研究背景 我国黄土高原 （ CLP ） 是一个地理环境脆弱的地区，长期以来面临着严重的水土流失问题。 尽管已经采取了大量的水土保持措施（ SWC ），但对这些措施对泥沙输送过程的实际影响仍存在许多不确定性。特别是在丘陵沟壑区这样的复杂地形条件下，水土保持措施的效果如何影响土壤侵蚀、泥沙运输和沉积仍然需要深入研究。本研究旨在对中国黄土高原上一个丘陵沟壑流域中采取的水土保持措施对泥沙输送过程的影响进行深入研究。本研究结合无人机摄影测量技术、淤地坝测量和水文监测等方法，对流域不同历史阶段的土壤侵蚀、沉积物沉积和泥沙产量进行了测量和分析。旨在
研究背景
我国黄土高原
（
CLP
）
是一个地理环境脆弱的地区，长期以来面临着严重的水土流失问题。
尽管已经采取了大量的水土保持措施（
SWC
），但对这些措施对泥沙输送过程的实际影响仍存在许多不确定性。特别是在丘陵沟壑区这样的复杂地形条件下，水土保持措施的效果如何影响土壤侵蚀、泥沙运输和沉积仍然需要深入研究。本研究旨在对中国黄土高原上一个丘陵沟壑流域中采取的水土保持措施对泥沙输送过程的影响进行深入研究。本研究结合无人机摄影测量技术、淤地坝测量和水文监测等方法，对流域不同历史阶段的土壤侵蚀、沉积物沉积和泥沙产量进行了测量和分析。旨在
了解水土保持措施对泥沙输送过程的实际效果，并提供科学依据和参考，以进一步改进和优化水土保持措施的规划和实施。
研究方法
以 岔巴沟 流域（ CBG ）为研究区，基于无人机摄影测量技术结合数字高程模型（ DEM ）、 淤地坝的测量数据、水文监测等相关数据；利用野外观测和实地调查，测量计算不同历史阶段下流域的土壤侵蚀、沉积物沉积和泥沙产量。使用无人机影像数据和地理信息系统（ GIS ）工具进行数据处理和分析；对比不同历史阶段下淤地坝的建设情况，评估淤地坝和植被恢复措施对土壤侵蚀和泥沙输送的影响，同时计算不同阶段的土壤侵蚀率、沉积物沉积率和泥沙输送率；利用统计分析和数学模型，对研究区域不同历史阶段下的土壤侵蚀、沉积物沉积和泥沙产量数据进行分析和比较。计算泥沙输送比等指标，评估水土保持措施对泥沙输送过程的影响； 根据数据分析的结果，对水土保持措施对泥沙输送过程的影响进行解释和讨论。
土壤侵蚀率计算方法1：Ei=Yi+Di
土壤侵蚀率计算方法2： 在研究区选择37个 空沟 ，进行淤积过程模拟，得出面积-体积关系。 在流域尺度上选取34个具有代表性的淤地坝流域来根据37个空沟模拟结果来估算Ei。所选流域均满足以下条件：（1）所选子流域的淤地坝位于流域上游，其上游沟内无其他淤地坝；（2）没有泄洪道、泄水洞等排水设施，无法保证将小流域内的侵蚀泥沙全部截流。 在阶段1,CBG流域几乎没有泥沙淤积，即E1=Y1。 对于E2和E3，首先根据上述方法模拟估算全部的34个子流域中淤地坝淤积的泥沙体积。 然后，根据 26个 子 流域 中 1970年代建成的淤地坝 来估算1970-2018年的平均侵蚀速率（E2+3）。 根据8个子流域中2000年以后建成的淤地坝模拟估算E3（2000-2018），最后根据加权平均法估算E2（1970-1999）。
输沙率计算公式：SDRi=Yi/Ei
注：Ei，Yi和Di分别表示阶段i流域
的土壤侵蚀率、泥沙输送量和沉积率，SDRi表示阶段i的输沙率。
( a )岔巴沟流域地理位置;( b ) 34 个子流域;( c ) CBG 流域 37 条空沟及 245 座淤积坝的空间分布特征
研究结果
1、淤地坝的淤积量估算
在研究区选择37个空沟，进行淤积过程模拟，结果如下图所示。对于小型和中型淤地坝，干涸土地面积与相应的泥沙体积之间的关系很好地符合了幂函数关系。对于具有较小干涸土地面积和浅沉积深度的小型淤地坝，拟合的幂函数为：Y=6.05X1.42(R2=0.96)。对于中型淤地坝，拟合的幂函数为：Y=3.99X1.62(R2=0.97)。其中，X是淤地坝的干涸土地面积，Y是相应的泥沙体积。小型淤地坝的横截面通常是V形的，而中型淤地坝的横截面是U形的。因此，在相同的干涸土地面积下，小型淤地坝的沉积深度和相应的泥沙体积大于中型淤地坝。相反，在相同的沉积深度下，中型淤地坝的干涸土地面积和相应的泥沙体积是小型淤地坝的两倍多。
(a)淤积土地面积与沉积深度之间的关系;(b)淤积土地面积与泥沙量的关系;(c)小型淤地坝和中型淤地坝截面图
2、干涸土地面积、泥沙体积和沉积速率
CBG
流域中共有
245
个淤地坝，其中小型、中型和重点淤地坝的数量分别为
187
个、
47
个和
11
个，分别占总淤地坝总量的
76
％、
19
％和
4
％。
通过干涸土地面积和泥沙体积的拟合曲线，我们计算了每个淤地坝的泥沙体积。
结合重点淤地坝的官方数据，估计
CBG
流域中淤地坝后方的总泥沙体积为
3290
万
m
3
。
其中，小型、中型和重点淤地坝的泥沙体积分别为
840
万
m
3
、
16.1
百万
m
3
和
8.40
万
m
3
，分别占
CBG
流域总泥沙体积的约
26
％、
49
％和
26
％。
根据平均体积密度和
1999
年的调查数据，我们估计
CBG
流域第
2
阶段和第
3
阶段的总泥沙质量分别为
3360
万吨和
92
0万吨。阶段2和阶段3的相应泥沙沉积速率分别为5989± 351 t km2 yr?1、2582 ± 351 tkm-2yr?1。
3、泥沙产量和土壤侵蚀率
从1960年到2018年，CBG流域的年泥沙负荷明显波动，并呈显著下降趋势（P<0.01）。在阶段1和阶段2，年泥沙负荷与年降水量显著正相关（P<0.01）。大量的年降水通常会导致高的年泥沙负荷，在第3阶段，年降水呈增长趋势（P<0.01），但与早期相比，年泥沙负荷
有所减少。三个阶段的总泥沙产量分别为3960万吨、4180万吨和730万吨，相应的泥沙产量分别为21144tkm-2yr?1、7452tkm-2yr?1和2086tkm-2yr?1。与阶段1相比，阶段2
和阶段3的泥沙产量分别减少了65％和91％。根据阶段1的泥沙产量数据，E1的值为21144tkm-2yr?1。E2和E3是根据34个代表性子流域的土壤侵蚀率估算得出的。从阶段1
到阶段3，CBG流域的土壤侵蚀率显著减少，E2和E3相比E1分别减少了38％和67％。
4、泥沙输移量和输沙比
阶段1，CBG流域没有水土保持措施，导致所有冲刷泥沙都从流域输出。该阶段的泥沙输送比率（SDR）接近1，与同期无定河流域的SDR值一致。阶段2，CBG流域建造了大量的淤地坝，拦截了冲刷泥沙并减少了下游泥沙输送，导致SDR显著降低至0.57。阶段3，淤地坝的损坏导致泥沙沉积速率下降。与此同时，植被恢复显著降低了土壤侵蚀率，进一步将SDR降低至0.45。
不同阶段泥沙输移量和输沙比SDR
结论
在1970-1999年淤地坝建设阶段和2000-2018年植被恢复阶段的土壤侵蚀速率分别比1960-1969年粗放农业阶段低38%和67%；在阶段2和阶段3，淤地坝作为泥沙汇区，分别拦截了研究流域43%和55%的侵蚀泥沙。淤地坝建设和植被恢复对CBG流域SDR影响显著，SDR从阶段1的1下降到阶段2的0.57和阶段3的0.45。1970-1999年，拦河坝的建设导致了流域SDR的减少，2000年以后，植被恢复成为影响SDR减少的主要因素。未来几十年，中国将进一步加强黄土高原的SWC项目，黄河流域输沙量将进一步变化。本研究将有助于厘清新生态背景下黄河输沙量的变化及其影响因素，为今后进一步开展黄河流域SWC规划提供参考。
