降雨强度对黄土区不同土地利用类型入渗影响的试验研究

降水入渗规律的研究可为流域水文过程的预测和评价提供重要的科学依据。通过野外人工模拟降雨的试验方法,研究了短历时暴雨条件下,不同降雨强度对林灌地、封禁草灌地以及裸露农地3种不同土地利用类型下土壤入渗的影响。试验结果表明:不同土地利用类型之间,林灌地和封禁草灌地的土壤入渗速率差异不明显,而与裸露农地之间的差异显著,且前者具有较大的入渗速率,后者入渗速率较小;在不同降雨强度下,林灌地和封禁草灌地的土壤水分入渗速率有随雨强增大而增大的趋势,对于坡耕裸地,随着雨强的增大,土壤水分入渗速率有降低的趋势;通过对试验数据的回归分析,建立了林灌地和封禁草灌地在短历时暴雨条件下的土壤水分入渗经验模型。     

坡地雨水资源潜力分析及径流侵蚀的动态变化

通过人工模拟降雨,对宁南山区坡地改造后不同坡度的自然坡面进行试验研究。结果表明:相同降雨量下,降雨强度与土壤贮水量补充呈反比,入渗深度随坡度增大减小。比较人工降雨和双环法对稳渗速率的影响,人工降雨测定的土壤稳渗速率小于双环法测定的稳渗速率,双环法所测定的土壤稳渗速率与人工降雨法测定的土壤稳渗速率之间呈线性函数关系。对水平沟水分补充随坡度和雨强增大而增大,大雨对水平沟水分补充有重要意义。产沙动态分析,雨强较大时,随时间推移,单位体积泥沙含量递减,在较小雨强下,随时间推移,单位体积泥沙含量呈递增趋势。雨强和土壤侵蚀模数的关系符合幂函数方程:Q=0.017I2.5442     

坡耕地土壤水分入渗测试方法对比研究

用注水(双环)法和人工降雨法对陕西省淳化县泥河沟流域和安塞县纸坊沟流域坡耕地土壤水分入渗性能进行了研究。结果表明,用注水法试验所得土壤稳渗速率大于人工降雨法所得土壤稳渗速率,注水法仅能反映土壤本身的入渗特性,人工降雨法可以较好的模拟天然降雨入渗特性,2种方法所测定的土壤稳渗速率之间呈线性函数关系。     

坡度、雨强对塿土入渗特征的影响研究

利用室内人工降雨试验研究降雨强度和坡度对塿土水分入渗状况的影响及其作用机理,并用数学方法对土壤入渗率与累积入渗量随时间变化过程进行数学模拟。试验结果表明:雨强对降雨入渗率及累积入渗量有显著影响。雨强在20~90 mm h-1之间,雨强越大,塿土初始入渗率越高,达到稳定的时间越短,土壤的稳定入渗率由于主要受制于土壤特性,因而各降雨强度间差异不显著;累积入渗量变化表现为随降雨强度增大而减少;坡度对土壤入渗率及累积入渗量基本无影响。运用数学模型对土壤入渗率及累积入渗量的变化过程进行模拟,结果表明,Kostiakov经验模型与自回归移动平均模型(ARIMA)两种模型均可用于模拟土壤入渗性能的变化过程,拟合精度均较高。     

土壤初始含水率对坡面降雨入渗及土壤水分再分布的影响

在防止土壤侵蚀和雨后抑制蒸发的条件下，利用室内人工降雨试验，研究了土壤初始含水率对坡面降雨入渗、湿润锋运移及土壤水分再分布规律的影响。结果表明：初始含水率越高，产流越快，平均入渗率越小，达到稳定入渗率的时间也越短；当初始含水率均匀分布时，降雨入渗和再分布过程中湿润锋面平行坡面垂直向下整体运移，坡面降雨入渗过程可以简化为一维；当初始含水率非均匀分布时，初始含水率越高，再分布过程中湿润锋的运移速率越大，但在降雨入渗过程中，湿润锋的运移速率与土体的湿润程度和范围有一定的关系；坡面上方来水(径流)虽然对湿润锋运移速率影响不大，但对入渗有一定的促进作用；再分布过程中，土壤水分有沿坡向下运移的趋势。     

土壤结皮对降雨入渗和产流产沙的影响

 依据250场次人工降雨和相应的径流、泥沙资料,采用对比法,分析结皮与无结皮土壤对降雨入渗和产流产沙的影响。结果表明,非结皮土壤的平均入渗率是结皮土壤的1.25倍,平均产沙总量为1.28倍,而结皮土壤的平均产流总量是非结皮土壤的1.15倍。因此,土壤结皮具有减缓降雨入渗、增大地表径流和抑制产沙的作用,且雨强愈小影响作用愈大,雨强愈大,影响作用愈小。     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面(草地、刈割草地、翻耕草地、灌木地、刈割灌木地、翻耕灌木地)小区,分析了30场人工模拟降雨试验的入渗资料,结果表明,植被覆盖地平均入渗率是刈割地的1.2倍,是翻耕地的2.0倍;在地表坡度7°,草灌地土壤容重分别为1.27和0.99 g/cm3条件下,坡面平均入渗率与降雨强度具有极显著的抛物线函数关系.草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木地雨强分别达到1.62,2.21,2.49和1.71 mm/mim时,平均入渗率具有最大值,分别为1. 17,0.97,1.67和1.51 mm/min;但翻耕草地、翻耕灌木地与此相反,雨强分别达到1.36和1.68 mm/min时,平均入渗率具有最小值,分别为0.379和0.382 mm/min;Horton入渗公式能较好地模拟不同土地利用方式下降雨的入渗过程.     

紫色土不同土地利用方式下降雨入渗试验研究

降雨人渗是坡面水文过程的重要环节.运用Norton型下喷式人工模拟降雨机,通过原位布置试验径流小区进行人工模拟降雨试验,探讨紫色土林地、草地和耕地的降雨人渗特征.结果表明,紫色土不同土地利用方式下降雨人渗过程差异显著.原状林地和原状草地的降雨入渗率随时间变化缓慢,耕地、处理林地和处理草地的降雨入渗率随时间变化剧烈.稳定入渗率在不同降雨强度下均呈现为原状林地>原状草地>耕地>处理草地>处理林地.对比不同土地利用方式下的入渗率差异并分析其原因,认为在土壤初始含水条件基本一致的情况下,影响紫色土原状林地和原状草地降雨入渗的主导因素是降雨强度和植被的水文功能.影响紫色土耕地、处理林地和处理草地降雨入渗的主导因素是降雨强度和土壤理化性质.     

雨强和土地利用方式对黄土丘陵区水土流失的影响

为了更好掌握黄土丘陵区雨强和土地利用方式对水土流失的影响规律和机理,利用人工降雨模拟器,设计了5种雨强和4种土地利用方式的区组试验,对水土流失进行了定量研究。结果表明：雨强对不同土地利用方式的产流产沙都呈极显著的正效应,4种土地利用方式的地表平均产流产沙与雨强均呈幂函数显著增长趋势;5种雨强的平均地表产流量为林地＞休闲耕地＞栽培草地＞草地,平均产沙量分别为休闲耕地＞栽培草地＞草地＞林地,产流与产沙没有呈现完全的对应关系。如果没有林冠层、灌木层和枯枝落叶层对降雨的截留、阻滞和消弱,林地产流量高于其他土地利用方式,但具有良好的保土效果,而草地具有良好的保水和保土效果。     

喀斯特地区块石出露坡面入渗特征

为探明喀斯特地区不同块石出露坡面土壤入渗对降雨的响应特征,通过野外人工模拟降雨试验,研究喀斯特坡面4种块石出露条件和5种雨强对入渗的影响。结果表明:(1)在雨强一定的情况下,除在雨强为30 mm/h时块石裸露率的大小对坡面入渗无明显影响,在其余较大雨强下,块石裸露率为5.4%对入渗影响较小,块石裸露率为13.1%抑制入渗,块石裸露率为42.9%促进入渗,在降雨前期,块石的存在对入渗均有促进作用。(2)在块石裸露率及降雨量一定的情况下,随着雨强的增大,坡面的入渗量呈明显下降趋势,而平均入渗速率整体呈现先增大后减小随后又增大的趋势;在降雨前期,随着雨强的增加,入渗量呈先减少后增加的波动性变化,前期入渗率随着雨强的增大而增加,拐点均出现在雨强为90 mm/h。(3)在对入渗过程进行模拟后发现,方正三公式在有块石出露坡面上的的拟合效果比Kostiakov公式的拟合效果更好。     

哈尼梯田水源区不同景观类型土壤水分的入渗特性及影响因子

[目的]揭示不同景观类型土壤水分入渗特性及影响因子的差异,为红河哈尼梯田世界遗产的保护及持续发展提供参考。[方法]选择草地、林地、旱地和茶园等景观类型的7个样地,用Hood IL-2700土壤水分入渗仪测定样地土壤水分入渗参数,并分析枯落物持水性能和土壤物理性质因子对土壤水分的影响。[结果]在人为影响程度不同的森林和草地生态系统内部,土壤水分入渗能力表现为:原始林次生林人工林,荒草地蕨草地。在研究区的4种景观类型水平上,土壤水分入渗能力表现为:园地(翻耕)草地森林耕地(未翻耕),说明人为活动对土壤水分入渗效率影响显著。不同景观类型的土壤水分入渗特征值与影响因素的相关分析显示,除园地外的其他景观类型土壤水分入渗值与土壤枯落物特征、土壤物理性质中的多个指标具相关性。[结论]人为活动影响下的4种景观类型的土壤入渗能力差异明显,枯落物特性和土壤物理性质是关键因素。     

岔巴沟流域汛期径流模拟及地表产流特征分析

气候变化是影响流域水文循环过程的重要驱动因素,近年来,气候变化导致极端降雨—径流事件的频繁发生对人类社会经济发展构成了严重的威胁。因此,迫切需要开展流域水文模拟和产流特征分析。土壤和水评估工具(SWAT)是一种具有物理机制的分布式水文模型,已被广泛用于评价变化环境下的水文过程。以黄土高原岔巴沟流域为研究区,通过利用与黄土高原地区产流模式更为接近的Green-Ampt下渗法驱动SWAT模型模拟了岔巴沟流域日尺度的水文过程,并以水文响应单元为分析对象,结合4个降雨—径流事件的地表产流量和地表径流系数分析了降雨强度和前期土壤含水量对不同土地覆被产流特征的影响。结果表明：(1)基于Green-Ampt下渗法驱动的SWAT模型率定期和验证期E_NS为0.76,0.74,R²为0.78,0.75,模型能够较好地模拟日尺度流域水文过程;(2)流域不同土地覆被下地表径流系数随最大雨强的增加呈显著上升趋势,且最大降雨强度大于16 mm/h后地表径流系数显著增加,当土地覆被为耕地时降雨转化为地表径流的比例最大,其次为草地和林地;(3)前期土壤含水量的大小可以揭示大...     

晋西黄土区退耕还林后土壤入渗特征及土壤质量评价

为研究晋西黄土区退耕还林后不同植被覆盖下土壤的入渗特征及土壤质量评价,采用野外双环入渗法测定土壤的入渗特征,并测定不同地类土壤的容重、孔隙度、有机质、全氮等指标,使用相关性分析研究不同类型植被覆盖下土壤的入渗性能及其与土壤理化性质的相关关系,并将各地类的土壤理化性质进行主成分分析。结果表明:(1)植被类型对于土壤渗透速率影响较大,表现为天然次生林刺槐×油松混交林刺槐纯林油松纯林灌木林地苹果园地荒草地农田(玉米地)。(2)退耕还林后,不同植被类型的土壤理化性质差异显著(P0.05),随着森林逐渐恢复,土壤容重下降,孔隙度及有机质等含量增加,土壤理化性质得以改善,入渗性能也有明显提高。土壤入渗特征与总孔隙度、非毛管孔隙度、有机质和全氮含量呈极显著正相关(P0.01),与容重呈极显著负相关(P0.01),与速效磷呈显著负相关(P0.05)。(3)综合土壤入渗性能和土壤理化性质作为土壤评价指标,晋西黄土区退耕还林后不同植被类型土壤质量从高到低依次为次生林刺槐×油松混交林刺槐纯林油松纯林灌木林地苹果园地荒草地农田。     

红壤坡地生态系统土壤入渗特征比较研究

以亚热带红壤区6个典型坡地生态系统为研究对象,采用盘式负压入渗法,系统研究了红壤的入渗过程、特征及其与土壤主要理化性质的关系.选择的生态系统包括:农田(包括缓坡农田和陡坡农田各一块)、草地、灌丛、茶园、常绿落叶阔叶混交林、油茶林等.结果表明:各生态系统土壤入渗率随时间的变化均可拟合为幂函数形式.不同生态系统稳定入渗率变化范围为0.024～0.080 mm/min,其中农田和油茶林的稳定入渗率较大,草地和茶园的最小.稳定入渗率与土壤容重及初始含水量呈显著负相关,而与孔隙度呈正相关.入渗过程主要受孔隙度和黏粒含量的影响.土壤有效孔径和宏观毛管长的变化范围分别为0.064～0.179 mm和41.5～128.2 mm,但统计显示其与土壤主要理化性质之间的相关性均不显著.     

延河流域不同植被带土地利用方式的土壤水分分析评价

以延河流域不同植被带上的三个小流域为研究对象,引用土壤湿度综合指数作为土壤水分评价指标,结合不同植被带土地利用分布特征与相应土壤含水量对延河流域土壤水分进行评价分析,为该区域不同植被带水土资源的合理利用提供科学依据。结果表明:三个植被带均处于极干旱状态,土壤湿度森林草原带 > 森林带 > 草原带;其中森林带以林地为主,森林草原带以林地和草地共同起主导作用,草原带以草地为主;不同植被带土壤含水量差异显著,森林带最高,其次为森林草原带,草原带最低;对不同植被带土壤水分的剖面变化分析表明,0—200 cm土层中土壤含水量随着深度增加呈现增长趋势。4种土地利用方式中,耕地的土壤含水量显著高于其他三种土地利用方式,这主要是与耕地坡度较小和修建梯田有关,同时还与农作物的耗水量相对较小有关。林地和草地土壤含水量无显著差异,灌木地土壤含水量最小。     

莲花湖库区水源涵养林林地产流产沙分析

对莲花湖库区主要植被类型红松林、兴安落叶松林、杂木林和荒草地土壤物理性状及渗透性能进行了研究，结果表明，各林型土壤最大蓄水量依次为落叶松林〉杂木林〉红松林〉荒草地；土壤非毛管蓄水量依次为落叶松林〉红松林〉杂木林〉荒草地。林地土壤初渗速率和稳渗速率均显著高于荒草地。以坡面径流观测场为观测手段，分析了4个径流小区产流产沙与降雨因子的相关关系，结果表明，场降雨产流量和产沙量与降雨量和雨强均呈良好的相关关系。林地与荒草地的降雨产流产沙差异显著，说明林地具有较好的保持水土功能。     

降雨对不同土地利用类型土壤水氮变化特征的影响

以2018年6—10月降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的标准径流小区为研究对象,裸地为对照,通过研究降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间的变化特征,经野外试验数据统计分析,提出降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间变化特征的影响。结果表明:降雨增加园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率,加速土壤总氮、硝态氮和铵态氮水解转化硝化和反硝化速度,影响土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量,降雨与土壤含水率、总氮、硝态氮、铵态氮呈显著相关性(P0.05)。降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率随土层深度增大而增大,土层深度100 cm处土壤含水率最大,分别为30.34%,27.67%,24.98%,24.03%和21.95%,总氮随土层深度增大呈先增大后减小,在土层深度为60 cm土壤总氮含量最大,分别为1.02,0.99,0.90,0.86,0.75 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随土层深度增大而减小,在土层深度为100 cm硝态氮和铵态氮含量均最小,其中硝态氮含量分别为9.01,7.89,7.25,6.10,5.22 mg/kg,铵态氮含量分别为9.41,9.14,6.40,5.38,4.37 mg/kg。土壤含水率随时间的延长先减小后增大又减小,呈正余弦变化趋势,8月土壤含水率最大,分别为22.97%,22.01%,19.87%,19.03%和17.98%,总氮随时间的延长先增大后减小,8月总氮最大,分别为1.09,1.01,0.94,0.84,0.76 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随时间的延长而逐渐减少,6月硝态氮和铵态氮含量均最大,其中硝态氮含量分别为13.40,12.37,11.20,10.39,8.67 mg/kg,铵态氮含量分别为18.89,17.02,14.54,12.02,8.36 mg/kg。不同土地利用类型土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮平均值与土层深度和时间关系由大到小依次为园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地,研究结果为农田土壤水肥流失控制和养分利用提供理论技术支持。     

晋西黄土残塬沟壑区不同植被类型土壤水分动态研究

采用时域反射仪（TDR）于2005年在晋西蔡家川流域对刺槐、油松等8植被类型样地进行了土壤水分动态研究,研究结果表明:在2005年,0~200 cm土壤水分含量平均值变化过程除农地外,不同地类土壤水分变化特征差异性小,研究期内土壤水分日平均值按从大到小排列顺序为:农地、侧柏、次生林、油松、果园、刺槐×油松、刺槐×侧柏、草地、刺槐;在季节变化中,可将其分为三个时段:土壤水分消退期、土壤水分稳定期、土壤水分积累期。人工林与果园、农地、草地、次生林相比土壤水分调节作用较强;在日尺度上各样地土壤水分受降雨量及降雨分布影响。在样地土壤水分剖面垂直变化上土壤的剖面结构分为土壤水分弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层;农地、次生林、油松、侧柏、侧柏×刺槐、草地、果园土壤水分含量随深度变化趋势属于增长型;刺槐、刺槐×油松属于减少型。