TDB模拟侵蚀降雨器的研制与应用

最近研制的单喷头变雨强模拟侵蚀降雨器经过２５０余次性能检测,达到了如下技术指标：有效降雨面积２０～４０ｍ２;降雨强度与供水压力的关系为Ｉ＝１３．０１７ｐ１．４５６;降雨均为系数Ｋ≥０．８０;雨滴动能Ｅ、尺度参数α和中数直径ｄ５０％与供水压力之间的关系为Ｅ＝６．３７４ｐ０．４５９;α＝０．９１９ｐ０．２５９,ｄ５０％＝０．８５６ｐ０．２５８。辽宁省柞蚕场模拟土壤侵蚀试验证明：该设备体积小、重量轻、能耗低、安装操作方便、计算简单、性能可靠,是研究山区土壤侵蚀的理想设备     

福建省天然降雨雨滴特征的研究

该研究结果表明，在福建省，Ｂｅｓｔ的雨滴分布模型中的Ａ，Ｐ只有在Ｉ≤０．６ｍｍ／ｍｉｎ时是常数，当Ｉ＞０．６ｍｍ／ｍｉｎ时，不同地区应采用不同的Ａ，Ｐ参数，ｎ值在福建也不是常数，它随着雨强而变化，且不同地区ｎ有不同的算法，闽东南地区ｎ＝５．１９Ｉ＾０．１１，闽东南以外地区ｎ＝４．６５×０．７８＾Ｉ。中数直径可以采用Ｄ５０＝３．１２Ｉ＾０．２７计算，而雨滴动能采用Ｅ＝３４．３２Ｉ＾０．２７来描述最适     

闽西地区天然降雨雨滴特性的研究

本通过对闽西地区34份雨滴滴谱资料的分析，指出闽西地区降雨强度（I）与动能（E），雨滴大小组成（F），雨滴中数直径（D50）密切相关，F＝1－exp(-d/2.921I0.25)3.831^-0.07，雨滴动能E＝29．11I^0.24雨滴中数直径D50＝2．63I^0.25，雨型对雨滴特性各参数有影响。     

沈阳市天然降雨雨滴特征研究

采用滤纸色斑法对沈阳市天然降雨雨滴进行观测,通过计算并运用回归分析对沈阳地区天然降雨雨滴特性进行研究。结果表明:沈阳地区天然降雨雨滴的大小分布遵守Best函数分布式;雨滴中数直径及降雨动能同降雨强度关系显著,呈幂函数关系。     

陕西杨凌天然降雨雨滴特性研究

天然降雨雨滴特性是土壤侵蚀的动力因子之一,是研究降雨侵蚀力规律的基本依据。运用虹吸式雨量计记录杨凌的天然降雨过程,同时采用滤纸色斑法观测天然降雨雨滴的特征,结合图形处理软件Image-J处理雨滴直径。研究结果表明:该区天然降雨雨滴大小分布符合Best函数式;雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度呈幂函数关系,但关系式中的系数由于雨型的不同和观测范围的限制而存在一定差异。     

基于计算机绘图软件的雨滴谱测定新方法

 为寻找天然降雨和人工模拟降雨特征及设计人工降雨装置的新方法,运用计算机绘图软件与传统色斑法相结合,探索出一种新的测量雨滴直径与数据处理方法。该方法弥补了传统色斑法在观测与数据转换方面工作冗繁、精度低的缺陷,使测量下限由1mm下降到0.2mm,测量范围扩大了一个数量级,大大减少了测量工作量,并得出雨滴直径与色斑直径率定关系式。对其普适性与优越性进行了检验,结果表明:在应用新方法对降雨雨谱进行分析时,所得公式最佳。     

草本植物对雨滴动能的影响

采用自制雨滴发生器产生雨滴,选取野牛草、狗尾巴草、苜蓿草和玉米小苗4种草本植物及6种茎高进行溅蚀实验,采用色斑法计算雨滴直径,系统研究草本植物对雨滴动能的影响作用。结果表明:(1)在相同植物茎高的条件下,草本植物的叶面积越大,经其作用后雨滴改变直径也越大,两者呈现明显的正相关关系;(2)在同种草本植物的条件下,雨滴直径与植物茎高呈正相关,这一关系可以用幂函数表示;(3)草本植物的茎高和叶面积均和雨滴动能呈正相关关系。其中在相同草本植物的条件下,植物茎高和植物改变后的雨滴动能符合与植物叶面积相关的线性函数;(4)溅蚀量(S)和雨滴动能(E)呈正相关,符合与植物叶面积相关的线性函数,且线性方程的斜率随叶面积的增大而减小。     

QYJY-503C人工模拟降雨装置降雨特性试验

为了使基于人工模拟降雨装置的水土保持试验更可靠,采用人工降雨试验方法,通过研究QYJY-503C人工模拟降雨装置的降雨特性,探讨该装置在水土保持科学试验中的适用性。结果表明:1)雨滴达到终速时雨滴-色斑直径的关系为d=0.383 9D0.709;2)QYJY-503C人工模拟降雨装置有效降雨均匀度超过80%;3)在试验范围内,雨滴直径随降雨强度增大而增大,雨滴中数直径与降雨强度呈d50=0.559 5I0.280 5的幂函数关系,相同降雨强度条件下的雨滴直径较天然雨滴偏小20%~70%;4)降雨动能与降雨强度呈E=0.004 2I-0.021的线性关系,可通过控制降雨强度实现降雨动能与天然降雨的相似性;5)QYJY-503C人工模拟降雨装置性能稳定、可控性强,可适用于室内土壤侵蚀的研究。     

滤纸法新雨滴取样器的试验研究

 雨滴色斑面积叠合度是影响滤纸法测算雨滴滴谱精度的主要因素。采用人工降雨试验,建立了锥体式雨滴取样器优化数学模型,并运用正交设计优化法求得锥体坡度为45°,锥体高度为52mm;在相同试验条件下,进行了锥体式雨滴取样器与平板式雨滴取样器的对比试验,当雨滴中数直径分别为4.2mm和1.7mm时,φ150mm滤纸上的雨滴色斑面积叠合量平均可减少60.6mm2和42.0mm2,表明锥体式雨滴取样器优于平板式雨滴取样器。     

泾河南小河沟流域自然降雨特性

采用德国HSC-OTT Persivel32激光雨滴谱探测仪监测南小河沟流域自然降雨的雨滴谱,分析不同雨型自然降雨雨滴特征及其分布规律,并分析了降雨特性各要素间的相互关系。结果表明:(1)该区自然降雨雨滴直径集中在0.3~1.5mm,与黄土高原利用传统的滤纸色斑法测定结果基本一致,但略小于东北和闽南地区。当雨强I10mm/h时,雨滴中数直径随雨强的增大而增大;当I≥10mm/h时,雨滴中数直径骤然下降,这在一定程度上和雨强增大后大雨滴破裂有关。该地区雨谱随雨强的变化可用Best分布拟合。(2)普通型降雨雨滴数量随直径的分布曲线较平缓,其动能与雨强呈线性相关;而短阵型降雨的雨滴数量随直径的分布曲线较陡峭,其动能与雨强呈幂函数关系。两种雨型的降雨动能均随雨强的增大而增大,但短阵型降雨动能增大的更快,因此短阵型降雨的侵蚀力更大。     

应用平方根肥效方程确定肥料用量应注意的问题

在平方根肥效方程Ｙ＝ａ＋ｂｘ＾０．５＋ｃｘ（Ｃ＜０）基础上建立增产效应方程Ｙ＝ｂｘ＾０．５＋ｃｘ（ｃ＜０）。研究发现增产效应方程中存在Ｒｉ＝２０ω＾０．５－ω等式关系。Ｒｉ＝（Ｙ／Ｙｍａｘ）．１００，称为最增产率。ω＝（ｘ／Ｘｍ）．１００，称最大配肥率，Ｘｍ为Ｙｍａｘ时的Ｘ值。由关等式关系的存在，从而提醒我们：运用平方根方程确定施肥量时，一要注意工作曲线范围内应当包含足够的实测值，二要注意该肥效方     

黄土高原降雨雨滴动能的分布律

降雨强度、雨滴速度、雨滴动能等参量与土壤侵蚀关系密切。根据BestA．C．提出的雨滴直径分布函数，从理论上导出了符合黄土高原实际情况的雨滴动能分布密度和分布函数，它们都符合不同参数的韦伯分布。不同雨型、雨强条件下的雨滴速度和降雨总动能的理论计算值与前人的实测值吻合较好，表明韦伯分布的确可用于描述雨滴动能分布，其参数确定也是恰当的。因此可直接由降雨强度和雨型决定的雨滴动能分布经积分得出降雨总动能，而无须通过经验回归模型(通常存在地域差异)求取降雨总动能。     

滇中高原不同林龄华山松林冠层对天然降雨雨滴能量特征的影响

[目的] 探究滇中磨盘山不同林龄华山松人工林对天然降雨动力学特征的影响,为区域水土资源保护、森林结构调整等提供一定的理论参考。[方法] 基于2019年5至10月在云南省玉溪市新平县磨盘山观测的74场降雨资料,采用滤纸色斑法对华山松人工林（中龄林15 a,成熟林40 a,过熟林60 a）的林内外的降雨雨滴同时进行观测。选取其中具有代表性的11场降雨,针对不同降雨条件分析了3种林龄林分对雨滴能量特征的影响。[结果] ①华山松林林冠层对雨滴有汇集与分散作用,中龄林对雨滴分散作用更强,成熟林次之,过熟林则表现为较强的汇集作用。②林内外雨滴终点速度与雨滴直径均具极显著的正相关关系（p<0.01）,林内雨滴终点速度排序为：中龄林 > 成熟林 > 过熟林。③雨滴直径及降雨强度的增加均可增强林内外的降雨能量,且雨滴能量与二者均呈现极显著的正相关关系（p<0.01）。不同降雨条件下,降雨动能与雨滴径阶均可拟合为幂函数,林内雨滴能量排序为：中龄林 < 成熟林 < 过熟林。其中,中龄林对雨滴能量的削弱作用更为明显。④中龄林对雨滴的缓冲势能效果最好（66.67%）,占降雨总势能的52%,成熟林次之（31.58%）,过熟林最弱仅为20.64%。[结论] 随树木年龄的增长林冠减缓雨滴能量的效果减弱。因此,对于成熟林以上的华山松人工林林分,应及时进行林分采伐与更新,且注重保护林下枯落物,以减轻由林下雨滴造成的水土流失。     

雨滴粒径的测量方法及其改进研究

18世纪以来 ,人们探索出了许多观测雨滴粒径的方法 ,其中滤纸色斑法操作简便、成本低廉 ,至今仍被广泛应用 ,但传统的数据处理方式不仅工作冗繁 ,而且存在较大误差。实践表明 ,运用AutoCAD软件描绘雨滴色斑图案并计算色斑面积 ,进而运用Excel软件换算出雨滴粒径 ,可大大减少工作量并提高雨滴测量精度。推荐了一种由作者自行设计的雨滴取样器。     

沈阳地区天然降雨雨滴特征对坡面产沙量的影响

为了探究沈阳地区天然降雨雨滴特征与产沙量的关系,在天然降雨条件下,使用滤纸色斑法计算雨滴特征,利用野外径流小区（长8 m,宽1 m）采集沙样。运用相关分析法、灰色关联分析法和模糊贴近度分析法分析了降雨强度、雨滴动能、雨滴中值粒径、雨滴终点最大速度和雨滴质量与产沙量的关系。结果表明:经过相关分析和灰色关联分析,影响坡面产沙量的顺序为降雨强度 > 雨滴动能 > 雨滴中值粒径 > 最大雨滴终点速度 > 雨滴质量,模糊贴近度分析表明降雨强度对坡面产沙量的影响最大,降雨动能其次,雨滴质量影响最小。坡面产沙量分别与降雨强度、雨滴中值粒径、雨滴动能呈幂函数关系;天然降雨雨滴中值粒径与降雨强度呈幂函数关系;雨滴中值粒径和雨滴质量是雨滴动能的主要影响因子。     

棉花铃重与花铃期热量条件关系

通过３个气候年挂牌观测和资料统计分析结果表明，棉花铃重与棉铃开花－叶絮期间热量条件关系密切，铃重与花铃期不同温度水平有效积温相关系数分别为ｒ１５℃＝０．７２，ｒ２０℃＝０．７１；铃重与花铃期平均温度相关系数ｒ＝０．５３；花铃期热量条件影响铃重的关键时期为开花后５～２０ｄ。剪无效花铃界日期为日平均气温稳定通过２５℃终日后５ｄ。     

雨滴降落速度的数值模拟

通过对雨滴降落时空气阻力的拟合及修正，采用数值教育处的四阶龙格－库（Runge-Kutta)法求解了雨滴降落运行微分方程，模拟的0．5－6mm直径雨滴极限降薄速度与实测的雨滴降落速度基本一致，并分析给出了形式简单，便于应用的雨滴极限落速度分段计算公式。     

滇中高原常绿阔叶林对天然降雨雨滴动能的影响

为探究滇中高原优势群落常绿阔叶林植被对降雨雨滴动能的影响,于2016年和2017年5—9月,在天然降雨条件下运用自计雨量计和滤纸色斑法,通过定位监测磨盘山常绿阔叶林林外降雨和林内穿透雨特征及其雨滴特性,针对不同降雨条件研究了常绿阔叶林对雨滴动能等特征的影响。结果表明:林外的雨滴个数比林内降雨的雨滴个数多61.7%;随着雨量的增大,雨滴直径分布规律也呈逐渐增大的趋势;在小雨条件下,0.5mm林外降雨雨滴直径数量占总雨滴数的40.85%,而同径级雨滴林内仅占总数的12.22%,且以0.5~3.5mm的雨滴数量所占比例较大;当林外降雨雨滴直径超过4.5mm,雨滴终点速度稳定在9.34m/s;林内降雨雨滴直径超过4.1mm,雨滴终点速度稳定在7.05m/s;同一雨滴径级下,暴雨条件下的雨滴动能比小雨时的动能大98.29%,且随降雨量的增大而增大,林内累积雨滴动能的峰值达到林外降雨的20.68%。随着雨滴直径的增大,穿透雨势能、降雨总势能及林冠截留势能均呈逐渐增大的趋势,缓冲势能比穿透雨势能大46.59%,占总势能的65.18%。林冠层对小雨具有截持和增大林内降雨雨滴直径的作用,且造成林内降雨的滞后性,林冠对天然降雨的降雨速度、势能及动能起到明显的缓冲作用。     

灌漠土棉田氮磷化肥最佳用量探讨

试验结果表明：在速效磷〉７ｍｇ／ｋ的中肥力土壤上种植棉花，霜前皮棉产量与氮磷化肥用量的效应方程为：ｙ＝１０５．５５＋２２．４２５Ｎ＋３６．６６Ｐ＋０．３９ＮＰ＝０．３ｎ６２－２．２３５ｐ＾２，由此模拟出的最佳经济效益施量为：尿素６２１ｋｇ／ｈｍ＾２，重过磷酸钙１６８ｋｇ／ｈｍ＾２，Ｎ：Ｐ２Ｏ５为１：０．２７，其霜前皮棉经济合理产量为１７７０ｋｇ／ｈｍ＾２。     

雨滴直径对表土结构和入渗特征的影响

为探究雨滴击溅对表层土壤结构和入渗特征的影响,揭示土壤微结构与入渗间的深层关联,以黄土高原土为对象,采用模拟降雨、同步辐射CT扫描和入渗试验,系统地分析了不同雨滴击溅作用下土壤结构变化与入渗速率间的关系。结果表明:(1)击溅土壤结构发生变化,团聚体数量和三维分形维数显著增加,孔隙体积和大孔隙率显著减小。雨滴直径越大,击溅后的团聚体破碎程度越强,孔隙堵塞率最高达46.40%。(2)雨滴击溅下,破碎的团聚体堵塞孔隙,在土壤表层形成致密低渗的结皮层,结皮强度随雨滴直径和击溅次数的增加逐渐增加。(3)土壤入渗速率随雨滴直径和击溅次数的增加逐渐减小,经过3次雨滴击溅后减渗效应最高可达91.81%。(4)土壤稳渗速率与雨滴直径和土壤结构特征参数呈显著指数关系变化。研究表明,雨滴直径显著影响表层土壤结构和入渗特征,雨滴直径越大,土壤结构越分散,土壤入渗能力越低。