在0-54cm之间波动。
(4)三峡水库消落带涌浪侵蚀是主要的水力侵蚀形式,涌浪侵蚀占消落带总水力侵蚀的70%以上。
(5)坡度与消落带年均侵蚀深度具有显著的线性关系,相关系数R2达到0.93;植被可以起到减缓消落带土壤侵蚀的作用;土壤水分的变化对土壤物理力学性质影响显著,主要表现在对土壤抗剪强度和土壤紧实度的影响,随着含水量的增加,土壤抗剪强度和土壤紧实度随之降低。