降雨类型对北方土石山区坡面土壤侵蚀的影响

该文基于北京市房山区蒲洼径流小区2013-2015年观测的105场自然降雨,采用实测水文数据与WEPP模型模拟降雨侵蚀过程相结合的方法,对比了北方土石山区不同雨型下的坡面土壤侵蚀差异。结果表明:1)自然降雨中,单场降雨的侵蚀能力表现为B型雨(低频率、短历时、中雨量、大雨强)A型雨(中频率、长历时、大雨量、中雨强)C型雨(高频率、中历时、小雨量、小雨强),其中,侵蚀性降雨中A型雨降雨频率最高、对研究区土壤侵蚀的累计贡献率最大;而C型雨几乎不会引发土壤侵蚀。2)诱发北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀的临界雨量为8 mm、临界雨强为9.5 mm/h。3)利用WEPP模型通过设置最大30 min雨强I30出现的不同时间将3类雨型进一步划分为4个子雨型,结果表明同一雨强出现的降雨时序差异会影响土壤侵蚀的发生程度,且子雨型下土壤侵蚀量整体表现为递增型峰值型递减型均值型,其中A型雨4个子雨型下侵蚀量差异最显著。研究结果可为北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀预报模型的建立及土壤侵蚀防治提供参考依据。     

红壤区裸露坡地不同类型次降雨的产流产沙规律

为探究红壤区裸露坡地在不同类型次降雨下的产流产沙规律,研究收集长汀县水土保持科教园红壤裸露坡地径流小区2013年1月至2020年12月共388场降雨—径流—土壤侵蚀观测资料,采用K-means将降雨划分为4类进行分析。结果表明:(1)主要降雨类型有A(短历时、大雨强、小雨量、低频次)、B(长历时、小雨强、大雨量、中频次)、C(中等历时、小雨强、小雨量、高频次)3类,B、C为研究区主要产流产沙来源,贡献85%以上的径流和土壤侵蚀量。(2)次降雨径流深及土壤侵蚀量与降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和降雨动能(E)呈线性正相关,与降雨侵蚀力(EI₃₀)呈幂函数关系。但降雨特征对产流产沙的总解释度小于65%,且随着降雨历时的增加而减小。(3)降雨特征与产流产沙存在3种约束关系,其约束线表明降雨特征对次降雨潜在最大产流产沙的影响。其中,潜在最大径流深主要由P和E决定,潜在最大土壤侵蚀量的上限为800~900 t/hm²。从降雨特征单因子影响、综合影响和约束效应3个方面分析了红壤裸露坡地的产流产沙特征,为红壤区水土流失防治提供了数据基础。     

江西省生产建设项目弃土弃渣土壤侵蚀定量研究

[目的]对江西省生产建设项目弃土弃渣土壤侵蚀状况进行研究,为定量研究该区自然降雨条件下弃土弃渣土壤侵蚀规律和生产建设项目土壤侵蚀预测提供科学依据。[方法]采用基于K均值分类法,将研究区降雨划分为A(极大雨量、较长降雨历时、中雨强、低频次)、B(中雨量、中等降雨历时、小雨强、高频次)、C(大雨量、长降雨历时、大雨强、低频次)、D(中雨量、短降雨历时、极大雨强、高频次)4种类型,并依托江西省德安县国家水土保持生态科技园内的8种弃土弃渣径流试验小区,开展弃土弃渣土壤侵蚀定量研究。[结果]通过1 a内43场侵蚀降雨小区观测,结果表明:①A,D雨型是导致弃土弃渣产流输沙的主要类型,B雨型影响最小,C雨型则介于A,D雨型之间。②红砂岩红壤(HSY),第四纪红黏土(SJHT),紫色土(ZSYY),煤矸石(MGS),房渣土(FZT),其产流输沙间呈显著相关性;稀土尾矿(XYWK),花岗岩红壤(HGY),电厂灰渣(DCHZ),则不具有显著的水沙关系;③不同弃土弃渣次降雨产沙量以大雨量以上雨型占比最高,均60%以上,最高达97%以上。[结论]建议生产实践中预测或监测裸露弃土弃渣时,宜根据实际需求选取不同类型降雨开展,最主要预测或观测50 mm以上大雨量侵蚀量,以提高预测准确度,大幅减少监测成本,提高监测效率。     

晋北黄土区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响

以设在山西省阳高县的大型径流观测场为依托,以2006-2010年的野外实测数据为依据,研究晋北黄土区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响。结果表明,晋北黄土区降雨具有明显的季风性降雨特点,7,8月雨量大,雨强也大。5-9月年均降雨量为223.80mm,侵蚀性降雨量为84.64mm,7,8月52.7%的降雨产生的侵蚀量占年侵蚀量的77.4%;大雨(25.0mm≤R24<50.0mm)的平均次降雨侵蚀量是中雨(10.0mm≤R24<25.0mm)的2.9倍,总侵蚀量则为中雨的0.5倍,32.2%场次的中雨和大雨产生的侵蚀量占总侵蚀量的72.3%;次降雨量与最大10min雨强的乘积(HI10)和次降雨产沙量呈线性相关,可以用HI10计算降雨侵蚀力;侵蚀性降雨标准为雨量8.47mm或I10为14.24mm/h。防治晋北黄土坡地水土流失的关键期在7,8月份,其关键是防治大雨侵蚀,中雨的危害也不容低估。     

赣北红壤坡地土壤流失方程关键因子的确定

土壤流失方程是开展水土流失监测,指导水土流失防治的重要技术工具。针对红壤坡地土壤流失方程因子算法和取值研究薄弱的问题,基于野外径流小区观测资料,采用80%经验频率法确定了赣北红壤区侵蚀性降雨标准为降雨量10.0 mm、平均雨强1.3 mm/h、最大30 min雨强5.0 mm/h,区内次降雨侵蚀力采用总动能和最大30 min雨强乘积计算最佳。通过建立基于年降雨量的逐年侵蚀力简易算式,测算土壤可蚀性因子以及6种生物措施因子、5种工程措施因子取值,选定适宜的地形因子算式,构建了赣北红壤坡地土壤流失方程体系。经检验,模型能良好预报赣北红壤坡地多年平均土壤侵蚀强度;年际尺度预报的精度整体较高,但对于降雨较多年平均水平浮动较大或地表出现沟蚀等侵蚀类型时,预报精度将有所降低。有关因子的确定可为土壤流失方程在南方红壤坡地水土流失监测和水土保持规划中的应用提供技术支撑。     

侵蚀性雨型分类及不同植被类型对棕壤坡面土壤侵蚀的影响

为探讨不同雨型下的植物措施对棕壤坡面土壤侵蚀特征的影响,利用k-均值聚类方法将2018—2019年山东省泰安市下港坡面径流场16次侵蚀性降雨进行分类,结合径流场产流、产沙等监测数据,分析了不同雨型对4种植被措施下坡面土壤侵蚀的影响。结果表明：(1)以降雨历时、降雨量和平均雨强为特征指标,侵蚀性降雨可分为A类(长历时、大雨量、大雨强)、B类(中历时、中雨量、中雨强)和C类(短历时、小雨量、小雨强)3种雨型。(2)与种植玉米相比,A、B雨型下,减流量均呈现板栗花生间作>苹果树>李子树的趋势。在土壤流失量方面：A雨型下,与李子树相比,减沙量呈现板栗花生间作>苹果树>玉米的趋势;B雨型下,与玉米相比,板栗花生间作的减沙率为84.2%,李子树的减沙率为31.2%,苹果树的减沙率为85.1%;C雨型下,减沙量呈现苹果树>李子树>板栗花生间作的趋势。(3)种植玉米的坡耕地土壤侵蚀情况最为严重,平均每年的土壤流失量为18.04 t/hm²;与之相比,板栗花生间作可降低79.57%的土壤侵蚀率,苹果树和李子树可分别降低73.36%,18.55%的...     

不同植被下降雨类型对红壤坡地土壤侵蚀特征的影响

根据武汉市蔡甸区西湖流域径流小区记录的146场次降雨资料,研究了植被类型和降雨类型对红壤坡面产流量与土壤侵蚀量的影响。基于K均值分类,将当地降雨划分为A型降雨（中雨量、弱雨强、长历时和高频次）、B型降雨（极大雨量、极强雨强、短历时和低频次）、C型降雨（大雨量,强雨强、中等历时和低频次）和D型降雨（小雨量,弱雨强、短历时和高频次）四种雨型。发现裸地与果林地的产流输沙量大,水沙关系稳定,水土保持能力在各类侵蚀性降雨下均较弱,A雨型和C雨型是导致此类坡面土壤侵蚀的主要雨型。阔叶林、针叶林、牧草地和草坪地坡面的产流输沙量小,水沙关系不稳定,植被的水土保持能力总体较强,但是在B雨型下偏弱,B雨型和C雨型是导致此类坡面土壤侵蚀的主要雨型。     

丹江口库区不同降雨类型下典型植被措施的水土保持效应

为了进一步研究丹江口库区不同降雨类型下植被措施控制土壤侵蚀的效果,以丹江口库区典型生态修复小流域为研究对象,采用坡面径流小区观测法,基于长期野外原位监测的降雨和径流泥沙数据,以裸地为对照,研究不同降雨类型下典型植被恢复措施[柏树林(Cupressus funebris, CF)、枇杷林(Eriobotrya japonica, EJ)和紫花苜蓿草地(Medicago sativa, MS)]对坡面产流产沙和土壤侵蚀的影响,分析植被措施的水土保持效应对降雨类型的响应特征。结果表明：(1)中历时、中雨量、小雨强降雨(雨型Ⅲ)是研究区常见的降雨类型,短历时、小雨量、大雨强降雨(雨型Ⅰ)和长历时、大雨量、中雨强降雨(雨型Ⅱ)发生的频率相对较低,但雨型Ⅰ所导致的土壤侵蚀最为严重,占总侵蚀量的46.79%以上,降雨量和最大30 min雨强(I₃₀)是控制该区域土壤侵蚀的关键降雨因子。(2)植被措施均具有显著的水土保持效应,减流减沙效益依次为紫花苜蓿草地>柏树林>枇杷林。相比于裸地,紫花苜蓿草地径流系数减少54.07%,含沙量减少50.80%,土壤侵蚀量减少65.4...     

红壤坡地侵蚀性降雨及降雨动能分析

侵蚀性降雨标准的确定、降雨动能的科学测算以及侵蚀性降雨和降雨动能特征的分析,是开展降雨侵蚀力研究和土壤侵蚀预测预报的基础,而目前针对红壤坡地的系统研究还较为鲜见.通过气象观测站与标准径流小区连续5 a的实测资料,采用80%经验频率法确定了江西红壤坡地侵蚀性降雨标准,其中雨量标准为9.97 mm,雨强标准为0.756 mm/h;在此基础上计算了侵蚀性降雨和侵蚀性降雨动能,并分析了侵蚀性降雨及其动能的时间变异规律.结果表明:侵蚀性降雨场次不多,仅占总降雨场次的25.85%,但雨量大强度高;侵蚀性降雨及其动能时间分配不均,主要集中在4-9月,分别占全年的74.51%和75.37%.最后建立了降雨动能简易估算方法,这对探讨江西红壤坡地降雨侵蚀力和土壤侵蚀预报模型具有积极的意义.     

侵蚀性降雨标准研究

建立侵蚀性降雨标准,是为了区分发生和不发生侵蚀和降雨事件,从而大大减少计算降雨侵蚀力的工作量,并提高土壤侵蚀预报精度。利用陕西团山沟小流域及所在3个小区1961－1969年的降雨过程资料,以漏选和多选降雨事件的降雨侵蚀力相等为原则,分别建立了黄土高原坡面侵蚀的侵蚀性降雨雨量标准12mm,平均雨强标准0.04mm/min,最大30min雨强标准0.25mm/min。其中时段雨强标准筛选精度最高,可剔除88％以上的降雨事件,只有5.3％的错选度。其次是平均雨强标准,雨量标准筛选精度最差。漏选降雨侵蚀力之和与多选降雨侵蚀力之和相抵为原则建立的侵蚀性降雨标准,对于计算降雨侵蚀力,提高土壤侵蚀预报精度,具有重要意义。     

长期野外监测红壤裸露坡地侵蚀性降雨分布及产沙分析

侵蚀性降雨及其侵蚀泥沙分布特征研究是掌握土壤侵蚀规律的基础,同时也可为水土保持综合治理提供理论依据。研究选择红壤裸地坡面径流小区为研究对象,利用实际观测法收集到2001-2016年的565次长序列侵蚀性降雨及其径流泥沙资料,运用数理统计方法分析侵蚀性降雨及其泥沙的发生频率和强度的分布特征,在此基础上分析降雨类型对侵蚀产沙的影响。研究结果表明,研究区侵蚀性降雨量占总降雨量的87.82%,主要分布在降雨量为25 mm以上和降雨强度5mm/h以下的降雨事件。次降雨侵蚀强度小于100t/km~2的侵蚀次数占总次数的76.81%,而其侵蚀总量只占总量的7.28%;侵蚀强度大于500t/km~2的降雨侵蚀次数只占总次数的6.36%,但其侵蚀泥沙量可占总量的60.96%,次降雨侵蚀产沙量分布极为不均。降雨量25～100mm且平均雨强小于20mm/h的降雨类型造成研究区土壤侵蚀量最大。次降雨量100 mm和降雨强度20 mm/h可作为红壤裸露坡地水土流失防御的设计暴雨特征值。研究结果有助于揭示红壤坡地次降雨侵蚀规律和水土保持措施布设。     

雨型和甘蔗种植对赤红壤坡面土壤侵蚀特征的影响

为探究南方高强度、高频次降雨下甘蔗种植对赤红壤坡面土壤侵蚀的影响,基于径流小区原位观测试验,分析不同种植方式下(顺坡和横坡)蔗地和裸坡坡面径流和侵蚀泥沙特征,探讨甘蔗种植方式对坡面侵蚀产沙的影响,获得影响赤红壤坡面侵蚀的主要雨型。结果表明:(1)坡面径流量和侵蚀量均表现为裸坡>顺坡蔗地>横坡蔗地,裸坡坡面径流量和侵蚀量是顺坡蔗地和横坡蔗地的1.7~5.3倍;顺坡蔗地坡面径流量和侵蚀量是横坡蔗地的1.9,2.3倍。(2)次降雨条件下,裸坡坡面径流量与侵蚀量均整体高于蔗地处理,而顺坡蔗地整体上大于横坡蔗地,但二者差异随甘蔗生长逐渐缩小。(3)A型雨(中历时、小雨强、小雨量)发生频次最高,但B型雨(短历时、大雨强、中雨量)是引起裸坡和顺坡蔗地坡面产流产沙的主要雨型,径流量和侵蚀量分别占总量的49.9%,57.6%和62.3%,64.2%;D型雨(长历时、极大雨强、极大雨量)是造成横坡蔗地坡面水土流失严重的主要雨型,由其产生的坡面径流量和侵蚀量分别占总量的49.5%和72.2%。研究结果可为明晰南方赤红壤区蔗地土壤侵蚀特征及防治提供理论依据。     

南方红壤区植被结构类型与降雨模式对林下水土流失的影响

植被和降雨是水土流失的关键因素,探究二者对水土流失的影响对开展水土保持具有重要意义。该研究基于鹰潭红壤生态试验站5种植被结构类型的径流小区2016-2018年93次降雨、径流、泥沙观测资料以及各小区植被结构参数,利用自组织映射(self-organizing maps,SOM)方法,根据雨量、历时、60 min最大雨强、平均雨强、降雨集中性等特征指标划分降雨模式,研究了不同降雨模式和植被结构类型的水土流失特征,并采用冗余分析(RDA)定量研究降雨与植被对林下水土流失的影响。结果表明,SOM方法能客观识别红壤区4种典型侵蚀降雨模式,R_Ⅲ模式(短历时、大雨强、雨量集中)是造成水土流失的主要降雨模式,R_Ⅳ模式(多雨量、大雨强、长历时)最具侵蚀性破坏力;植被结构类型显著影响水土流失,水土保持功能从大到小依次为:灌草混交林、草地、低灌林、乔木林、高灌林。RDA分析表明,降雨模式与植被结构类型能够改变降雨、植被对水土流失的影响,随着降雨模式由弱到强转变,植被的水土保持功能逐渐减小,降雨影响增强,水土流失由植被主控演变为平衡控制、降雨主控;随着植被结构类型由近地表植被向灌木、乔木的变化,植被的调节能力减小,降雨影响增强。     

典型泥石流小流域降雨和土地利用对坡面侵蚀的影响

[目的]揭示泥石流小流域降雨和土地利用对流域内坡面侵蚀的影响和作用,为泥石流的生态治理提供科学依据。[方法]以白龙江流域一级支沟——甘家沟泥石流小流域为研究区,基于该流域已建的5个径流小区(裸地、坡耕地、草地、土坎梯田、经济林地)连续5年的观测资料,利用K-均值聚类法,选择降雨量(P)、降雨历时(D)和最大30 min降雨强度(I₃₀)3个降雨指标,将该流域46次侵蚀性降雨事件划分为3类雨型(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型),以平均径流系数和平均土壤流失量为主要指标,定量化分析了不同降雨雨型和土地利用类型对坡面产流产沙的影响和作用。[结果]径流和土壤流失对降雨的响应存在差异,平均径流系数为Ⅰ型降雨最高,其次为Ⅲ型和Ⅱ型降雨;土壤流失量为Ⅱ型降雨>Ⅰ型降雨>Ⅲ型降雨。最大30 min降雨强度与5种土地利用类型的径流系数和土壤流失量的正相关性最高,其次为降雨量、降雨历时。5种土地利用类型的平均径流系数为裸地>经济林地>坡耕地>草地>土坎梯田,土壤流失量为裸地>坡耕地>经济林地>草地>土坎梯田。降雨和土地利用相互作用下,径流...     

密云水库上游流域次降雨坡面产流产沙特征

以北京市密云县石匣小流域为研究区,利用2006-2010年连续5 a的坡面径流试验小区观测资料,运用统计方法,分析了密云水库上游流域的降雨、产流产沙特征以及在不同土地利用和不同坡度条件下,降雨量、降雨强度与产流、产沙之间的关系。结果表明:1)该研究区域水土保持治理措施实施的关键时间为每年的7、8月份,当降雨量大于10 mm时,应注意采取水土保持措施;2)在裸地、耕地和林地条件下,高雨量、中雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型,在草地条件下,中雨量、高雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型;3)中雨量高雨强型降雨条件下,林地的减流效益最好,低雨量低雨强型降雨和高雨量中雨强型降雨条件下,耕地的减流效益相对较低,草地和林地的减流效益差异不大;在3种不同雨型条件下,耕地、草地和林地的减沙效益差别不大;4)裸地条件下,降雨量与产流量间的关系更为密切,尤其在14.4°坡面下相关性最高;耕地条件下,产流量与降雨量的相关性较好,产沙量则与降雨强度的相关性较好,11.4°的坡面产流量、产沙量与降雨因子间的相关系数最高;草地条件下,降雨强度与产流量间的关系较为密切;林地条件下,产流量、产沙量与降雨因子间的相关性均不显著。研究结果可为密云水库上游水土保持措施及农业面源污染管理措施的科学实施提供依据。     

湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。