示踪技术在流域泥沙研究中的应用.doc

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1、示踪技术在流域泥沙研究中的应用摘要：介绍并评价了流域产沙的估算及流域泥沙来源的确定方法，分别突出了核素示踪技术与现代地球化学方法在流域沙帐、现代河流悬浮泥沙及历史泥沙来源的确定等方面的优势。百年来流域泥沙来源的历史信息可以通过核素示踪技术与组合指纹法的结合重现。这为研究百年来侵蚀环境变化及其与土壤侵蚀、泥沙产量变化之间的关系提供了基础。可以进一步解释历史沉积泥沙中所包含的环境信息，为环境治理措施的选择提供依据。关键词：泥沙预算泥沙来源环境变化核素示踪组合指纹法　　流域内侵蚀掉的土壤只有很小一部分到达流域出口，而出口处泥沙则作为流域的输沙量，流

2、域内的总侵蚀量与流域出口处输沙量之间的关系可以用泥沙输移比（SDR）来表示，即SDR定义为流域出口输沙量与流域总侵蚀量之比。由于地表特质及环境的差异，从长期来看，国内外不同流域的SDR是明显不同的，如非洲几乎所有河流的SDR均较小，一般在10%左右［1］，而中国黄土区各流域系统的SDR约等于1［2］。流域侵蚀产生的泥沙在输送过程中，可能在坡面、坡脚、田间、低洼地、河漫滩和河床等位置淤积，并呈临时性或永久性的沉积，使流域产沙及泥沙来源的定量研究复杂化。研究流域侵蚀产沙和泥沙来源的时间变化对于流域治理重点的选择具有重要意义。　　1流域侵蚀产沙定量

3、研究　　传统的通过监测河道中某一特定位置的泥沙通量或计算一定时期内湖泊（或水库等沉积区）接受的泥沙体积得到的流域产沙量往往使流域侵蚀速率的估算过低，加上泥沙沿途沉积、再移动等动力学特性，使流域产沙量和河道传输泥沙的真实特征被掩盖了。Dietrich和Dume［3］最早提出泥沙预算和运移路径研究，从而为研究流域泥沙动力学提供了一比较精确的方法。这一方法能将泥沙在流域（或更小单元）内的移动、输送及储存定量化，泥沙路径的研究集中于泥沙通过一系列地貌单元的所有运动上［4］。如有关学者分别对美国威斯康辛州Coon溪、加利福尼亚州LoreTree溪及苏联

4、欧洲部分Oka河上游侵蚀和泥沙输送、沉积及下游产沙之间的关系研究结果为，各个河流的沙帐形式及各种损失的位置及重要性有很大的差异，流域出口泥沙分别占侵蚀产沙的53%～55%不等［5］。泥沙预算需要识别和定量化泥沙来源、输送过程及储存环境，并确定三者之间的联系，但通常很难在流域尺度获得建立泥沙预算的所有必要的信息，而传统的研究土壤侵蚀和泥沙沉积的方法在操作上存在着大量的困难，且取样也受到时间和空间上的限制。近年来，137Cs法在估算流域的沙帐方面显示出其优点。　　137Cs法建立泥沙预算的理论基础是：137Cs从大气沉降至地表有确定的时间模式，半

5、衰期为30.2年,137Cs与地表物质的紧密结合使其能有效地用于年代学和中长期土壤侵蚀示踪等研究中。利用137Cs进行泥沙预算需要利用137Cs在环境中的示踪剂的功能。137Cs在沉积环境中记年和估算沉积速率的原理是：137Cs的输入有一确定的时间模式，因此137Cs在泥沙剖面中的垂直分布对应着这一时间模式，即剖面137Cs分布的最深处对应着沉降之初时的1950s，137Cs峰值对应沉降最多的年份—91963年，1956年Chernobyl事件使北半球的部分地区的泥沙剖面中存在一较小的峰值。137Cs的剖面分布特征产生了这几个记年时标，根据这

6、几个时间标尺可以计算不同时期沉积环境的泥沙平均沉积速率。137Cs计算土壤净产沙量的原理是：测定研究区137Cs的含量和空间分布，并与该区的137Cs沉降背景值比较，建立土壤侵蚀、沉积137Cs含量之间的定量关系，可计算自1950年来土壤的平均净侵蚀和沉积速率，即侵蚀强度的空间分布，然后通过区内沉积和侵蚀面积的计算，得到研究区的土壤的净侵蚀率。利用上述原理，可将137Cs进行泥沙估算［6～8］。Owens等［8］应用137Cs法研究英国对Start河流域时，认为农耕地仅25％的侵蚀量被输送出去，他假设流域总侵蚀量等于湖泊沉积量、田间沉积量及河

7、漫滩储存量之和，得到该研究流域的沙帐为：土壤总侵蚀量为80tkm-2yr-1，其中田间沉积占总量的26％、河漫滩沉积量占38％、湖泊泥沙量为36％。　　由此可见，137Cs法能方便地比较过去几十年来平均侵蚀量、产沙量及其之间的相互关系，为流域泥沙预算提供了一比较快速、简便的新方法；但结果还比较粗略，运用137Cs法时应考虑137Cs在泥沙剖面的沉积后迁移、泥沙颗粒分选等因素并进行校正。　　2泥沙来源的历史变化　　2.1泥沙来源的确定方法　　小流域泥沙来源的研究方法可以概括为：传统方法、现代地球化学方法及现代的核素示踪法。　　传统的泥沙来源确定

8、是用一系列直接监测技术，这些监测技术包括：潜在泥沙来源区的目测评价［9］，调查侵蚀痕迹［10］；用航片和数字地形图、GIS软件分析泥沙来源［11］；侵蚀针［12］