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论文以风蚀水蚀交错区的西柳沟流域为研究对象,采用定位监测、模拟实验以及数值模拟等方法,结合“3S”技术,在系统分析历年实测降雨、径流、泥沙以及下垫面等特征的基础上,建立了流域地理信息基础数据库,分析了流域土地利用变化与景观格局演变特征,阐明了植被覆被时空变化过程,构建了流域降水产流产沙关系,通过物理模型实验,揭示了植被覆盖变化在降雨~产流过程和降雨~产沙过程中的作用,初步探讨了其对产流机制的影响程度。论文取得了如下主要创新性结论: (1)分析了流域土地利用与景观演变特征 西柳沟流域草地作为整个景观的基质;从斑块数量和面积变化率来分析,耕地、林地和建设用地稳定性最高,其次为未利用土地。未利用土地、草地和耕地的转化最为剧烈,受人类活动影响最大。 (2)阐明了流域植被被覆的时空变化规律 利用遥感影像资料,采用多光谱遥感解译方法,分析流域下垫面植被变化情况,西柳沟流域植被以中覆盖度(植被覆盖度45~60%)、中低覆盖度(植被覆盖度25~45%)为主,约占流域总面积的93%。从发展变化来看,不同植被覆盖度水平的面积变化趋势有明显差异,中低覆盖度植被面积呈现增加的变化趋势,而低覆盖度植被面积明显减少,流域整体植被盖度呈良好发生态势。 (3)流域年降水呈增加趋势,年径流量和年输沙量呈减少的变化趋势 依据西柳沟流域1960年~2013年实测降水、径流及输沙量基本资料,采用数理统计方法,分析了西柳沟流域降水径流变化特征。西柳沟流域多年平均降水量为267.7mm,总体来看,20世纪90年代以来,降水量呈现增多的趋势,较多年平均偏多5%以上。流域年径流量2000年以来明显减少,且汛期径流量占年径流量的比例越米越低。年输沙量自本世纪以来也呈明显减少的趋势,2000年~2010年期间较多年平均减少2.5成以上,2010年以来较多年平均值减少9成以上。 (4)揭示了植被覆盖变化对产流机制的影响 不同植被覆盖度条件下的人工模拟降雨试验观测结果表明,植被具有增加土壤下渗能力的作用,植被覆盖度越高,产流时表层土壤含水率越大,土壤稳定入渗率也越大。 在较小降雨强度(0.5mm/min)条件下,无论裸坡还是有植被覆盖的小区,历时30分钟的降雨仅使得表层(0~10cm)的土壤含水量产生明显的变化;大雨强条件下,当植被覆盖度大于30%时,降雨影响深度可达30cm~40cm。 在目前试验条件下,无论裸坡径流小区还是植被覆盖度达到61%的径流小区,降雨产流开始时土壤饱和度最高只达到84.5%,入渗率没有达到稳定状态,不满足蓄满产流的条件,产流模式仍已超渗产流为主。降雨产流过程中,根据土壤含水率变异系数分析结果,植被覆盖度越高表层土壤含水率变异系数越大,水分交换活跃,产流20分钟后,表层土壤变异系数变小,入渗模式发生变化,产流模式存在向混合产流或者蓄满产流转换可能。 (5)测定了水蚀风蚀交错区土壤相关指标变化范围 霍顿及菲利普入渗公式模拟结果表明,在水蚀风蚀交错区,与土壤特性有关的经验常数k的变化范围为0.02~0.17,土壤吸着力a变化范围一般在0.5~2.0之间。