基于多尺度的高寒区冻融侵蚀产流产沙过程研究

Under the effects of global change and human activities, the expectation of temperature rise is obvious and the extreme weather appear frequently. Melting water of glacier happens in the high altitude cold regions of Tibet, and the snowmelt lead to the increase amount of runoff. Drastic freezing and thawing changes increase the soil erosion, and ecological security barrier function of Tibetan plateau suffers a serious challenge. So the study of freeze-thaw erosion has a great importance. The excellent location conditions of workplace, as well as the research achievements and experience from the long-term research team in Tibetan Plateau, provide the conditions for this project. The project regards the Sergyemla Mountain in Southeast areas of Tibet as the study area, takes some measures as runoff plot, erosion experiment of artificial rainfall simulation, probe meathod, the watershed monitoring experiment of nine holes shunt and remote sensing, and applies the traditional and modern measurement technologies together, to study the process of freezing and thawing erosion and sediment under different scales feature production. Gradually reveal the dynamic process and development law of the freeze-thaw erosion, in order to adapt to the thaw erosion forecasting, distribution and intensity grading in the high-altitude cold regions where the terrain are complicated, such as Tibetan plateau. Additionally, provide scientific theoretical basis for ecological restoration, soil and water loss management in high altitude cold regions, and make the research results to provide the service for the ecological security and the social production in Tibeten Plateau.

在全球变化和人类活动综合影响下，气温上升预期明显，极端天气频现，西藏高海拔寒区冰川融水、融雪径流增加，冻融剧烈变化，土壤侵蚀加剧，西藏高原的生态安全屏障功能遭受严重挑战，冻融侵蚀的研究迫在眉睫，意义重大。本项目基于研究单位优越的地理位置条件和研究团队长期扎根于青藏高原积累的科研工作成果和经验的基础上，以藏东南地区的色季拉山为研究区域，采取径流小区、人工模拟降雨侵蚀实验、测针、九孔分流小流域监测实验和运用卫星遥感监测等多种方法，将传统监测技术和现代监测技术融合在一起，研究不同尺度下的冻融侵蚀过程与产沙特征.逐步揭示冻融侵蚀的动态过程及其发生发展规律，实现适应于西藏高原为代表的高海拔寒区复杂地形下冻融侵蚀的预测预报、分布与强度分级，为高海拔寒区生态恢复、水土流失治理提供科学理论依据，使研究成果能真正服务于青藏高原的生态安全和社会生产。

一、冻融循环—藏东南寒区土壤物理稳定性的影响评价结果明确。1）冻融作用显著影响土壤物理性质。土壤容重、孔隙度、渗透系数和大团聚体水稳性与冻融循环次数、初始含水率以及冻结温度之间存在极显著关系。2）土壤粘聚力与冻融循环次数、初始含水率以及冻结温度之间存在极显著关系。3）容重与冻融循环次数、初始含水率、冻结温度均成极显著关系（P<0.01），其中与冻融循环次数和冻结温度呈负相关，与初始含水率呈正相关；土壤渗透性与初始含水率和冻结温度均呈极显著关系（P<0.01）；土壤粘聚力与冻融条件均成极显著负相关关系（P<0.01），而内摩擦角对冻融作用的响应变化特征并不显著（P>0.01）。4）通过对冻融循环后土壤可蚀性一些指标进行主成分分析，把土壤可蚀性影响指标归为：土壤容重、渗透性；大团聚体水稳性和粘聚力；二、冻融细沟侵蚀过程与机理的研究。1）细沟侵蚀过程中水流含沙量随坡长呈幂指数增加，直到达到输沙能力，并且坡面细沟侵蚀最大含沙量在坡度20°～25°时达到了临界值。2）不同坡度不同流量下的高寒土细沟剥蚀率随着坡长的增加总体上呈指数递减，随着含沙量的不断增加，剥蚀率近似地呈线性减小趋势。3）推导后的剥蚀率公式可以来应用于估算本试验高寒土细沟侵蚀的剥蚀率。4）高寒土细沟水流输沙能力对流量的响应关系可以用线性方程很好的描述，对坡度的响应关系可以用幂函数方程很好的描述，坡度对细沟水流输沙能力的影响小于流量。三、完成沟道尺度寒区土壤侵蚀预测预报模型构建。获得融冻土壤细沟侵蚀输沙模型，。获得输沙能力的预报公式，如下： 。四、青藏高原土壤侵蚀空间变异特征及未来潜在侵蚀量估算研究，结果表明当未来人类积极应对气候变化时，2050年青藏高原的土壤侵蚀量要小于采取消极手段应对气候变化时的潜在土壤侵蚀量。当其他因素不变，只考虑气候因子变化对潜在土壤侵蚀的影响时，青藏高原西南部地区的侵蚀风险最高。