晋陕蒙交界砒砂岩分布区黄河支流侵蚀产沙历史变化过程研究

Riverine sediment erosion, transport, deposition is a main topic of the academic field of land surface processes. The knowledge of the process is of great practical significance for improving the environment and preventing sediment disasters. The incompact sandstone substrata distributed in Shanxi-Shaanxi-Inner Mongolia junctional areas are one of the main sources of coarse sediment, which is the principal cause for the heavy aggradation of the lower Yellow River. This project tries to disclose the undulation and trends of sediment yield in the geological history and the impacts of tectonic movement and climate change through investigating the trajectory of landform evolution of the study areas. By sediment source fingerprinting based on the data of grain size and chemical element composition, studies will be made on the changes of sediment yield from the incompact sandstone substrata in the historical periods and its connection with climate change and human activities. Using runoff and sediment load records and data of relevant natural factors, land use, and soil and water conservation practices, and by investigating sediment sinks, studies will also be done about the changes of sediment yield and relations between water discharge and sediment load in recent decades, the efficiency of sediment transfer blockages, the causes for changes in catchment connectivity, and the mechanisms of the response of sediment yield of the catchments in the study areas to climate change and human activities. It is expected to reveal the range, tendency and nonlinearity of variations in sediment yield in the main tributaries of the Yellow River in Shanxi-Shaanxi-Inner Mongolia junctional areas with incompact sandstone substrata, and provide scientific support for controlling soil erosion and sustainable reduction of sediment yield from these tributaries.

流域泥沙侵蚀、搬运与堆积是地表过程研究的重要内容，了解和掌握这一过程对于改善环境和防治泥沙灾害有着重要的现实意义。晋陕蒙交界区分布的砒砂岩是造成黄河下游河道淤积的粗泥沙主要源区之一。分析这一地区黄河支流流域地貌演化特征，探讨地质历史时期流域侵蚀产沙变化趋势以及构造运动和气候变化的影响；依据源汇泥沙粒度和地球化学元素组成的泥沙指纹分析，研究砒砂岩历史时期产沙变化特征及其与气候变化和人类活动的关系；利用水文泥沙观测数据和相关自然要素及土地利用与水土保持资料，结合泥沙汇调查，分析近几十年流域产流产沙过程和水沙关系变化特征，研究流域输沙系统中阻滞泥沙输移单元的效率以及流域连通性与影响因子的关系，探讨流域泥沙输移系统产输沙过程对气候变化和人类活动的响应机制。以此深入揭示晋陕蒙交界砒砂岩分布区黄河支流侵蚀产沙长期变化的幅度、趋势、非线性特征及主要驱动因子，为控制流域土壤侵蚀与实现持续减沙提供科学基础。

晋陕蒙交界区分布的砒砂岩是造成黄河下游河道淤积的粗泥沙的一个主要来源。为深入揭示这一地区黄河支流侵蚀产沙长期变化的幅度、趋势、非线性特征及主要驱动因子，丰富流域泥沙侵蚀、搬运与堆积过程理论，指导砒砂岩分布区流域土壤侵蚀控制与实现持续减沙，本课题对砒砂岩分布区黄河主要支流地貌特征、演化过程以及地质历史侵蚀变化过程、砒砂岩侵蚀产沙历史变化过程以及近几十年流域输沙变化过程及机制等问题开展了研究。通过改进地貌形态定年法和利用干流比降-汇水面积幂函数关系，分析揭示出砒砂岩分布区内蒙古十大孔兑流域约近5Ma存在多幕构造抬升事件，且在空间上发生时间和幅度不统一，估算出了近0.5Ma至1.15Ma部分孔兑流域侵蚀基准面和河谷下切的幅度。采用DEM提取地貌特征参数，配合现代气候和流域水沙数据分析，探讨并阐明了鄂尔多斯高原砒砂岩区各主要黄河支流纵剖面发育和流域地貌侵蚀演化特征及其与内外动力因子的关系、流域地貌演化所处发育阶段和地质历史侵蚀量以及流域地貌特征对现代产输沙的影响。通过采样分析沙源沙和沉积物粒度组成特征，揭示了砒砂岩分布区典型流域干流沉积环境以及风、水、地貌条件控制作用的沿程变化，计算出十大孔兑输送至下游冲积扇和携带入黄泥沙的三种主要沙源贡献率从大到小依次为黄土、砒砂岩和沙漠沙。基于砒砂岩分布区主要黄河支流水沙阶段性变化特征和主要影响因子作用的分析，其中不同于以往，特别区分了气候变化和人类活动对植被覆盖的影响，定量估算出气候变化和人类活动对各流域径流和输沙量的贡献。研究结果发展了区域构造活动和河谷长期下切过程的分析方法，加深了对研究区构造活动历史、流域侵蚀产沙地质历史、现代强烈侵蚀形成的地质、地貌等自然控制条件以及现代水土流失规律的认识，对未来布局砒砂岩分布区流域治理重点，流域水资源利用和进一步开展水土保持工作都有较大的指导价值。