贵州职称论文发表流域泥沙研究中示踪技术的应用(2)

传统的泥沙来源确定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]?、剖面测 量计[13]、光电侵蚀针体系[14]等。另外，河流含沙量可以用单个子流域 的泥沙相对贡献来确定[15]。然而 ，利用上述方法虽然是最有效和接近实际的手段，但往往会因人为因素、客观条件及经费的限制 ，难以保证长时间采用和空间所有代表性的资料和数据的完整采集，因而得到的结果不具有连续性，一般不能为重现泥沙 的起源提供有益的历史记录。

现代地球化学方法(又称指纹法)，即利用保存在泥沙剖面中的各种地球化学记录，确定泥沙源地的类型及其空间分布。应用的参数包括以下几种类型：矿物磁性参数、地球化学组成参数(如Fe、Ca、Cr、Cu、K、Mg、Na、Ni、Sr、Zn、Mn、Al及P的各种形式等)、有机质参数(如有机炭、有机氮等)、放射性同位素参数(137Cs、62a、210ex等)和物理参数(如颗粒粒径)。

核素示踪方法是近几十年来才开始使用的一门新技术，它是利用核素的稳定性、与土壤颗粒的紧密结合性、生物的低吸收性等特性加以应用的。下面对示踪法研究泥沙来源的进展略加评述。

2.2 核素示踪法研究泥沙来源

现代核素示踪方法包括稳定性稀土元素(REE)示踪法和放射性核素示踪法。REE示踪法是80年代中后期发展起来的一门新技术，国内田均良等人[16]在国内首次将REE示踪法应用于黄土区土壤侵蚀垂直分布的研究，石辉[17]利用人工模拟降雨发现，REE示踪法可以较好地示踪小流域泥沙来源，能够有效地说明小流域侵蚀产沙的时空分布规律。常用的放射性示踪核素主要 包括7Be，137Cs，210Pb和226Ra/232Th，这些核素在土壤剖面中具有独特的垂直分布特征 及分布深度，如7Be土壤表层的渗透深度一般为几毫米[18]，最大不超过二十毫米[19]，210Pbex主要分布在表层0～20cm内，且在土壤剖面中随深度呈指数形式减少，137Cs一般主要分布在表层30 ～40cm内[20,21]，而不同的地质区则具有不同的226Ra和232Th含量。因此，根据核素的分布特征可以应用单一核素或两种、三种核素复合示踪泥沙来源。70年代初，Ritchie等人[22]用137Cs法计算了Mississippi河北部三个小流域中不同土地利用类型侵蚀泥沙进入水库的泥沙量;其后，Lou ghran[23]、Walling[24]等都用137Cs法研究了小流域泥沙来源。1988年，Burch等人[25]基于7Be和137Cs在土壤剖面中不同的分布特征，提出了应用7Be和137Cs两种核素复合示踪确定和预测集水区的泥沙来源，但他没有将其定量化;Olley等[26]认为不同泥沙来源区具有不同的226Ra/232Th比值，若河流泥沙中该比值发生了变化，则说明其泥沙来源也发生了变化;He等[27]则利用210Pbex、137Cs和226Ra三种核素的数值混合模型，定量说明了Culm河泥沙的三个来源的相对贡献率;Wallbrink[28]等在Burch的基础上，将210Pbex也应用进去，以区分片蚀和沟蚀为主的两个土壤侵蚀过程及其产沙量，但这些大多限于定性地提出这些方法，而未加以实际应用;后来，Wallbrink[29]应用137Cs和210Pbex研究了Murrubidgee河中游的泥沙源地和各自的贡献率，他还根据泥沙密度及泥沙量与河道长度的关系，泥沙来源及核素含量的变化，推断河道中细粒物质的滞留时间及悬浮泥沙分离的过程;Wallbrink[30]还提出了用7Be、137Cs和210Pbex复合示踪研究不同土壤侵蚀方式(面蚀、浅细沟侵蚀、深细沟侵蚀及沟蚀)下泥沙起源的土壤剖面深度。多核素复合示踪研究泥沙来源的精度应该比单核素高，但其存在研究范围受到局限及与其他方法一样，还存在如何进行泥沙输移分选作用的校正等问题，这些问题在实际应用都值得注意和进一步研究。国内张信宝于80年代末应用137Cs法定性地研究了山西羊道沟小流域各地貌单元侵蚀强度的相对强弱，他将沟壑区137Cs对沟口坝库淤泥中137Cs的贡献率视为零，利用简单的配比公式，半定量地得到梁峁坡和沟壑区泥沙对沟口泥沙的相对贡献率[31]。其后杨明义[32]、文安邦等[33]都利用137Cs定量研究小流域泥沙来源。单一核素示踪得到的结果相对来说比较粗糙，利用多种放射性核素复合示踪研究小流域内各地貌单元的产沙量，国内还没有人进行研究过。

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。

组合指纹法确定泥沙来源的基本步骤是[34]：(1)测定可能的泥沙源地土壤中的各种地化特性，用Kruskall?wallis检验评价各单个指纹特性区分源地的能力(即计算各种 地化特性的权重)，选择源地之间呈显著差异的指纹特性;(2)应用逐步判别分析统计程序，确定源地指纹特性的最佳组合;(3)应用多元混合模型，定量计算各泥沙源地的相对贡献率。模型由一组线性方程组成，通常用最小二乘法来解(即使方程的残差平方和最小)，方程可以表示为

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