示蹤技術(shù)在流域泥沙研究中的應(yīng)用

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1、示蹤技術(shù)在流域泥沙研究中的應(yīng)用摘要：介紹并評價了流域產(chǎn)沙的估算及流域泥沙來源的確定方法，分別突出了核素示蹤技術(shù)與現(xiàn)代地球化學(xué)方法在流域沙帳、現(xiàn)代河流懸浮泥沙及歷史泥沙來源的確定等方面的優(yōu)勢。百年來流域泥沙來源的歷史信息可以通過核素示蹤技術(shù)與組合指紋法的結(jié)合重現(xiàn)。這為研究百年來侵蝕環(huán)境變化及其與土壤侵蝕、泥沙產(chǎn)量變化之間的關(guān)系提供了基礎(chǔ)?？梢赃M(jìn)一步解釋歷史沉積泥沙中所包含的環(huán)境信息，為環(huán)境治理措施的選擇提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：泥沙預(yù)算泥沙來源環(huán)境變化核素示蹤組合指紋法　　流域內(nèi)侵蝕掉的土壤只有很小一部分到達(dá)流域出口，而出口處泥沙則作

2、為流域的輸沙量，流域內(nèi)的總侵蝕量與流域出口處輸沙量之間的關(guān)系可以用泥沙輸移比（SDR）來表示，即SDR定義為流域出口輸沙量與流域總侵蝕量之比。由于地表特質(zhì)及環(huán)境的差異，從長期來看，國內(nèi)外不同流域的SDR是明顯不同的，如非洲幾乎所有河流的SDR均較小，一般在10%左右［1］，而中國黃土區(qū)各流域系統(tǒng)的SDR約等于1［2］。流域侵蝕產(chǎn)生的泥沙在輸送過程中，可能在坡面、坡腳、田間、低洼地、河漫灘和河床等位置淤積，并呈臨時性或永久性的沉積，使流域產(chǎn)沙及泥沙來源的定量研究復(fù)雜化。研究流域侵蝕產(chǎn)沙和泥沙來源的時間變化對于流域治理重點的選擇

3、具有重要意義。　　1流域侵蝕產(chǎn)沙定量研究　　傳統(tǒng)的通過監(jiān)測河道中某一特定位置的泥沙通量或計算一定時期內(nèi)湖泊（或水庫等沉積區(qū)）接受的泥沙體積得到的流域產(chǎn)沙量往往使流域侵蝕速率的估算過低，加上泥沙沿途沉積、再移動等動力學(xué)特性，使流域產(chǎn)沙量和河道傳輸泥沙的真實特征被掩蓋了。Dietrich和Dume［3］最早提出泥沙預(yù)算和運移路徑研究，從而為研究流域泥沙動力學(xué)提供了一比較精確的方法。這一方法能將泥沙在流域（或更小單元）內(nèi)的移動、輸送及儲存定量化，泥沙路徑的研究集中于泥沙通過一系列地貌單元的所有運動上［4］。如有關(guān)學(xué)者分別對美國威斯

4、康辛州Coon溪、加利福尼亞州LoreTree溪及蘇聯(lián)歐洲部分Oka河上游侵蝕和泥沙輸送、沉積及下游產(chǎn)沙之間的關(guān)系研究結(jié)果為，各個河流的沙帳形式及各種損失的位置及重要性有很大的差異，流域出口泥沙分別占侵蝕產(chǎn)沙的53%～55%不等［5］。泥沙預(yù)算需要識別和定量化泥沙來源、輸送過程及儲存環(huán)境，并確定三者之間的聯(lián)系，但通常很難在流域尺度獲得建立泥沙預(yù)算的所有必要的信息，而傳統(tǒng)的研究土壤侵蝕和泥沙沉積的方法在操作上存在著大量的困難，且取樣也受到時間和空間上的限制。近年來，137Cs法在估算流域的沙帳方面顯示出其優(yōu)點?！　?37Cs法

5、建立泥沙預(yù)算的理論基礎(chǔ)是：137Cs從大氣沉降至地表有確定的時間模式，半衰期為30.2年,137Cs與地表物質(zhì)的緊密結(jié)合使其能有效地用于年代學(xué)和中長期土壤侵蝕示蹤等研究中。利用137Cs進(jìn)行泥沙預(yù)算需要利用137Cs在環(huán)境中的示蹤劑的功能。137Cs在沉積環(huán)境中記年和估算沉積速率的原理是：137Cs的輸入有一確定的時間模式，因此137Cs在泥沙剖面中的垂直分布對應(yīng)著這一時間模式，即剖面137Cs分布的最深處對應(yīng)著沉降之初時的1950s，137Cs峰值對應(yīng)沉降最多的年份—1963年，1956年Chernobyl事件使北半球的部

6、分地區(qū)的泥沙剖面中存在一較小的峰值。137Cs的剖面分布特征產(chǎn)生了這幾個記年時標(biāo)，根據(jù)這幾個時間標(biāo)尺可以計算不同時期沉積環(huán)境的泥沙平均沉積速率。137Cs計算土壤凈產(chǎn)沙量的原理是：測定研究區(qū)137Cs的含量和空間分布，并與該區(qū)的137Cs沉降背景值比較，建立土壤侵蝕、沉積137Cs含量之間的定量關(guān)系，可計算自1950年來土壤的平均凈侵蝕和沉積速率，即侵蝕強度的空間分布，然后通過區(qū)內(nèi)沉積和侵蝕面積的計算，得到研究區(qū)的土壤的凈侵蝕率。利用上述原理，可將137Cs進(jìn)行泥沙估算［6～8］。O-2yr-1，其中田間沉積占總量的26％、

7、河漫灘沉積量占38％、湖泊泥沙量為36％?！　∮纱丝梢姡?37Cs法能方便地比較過去幾十年來平均侵蝕量、產(chǎn)沙量及其之間的相互關(guān)系，為流域泥沙預(yù)算提供了一比較快速、簡便的新方法；但結(jié)果還比較粗略，運用137Cs法時應(yīng)考慮137Cs在泥沙剖面的沉積后遷移、泥沙顆粒分選等因素并進(jìn)行校正?！　?泥沙來源的歷史變化　　2.1泥沙來源的確定方法　　小流域泥沙來源的研究方法可以概括為：傳統(tǒng)方法、現(xiàn)代地球化學(xué)方法及現(xiàn)代的核素示蹤法?！　鹘y(tǒng)的泥沙來源確定是用一系列直接監(jiān)測技術(shù)，這些監(jiān)測技術(shù)包括：潛在泥沙來源區(qū)的目測評價［9］，調(diào)查侵蝕痕跡［

8、10］；用航片和數(shù)字地形圖、GIS軟件分析泥沙來源［11］；侵蝕針［12］、剖面測量計［13］、光電侵蝕針體系［14］等。另外，河流含沙量可以用單個子流域的泥沙相對貢獻(xiàn)來確定［15］。然而，利用上述方法雖然是最有效和接近實際的手段，但往往會因人為因素、客觀條件及經(jīng)費的限制，難以保證長時間