含砾石土壤坡面流速及产流产沙过程研究

 在模拟降雨条件下对5种土壤(砾石质量分数分别为0、10%、20%、30%、40%)的坡面流速及产流产沙过程进行研究,以期深入了解含砾石土壤的水土流失过程。结果表明:含砾石土壤的坡面流速和径流量大于不含砾石的土壤;在降雨初期0～10min内,含砾石土壤的产沙量随时间呈显著增加趋势,峰值出现在10 min左右,随后产沙量逐渐降低;降雨后期30～60min内,含砾石土壤的产沙量又呈增加趋势,尤其是砾石含量为30%和40%的土壤产沙量显著增加,且随时间有一定波动。试验中,5种土壤的总产沙量与砾石含量正相关,径流含沙率与产沙量则呈显著线性正相关。     

坡度对黔西北地区坡面产流产沙的影响

利用野外径流小区观测获得的径流泥沙数据与降雨资料,分析了黔西北地区坡面产流产沙随坡面坡度变化产生的变化规律。结果表明:(1)坡面产流量与产沙量随坡度的增加呈先增大后减小再增大的变化趋势。(2)坡面产流量和产沙量与大雨和暴雨存在显著性相关关系,这2类降雨条件下产流量占总产流量的71.3%~76.5%;产沙量占总产沙量的75.9%~93.8%。(3)坡面产流量与中雨强型侵蚀性降雨显著相关;坡面产沙量与高雨强型侵蚀性降雨显著相关,该类降雨条件下产沙量占总产沙量的46.6%~76.4%。(4)坡面产流产沙与降雨复合因子PI30在不同坡度条件下呈幂函数关系。     

径流冲刷条件下冻融坡面产沙时空分布

为确定冲刷条件下冻融坡面侵蚀产沙时空分布特征,利用稀土元素(REE)示踪技术,采用2个坡度(10°,15°),4个初始解冻深度(2,5,10,15cm),4个流量(4.5,6.5,8.5,10.5L/min)进行径流小区冲刷试验,分析冻融坡面侵蚀产沙时空变化规律。结果表明:相同初始解冻深度条件下土壤侵蚀产沙量随着坡度和流量的增大而增大,坡面第1坡段发生侵蚀最大,占总产沙量的68.24%,第3坡段产沙量一直趋于平稳状态;坡度相同时,侵蚀产沙量随着起始解冻深度和流量的增大而增大;冻融坡面侵蚀产沙量沿坡面方向和沿土壤深度方向逐渐降低;La元素示踪区产沙量随时间变化呈先增大后减小的趋势,其他各稀土元素示踪区产沙量随侵蚀时间变化的趋势与La元素示踪区产沙量的变化趋势基本一致。     

模拟降雨条件下含砾石土壤的坡面产流和入渗特征

模拟降雨条件下研究了含砾石土壤的入渗过程,分析了砾石含量和坡度对土壤坡面产流时间和入渗的影响。研究结果表明:含砾石土壤的坡面产流时间与砾石含量和坡度密切相关,当坡度>5°时,产流时间与砾石含量呈线性负相关。当坡度<5°时,不同砾石含量的土壤入渗能力表现出明显差异;砾石含量为20%~30%时,土壤入渗相对增加;当坡度>10°时,砾石含量对入渗能力的影响不明显。利用Kostiakov入渗经验模型可以很好地模拟含砾石土壤的降雨入渗过程,模型中的经验系数K能够反映出降雨开始1 min内坡度和砾石含量对入渗的影响。     

不同坡度坡耕地土壤氮磷的流失与迁移过程

采用人工模拟降雨试验研究不同坡度的土壤侵蚀程度,分析了土壤养分在不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)随坡面径流流失及水分入渗向下迁移的动态变化过程和机制。结果表明,在恒定降雨强度下,初始产流10min内,产流产沙量随时间迅速递增,随后缓慢增加并逐渐趋于稳定,总产流量大小为15°10°20°5°25°;10°总产沙量最大,15°和20°总产沙量相近,5°和25°总产沙量接近。不同坡度条件下总产流量和总产沙量随坡度的变化趋势均可用二次函数拟合,相关系数R2为0.65。10°~15°坡度之间存在一个对径流中养分浓度变化有显著影响的转折点。硝态氮在湿润层内的迁移过程用幂函数描述,铵态氮在湿润层内的浓度变化用三次多项式拟合,速效磷浓度在湿润层内随深度变化并不明显;硝态氮、铵态氮总流失量随坡度的变化趋势符合二次多项式变化,相关系数R2分别为0.91和0.77。20°时水溶性磷流失总量最大,为15°坡面的1.61倍。径流中初始养分浓度主要受养分在径流中溶解度的影响,在产流后期,土壤流失量对径流养分浓度的影响程度加大。     

集中水流冲刷条件下土石崩积混合物坡面产沙特征

通过室内人工放水冲刷试验,探究不同流量(2L/min,4L/min,8L/min,16L/min)和砾石含量(0%,20%,40%,60%)条件下,土石混合崩积物坡面产沙特征。结果表明:各条件下产沙过程均呈先增大后减小再趋于稳定的趋势。产沙量随着流量的增大而增大,而含沙量随流量的增大总体呈减小的趋势;在2L/min和4L/min条件下,产沙量及含沙量随着砾石含量的增大呈先减小后增大的趋势,存在临界砾石含量(20%~40%);在8L/min和16L/min条件下,产沙量及含沙量随着砾石含量的增大而增大。产沙率与含沙量的关系表明,含石量对产沙的影响存在临界含石量(20%~40%)。砾石含量和流量可以用来很好地预测土石混合崩积物的产沙率,但对含沙量的预测效果较差。流量对产沙率及含沙量的影响均大于砾石含量。     

模拟降雨条件下赣北地区弃土堆置体侵蚀产沙试验研究

以赣北红土为研究对象,在室内模拟我国南方红土地区的开发建设项目弃土堆置体,对不同雨强下,不同堆置形态堆置体的侵蚀产沙过程进行试验研究。研究结果表明:堆置形态对径流率的影响不明显,而砾石含量的增加能够延迟径流率达到稳定的时间;侵蚀速率随降雨历时变化呈现多峰型变化趋势;砾石和坡顶平台有车碾压堆置形态均能使总产沙量进一步增大,堆置形态均为散乱锥状堆置的两种类型,土石比为9∶1的堆置体的产沙量最大可达到纯土堆置体的1.92倍(2.0mm/min降雨强度);当堆置体均为纯土时,坡顶平台有车碾压堆置体的总产沙量最大可达到散乱锥状堆置体的1.50倍(1.5mm/min降雨强度)。各类型弃土堆置体的平均径流率、平均侵蚀速率均与降雨强度存在着显著的线性关系;同时总产沙量与总径流量也存在着显著的线性关系(P0.05)。     

喀斯特地区不同坡度径流小区水土流失特征分析

以毕节石桥小流域5个不同坡度裸露径流小区为研究对象,分析2012、2013年径流小区在天然降雨条件下的产流产沙情况。结果表明:在相同降雨强度条件下,坡度15°时径流小区径流深、产沙量达到最大值;坡面产流产沙量随降雨强度的增加总体呈增加趋势,特别是暴雨时产沙量显著增加;前期降雨对坡面径流有一定影响,前期降雨越多,土壤含水量越接近饱和,降雨产生的径流产沙量就越多。应根据喀斯特地区水土流失特征,合理设计小区集雨设施断面尺寸,使小区径流泥沙观测更具操作性和实用性。     

施加PAM和PG对坡地产流产沙的影响研究

在人工降雨条件下,研究吕梁地区混合施加不同量的聚丙烯酰胺(PAM)和磷石膏(PG)对坡地产流和产沙的影响,结果表明:单独施加PAM可以明显减少产流量和产沙量,施加1、2 g/m~2PAM处理分别比CK总产流量减少58.6%和21.2%,总产沙量减少41.7%和54.1%;单独施加PG对产流量影响不明显,而且产沙量会增加,施加100、200 g/m~2PG处理比CK总产沙量增加7.8%和10.3%;PAM与PG混施可提高土壤的稳定入渗率,具有比单独施加等量PAM更佳的减流效果,但产沙量会有所增加;1 g/m~2PAM和200 g/m~2PG混施具有最优的减流、减沙综合效果,相比CK总产流量减少71.2%、总产沙量减少33.2%。实践中建议采用1 g/m~2PAM和200 g/m~2PG混施以达到最佳的蓄水减沙效果。     

贵州省喀斯特地区坡面产流产沙特征

土壤侵蚀和石漠化严重影响了贵州喀斯特地区的可持续发展。为了有效防治该地区的土壤侵蚀,利用径流小区观测法,通过布设经济林地(梨树)、水保林地(香樟、柏树)、坡耕地(农作物)和裸地(对照)5种径流小区,对该地区不同地类坡面产流产沙特征进行研究。结果表明:坡度为13°的坡耕地和经济林地减流减沙效果显著,产流量分别减少了47.5%和25.8%,产沙量分别减少了78.5%和58.9%,香樟、柏树减流效果不明显,但产沙量分别减少了44.7%和79.3%;坡度为18°时,经济林地(梨树)、水保林地(香障)、水保林地(柏树)、坡耕地(农作物)4种地类的产流量减少45.8%,4.9%,3.8%,16.6%,产沙量分别减少了91.3%,81.1%,77.4%,61.6%。25°的坡耕地产沙量是对照的8.9倍,土壤侵蚀量大幅度增加。产流产沙量与降雨量(P)、最大30min雨强(I30)和坡度(s)均呈幂函数关系,产沙量与产流量呈线性关系。