示踪技术在流域泥沙研究中的应用

1、示踪技术在流域泥沙研究中的应用2.3指纹法确定泥沙来源最初指纹法的应用是基于对单一诊断指纹参数的定性解释。但单一诊断参数在应用中存在以下两个问题：一是单一参数往往难以完全获得，另一个是非源地泥沙的混合将影响结果的精度。因此，在最近十来年中，人们倾向于用几个诊断特性复合的组合指纹法，可以减少非源地泥沙混合的影响和区分范围更大的泥沙潜在来源。当然，方程(1)只是最根本的表达式，可以根据需要进展泥沙的粒度、有机质含量等的校正。利用组合指纹法的原理，ffins35、alling等36研究了英国几条河流中悬浮泥沙的来源。llins等通过采集不同季节和洪水事件的不同时刻的悬浮泥沙样，确定Exe河和Seve

2、rn河流域三大主要地质地层区对泥沙奉献的空间定量变化。alling等研究了19941997年这一时段内use河及其主要支流harfe河悬浮泥沙的来源，他通过建立不同支流的指纹特性，确定了不同土地利用类型的表层土与河岸侵蚀、不同地质地层区对各支流泥沙的奉献，同时还得到各支流对干流泥沙的奉献。这种方法的优点是能定量解决大流域内泥沙的起源信息；缺点是河流泥沙样的采集特别是人工采集很难代表流域内泥沙的整个变化过程，特别是洪水时期河流泥沙特性显著变化，正确确定采样的次数和采样时间间隔是个非常关键的问题。2.4泥沙来源历史变化及其包含的环境信息过去不同时期内泥沙的来源包含着许多自然环境和人为环境的历史变化

3、信息，而过去时段内的泥沙来源又不可能用上述现场取河水泥沙样的方法来确定，同时长时期的泥沙连续监测、测量也是不可能的。因此，能否找到稳定的泥沙沉积物，利用储存在沉积物中的信息确定泥沙沉积的年代和泥沙来源的时间变化是解决这一问题的关键。在河道系统中输送的泥沙一般有两个重要的沉积地点：河漫滩和河床。一般来说，细粒泥沙在河床中储存的时间很短，很可能不到一年时间又重新被启动、运移，而河漫滩上沉积的泥沙储存的时间却长的多，可以达1001000年。ens等37比拟了苏格兰Teed河主要河道系统中泥沙在河漫滩和河床中细粒泥沙的沉积量后发现，两者的沉积量分别占年细泥沙输移量的40和4，而alling等38认为英

4、国use河和harfe河的溢岸泥沙分别为39和49，而两者的河床中储存的泥沙只占总量的10和8。由此可见，河漫滩沉积为河道泥沙输送损失的一个重要场所，且沉积以后相对稳定，研究河漫滩沉积物的来源可以明确河流泥沙来源的历史变化。过去泥沙来源的信息可以用组合指纹法和核素示踪法相结合来确定，即利用137s、210Pbex等核素确定泥沙沉积的年代，然后利用指纹法确定不同时期沉积的泥沙来源。如ens等39测定了use河及其三个主要支流泥沙剖面中137s和210Pbex的剖面分布特征，根据137s和210Pbex的记年原理，确定泥沙的沉积年代和自1963年以来30余年来和自19世纪末20世纪初以来100年的

5、泥沙沉积速率，虽然河漫滩横断面沉积速率的空间变化较大，但表现出随离河床间隔 的增大而减小的趋势，某一横断面的沉积速率可以用其平均值来表示。ens发现同一地点30年与100年的平均沉积速率非常近似，说明过去100年来和悬浮泥沙通量没有发生重大变化；然后在流域内适当取样，测定土样和泥沙样的各种物理和化学特性，按照前面所述的组合指纹法，用数学混合模型求解，得到19世纪末20世纪初至1960年的泥沙主要来自表层土，最近几十年来底层土和河道侵蚀产生的泥沙奉献率增大的结论。因此根据泥沙来源的历史变化，可以推断流域内的土地质亚区在不同时期对各河流泥沙的奉献率也可定量地表达出来，结合各地质亚区在流域内的利用及

6、土地管理措施的历史变化，而通过对流域土地利用与管理历史的调查，可以评价环境变化对流域产沙的影响。llins等40也对英国的其他河流的泥沙信息作了相似的研究。他利用137s的记年结果，估算了河漫滩的平均沉积速率并将此结果加以外推，同时利用组合指纹法得到了Exe河和Severn河流域55年和100年来各个年代各种地质亚区对相对泥沙奉献率的动态变化，这种变化受内因如极端水文事件和外因如土地利用变化的控制。沉积泥沙源地类型及空间变化所包含的丰富的环境信息，为预测和建立合理的水保设施提供了科学基矗但上述方法也存在一些问题：如ens的研究中认为百年来河流泥沙通量没有变化，由于泥沙输送过程的复杂性，并不能说

7、明上游侵蚀速率没有发生重大变化；30年与100年来沉积速率相似也许因为两个时间段并不是排挤的，100年也包括了1963年以来的30余年，某一短时期内由于单个洪水事件沉积速率突然变化，多年平均沉积速率并不能反映；另外，llins的沉积速率外推结果也存在一定的问题，虽然能比拟细致地反映泥沙来源的历史变化，但由于沉积速率的外推结果不一定准确，由此得到的年代的精度值得商榷。同样，湖泊沉积物通常因保存着自然变化、人类扰动等的信息而成为环境变化的历史记录者。入湖泥沙的沉积速率用核素记年方法确定，并推算流域的产沙量，以此评价人类扰动作用的影响。3新方法需解决的问题及应用前景长时间尺度的环境变化对土壤侵蚀、泥

8、沙产量的影响可以用第四纪研究方法来解决，但百年来或最近几十年来环境变化的侵蚀效应，却难以用第四纪研究方法解决。210Pbex、137s核素示踪技术与组合指纹法能明确近代泥沙在流域中的分配状况、重建泥沙通量及泥沙来源的历史信息，为侵蚀环境治理重点的选择提供科学根据。但目前还需进步核素示踪技术的精度，如应注意核素分布的空间分异性，正确采样并确保样品具有统计学意义；利用核素建立泥沙剖面的年代时，要考虑各种因素引起的误差，并用几种确定年代学方法互相验证；泥沙沉积速率的计算应考虑颗粒校正和压实校正；可以用核素示踪泥沙来源与组合指纹法确定泥沙来源相结合，进步可信度；进一步分析流域侵蚀环境变化与泥沙来源、产沙量变化之间的关系，建立影响因子如土地利用变化、气候变化、构造运动等与结果之间的半定量关系，分析各因子的相对重要性，对现代生态环境建立的决策具有重要的意义。我国黄土区由于其特殊的降雨、地貌条件，从长期来看，流域侵蚀与产沙根本到达平衡，泥沙输移比约等