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本项研究选择青海龙羊峡库区沙沟河流域和内蒙十大孔兑区的叭尔洞沟流域作为研究区,根据野外观测调查和室内试验以及地形监测和遥感影像分析,对两个流域的风水交互侵蚀的地貌空间组合特征和发育条件进行了分析,研究两个流域地质历史时期风水交互侵蚀的环境变化,揭示了局部地形尺度下的风水交互侵蚀地貌变化过程和动力机制,探讨在不同尺度下风水交互侵蚀量、输沙量和泥沙输移比的关系。初步得出以下结论:
(1)风水交互侵蚀的沉积环境变化
沙沟河流域在早中更新世时期,气候干冷,流动沙丘分布,处在一个风成环境。到了晚更新世,研究区处于流水作用的水成环境,气候较暖湿逐渐过渡到气候温湿强生草成壤过程,后期气候变得较为干冷,研究区又处在一个风成环境。自全新世以来,波动于温凉稍湿和干冷的半干旱气候,沙漠化出现反复的正、逆过程。这段时期研究区所处的大的沉积环境为风成环境。叭尔洞沟流域在1万年的时间尺度上,处于一个风水交替侵蚀的环境中,地层自下到上,河床相砾石层+河漫滩相中粗砂层-风成沙丘砂这样风水交替的组合有4段,每一段说明了水动力条件减弱,风成过程逐渐增强的过程。
(2)风水交互侵蚀地貌空间组合特征和发育条件
青海沙沟河流域和内蒙叭尔洞沟流域,从地貌的交互作用类型上可分为河谷沙丘型和沙地冲(切)沟型两大类。两流域发育的风水交互侵蚀地貌的形成物质主要来源于广泛分布的第四纪洪积物、湖积物、冲积物和风积物。前者坡度较小的滩地发育着河谷沙丘,而8～25°的坡形是沙地切沟和一些爬坡/下落沙丘的发育场所。后者较为平坦的地形分布有库布齐沙漠,8～25°的坡形成为低丘陵区沙地冲沟发育和河岸阶地面切沟和河岸沙丘发育的场地。
风力和降水的自身变化和交替规律形成了了风水交互侵蚀的动力特征。近50年来,黄河上游的两个典型区,从降雨量的年际变化来看,有明显的的多雨年和少雨年,表现出3年两少一多的变化规律。从风力的年际变化来看,年均风速,起沙风日数、沙尘暴和大风日数,这四个指标的变化趋势有着很强的一致性,近50年来风沙天气呈下降趋势,风沙活动的频率和强度都有所减缓。20世纪50年代后期到70年代后期风与水的配置关系处于一个多风少雨期,70年代末至80年代中期是个转折段,风沙相对较小,降水少,此后至21世纪初(2005年),表现出多雨少风沙的阶段。
(3)风水交互侵蚀现代过程
威连滩坡地冲沟受到风水交互侵蚀的作用。风力侵蚀对水力产沙和沟谷形态有着重要影响。起伏的沟岸和弯曲的谷底发生风积,为流水侵蚀又增加了沙物质。风沙流对坡面冲沟的形成有再塑造作用。同时冲沟侵蚀也影响着风沙活动。冲沟的狭长地形,其“狭管效应”加大了风蚀作用,增强了风沙灾害天气。
通过对威连滩近30年来的冲沟监测发现:在20世纪80和90年代,冲沟开始进入激烈发育阶段,其中南侧支沟侵蚀最快。近3年冲沟向长发展的速度减缓,以支沟的沟岸扩张为主,其侵蚀点主要表现在南岸一侧的张裂缝区；反复的冻融和干湿交替形成的张裂缝不但加速了雨季的流水侵蚀,同时由张裂缝引起的土体坍塌也加强了沟头侵蚀。夏季多发的强降雨加强了土体的破坏,促使沟头溯源侵蚀加速进行；研究区沟头溯源侵蚀并不是在每年的雨季都有明显增加,其严重的侵蚀也不是发生在隔几年出现强降雨和多频率的年内,它是长时间随着侵蚀力不断破坏土体,使土体抗侵蚀力达到临界值时,在某场暴雨事件中或其滞后发生。
在叭尔洞中游段的观测小区,将风水两营力作用下的侵蚀量作为衡量该观测区侵蚀力大小的指标,在2010年,风力侵蚀和水力侵蚀对本区侵蚀的贡献率分别为76％和24％,贡献比约为3:1。在147794 m2观测小区里,风水交互作用下平均侵蚀量为0.1 kg·m-2；把观测区可以看做一个小的风水交互侵蚀系统,风季,风力的搬运作用为系统提供了输入。雨季,洪水的侵蚀作用为系统进行了输出。这样,风力与流水交替作用,在观测区形成了一个小的风水交互系统,通过沉积物的侵蚀、搬运和堆积的循环作用,对系统的输入物质进行再分配后输出系统。
(4)不同尺度下风水交互侵蚀量、输沙量与泥沙输移比的关系
从龙羊峡库区、沙沟河流域到径流小区等不同地形尺度,在风水交互侵蚀作用下,泥沙输移比分别为0.4、0.1和0.5。十大孔兑区和叭尔洞流域的泥沙输移比分别是0.25～0.69、0.33～0.86。本项的研究中发现泥沙输移比与区域面积不遵守反比关系的规律。要实现风水交互侵蚀的土壤侵蚀量在不同的尺度的转换,首先要进行土侵蚀量的确定,其次是尺度问题。在风水交互侵蚀尺度转换的研究中,采用分形理论,可以以参数的形式将不同尺度上的地貌或地形差异性定量表示出来,用较少的参数表达出了复杂的地貌特征。