黄土丘陵区淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移特征

了解淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移的变化特征对正确认识和评价淤地坝的减蚀作用有重要意义.该文通过对黄土丘陵区王茂沟流域1953-2015年不同时段内淤地坝的拦沙量和流域出口输沙量的分析,研究了坝系建设后泥沙拦蓄、输移和侵蚀的变化过程与特征.研究表明,王茂沟流域年均拦沙模数呈减少-增加-再减少的波动变化趋势;流域年均输沙模数呈先增加后减少的变化趋势;1953-1986年期间,不同阶段的年均侵蚀模数变化不大,1987年后呈显著下降趋势.流域治理后期与初期相比,年均拦沙模数、输沙模数和侵蚀模数分别下降了79.3％、90.6％和83.9％.淤地坝建设初期,有效库容对流域拦沙模数和输沙模数的变化有重要影响,侵蚀性降雨频发和较低的水土流失治理度是侵蚀强烈的主要因素;流域治理后期,侵蚀性降雨及其发生频次的减少,水土流失治理度的提高与稳固,是流域拦沙、输沙和侵蚀产沙显著下降的主要原因.淤地坝在控制流域侵蚀产沙、减少泥沙输移方面作用显著,但要达到持续有效的作用,坡面治理不容忽视,两者兼顾是黄土丘陵区水土保持的必由之路.     

黄丘区小流域暴雨径流动力特征对淤地坝配置的响应

为定量揭示淤地坝措施配置对黄丘区小流域暴雨径流形成及演进过程的影响,采用室内小流域人工模拟降雨试验,对不同淤地坝措施布设情景下（无坝、单坝、双坝）小流域不同断面径流的水动力、侵蚀动力特征进行研究。结果表明：径流量与含沙量整体均随时间推移而增大,无淤地坝布设情景下径流量增幅为114.60 cm3/s,双坝情景的径流量增幅仅有70.11 cm3/s;淤地坝对小流域暴雨径流演进过程的影响显著,淤地坝布设后径流流态由主要的紊流-缓流变为以层流-缓流为主,雷诺数Re减小幅度达到12.04%～85.85%;动力参数中径流功率ω和雷诺数Re可以被认为是能够较好描述不同淤地坝布设下侵蚀产沙的动力因子。研究结果对于揭示流域暴雨径流过程及成灾机理具有重要现实意义,可为科学评价水土保持措施调控径流过程的效应提供理论依据。     

砒砂岩区典型淤地坝沉积泥沙特征及来源分析

黄土高原地区的淤地坝是拦减入黄泥沙的关键措施,尤以对泥沙具有绝对控制的"闷葫芦"淤地坝为甚。为研究淤地坝对侵蚀泥沙的拦蓄作用,以砒砂岩区皇甫川流域园子沟淤地坝为研究对象,采集坝地淤积剖面及沟间地、沟谷地表层样品,对沉积旋回进行断代分析,计算泥沙贡献率,反演其淤积过程。结果表明:坝地沉积泥沙粒径分布以2~0.05 mm砂粒为主,其次为粉粒、黏粒,砂粒中以极细砂和细砂占比最多。园子沟坝控流域内侵蚀性降雨事件对应的最小日降雨量为22.8 mm;淤地坝运行可划分为2个阶段,前期主要依靠坝体拦蓄泥沙,后期随着拦蓄泥沙的增多,减蚀作用凸显。坝地沉积泥沙主要来源为沟谷地,贡献率达71.4%,沟间地为28.6%,其中沟间地侵蚀产沙并非受植被唯一影响,在降雨量>45.4 mm时,地形因素会限制侵蚀的加剧。     

黄土高原梯田和淤地坝坡沟治理措施对产流产沙的协同效应

黄土高原地区的梯田和淤地坝措施发挥了重要的水土保持功能,然而现有的研究主要关注单个措施的减水减沙效应,对坡沟治理措施综合配置协同调控水沙过程的作用一直认识不清。因此,该研究为解析梯田和淤地坝措施对水沙过程的协同调控效应,构建了10个坡沟系统物理模型,设置了对照组（CO）,单一措施组（梯田措施（T0）,4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短（L1、L2、L3和L4））和组合措施组（梯田与4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短的综合配置（T1、T2、T3和T4））,进行降雨强度为90 mm/h的室内模拟降雨试验,量化不同试验方案下坡沟系统的产流产沙过程。结果表明：1）梯田措施和淤地坝淤积导致坡沟区域坡长缩短均有效调控了坡沟系统的产流产沙过程,梯田能分别减少46.30%～83.59%的径流总量和25.82%～82.41%的泥沙总量,淤地坝导致坡沟区域坡长缩短能分别减少7.87%～33.42%的径流总量和10.20%～30.57%的泥沙总量。2）不同试验方案下坡沟系统的产沙率和产流率之间满足线性关系,而累计产沙量和累计产流量满足幂函数关系。3）综合措施配置发挥了“1+1> 2”的水土保持...     

Sediment Yield Deduction from Check–dams Deposition in the Weathered Sandstone Watershed on the North Loess Plateau,China

As the basic unit of erosion and sediment yield, it was critical to determine the amount of soil erosion and sediment yield in the small watersheds for sustaining a reasonable water resource and sediment regulation system. In this study, we determined the sediment yield from the dams‐controlled watershed on the North Loess Plateau. Three check dams in the watershed were investigated by drilling ten‐hole sedimentation cores. The corresponding flood couplets were dated according to thickness of deposition layers, distribution of sediment particle size and historical erosive rainfall events. On the basis of the check dams capacity curve, the soil bulk density and the thickness of couplets, the deposit mass of check dams, and then the sediment yield of watershed at different temporal and spatial scale were deducted. In total of the 33, 60 and 55 couplets were corresponded to individual flood events in the dam MH1# from 1976 to 1984, the dam MH2# from 1985 to 2007, and the dam MH4# from 1981 to 2009, respectively. The specific sediment yield for flood events was 1,188.5–11,527.9 Mg km⁻², 1,278.6–17,136.7 Mg km⁻², and 3,395.9–33,698.5 Mg km⁻², and the annual average sediment yield was 10,728.6 Mg (km² · a)⁻¹, 12,662.9 Mg (km² · a)⁻¹, and 16,753.3 Mg (km² · a)⁻¹ in dam MH1#, MH2# and MH4# controlled watershed, respectively. The sediment yields were inversely proportional to the dams – controlled areas. For the whole watershed, the annual average sediment yield was 14,011.1 Mg (km² · a)⁻¹ from 1976 to 2009. There were large amounts of sediments (42.3–50.5%) were intercepted gradually along the way from small watersheds to the river channel. And the minimum rainfall for sediment deposited in the dams was greater than 20 mm in this watershed. The results of this study suggested that the sediments retained behind check dams were helpful to quantifying the amount of erosion sediment yield and understanding the soil erosion evolution in the small and ungauged watersheds. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

降雨因素和不同土地利用方式对水土流失的影响

对湖北省秭归县张家冲水土保持试验站10个试验小区连续5a的径流、侵蚀观测数据,分析了降雨因素和不同利用方式的土地对水土流失的影响。试验结果表明:在其他影响水土流失因子不变的情况下,土壤侵蚀量与高强度、大降雨量、大侵蚀雨量有密切的关系,总降雨量越大、强度越高、侵蚀雨量越大,其土壤侵蚀量越大;相同降雨条件和相同坡度试验小区的水土流失量由小到大依次为坡篱地种粮、坡篱种茶、荒坡地、坡地种茶、坡篱种柑、土坎篱种柑、坡地种粮、坡地种柑、石坎梯种粮、土坎梯种柑。     

基于MIKE模型的不同淤地坝型组合情景对小流域侵蚀动力和输沙量的影响

为科学认识黄土高原淤地坝建设对小流域侵蚀动力过程的影响,通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了王茂沟流域的洪水过程,并计算了流域主沟不同断面的侵蚀动力参数和不同坝型组合的减沙效益。结果表明:(1)淤地坝建设在不同程度上改变了小流域沟道的侵蚀动力分布,坝系建成后沟道的侵蚀动力参数减幅最大。(2)小流域径流侵蚀功率表现为上中游剧烈变化,下游趋于稳定,且下游径流侵蚀功率明显小于上游。(3)淤地坝建设可以有效减小流域的输沙量,其中单独建设骨干、中型、小型坝相比流域未建坝时,输沙模数分别减少24.74%,47.11%,64.11%;流域坝系建成后减沙效益最明显,流域输沙量减少83.92%。研究成果可为黄土高原淤地坝减沙效益评估提供科学参考。     

四川紫色土地区典型小流域分布式产汇流模型研究

针对日益加剧的四川紫色土地区水土流失情况，为定量分析紫色土地区小流域水土流失程度，选取四川省南部县鹤鸣观小流域为研究区，在蓄满产流模型的基础上，构建了适合紫色土地区小流域分布式产汇流模型。该模型以地块为计算单元，在每个地块上输入参数，然后依据流域产汇流机制计算每个地块的产汇流量，并用递归算法将计算结果推算到流域出口，得到流域径流总量。该模型能评价流域下垫面各因子空间分布不均匀性和人类活动的影响，模拟每个地块次降雨产汇流过程。在鹤鸣观小流域进行了模型的检验与应用，模拟过程与实测结果符合较好。该研究为四川紫色土地区水土保持治理提供了科学依据。     

极端降雨条件下小流域淤地坝系连溃风险分析

近年来,黄土高原上的淤地坝在减轻水土流失、淤地造田等方面发挥了重要作用.但相较土石坝,淤地坝的防洪标准不高,更容易发生溃坝.淤地坝多以梯级形式分布在若干小流域中,构成了一个复杂的坝系网络,为正确评价溃决风险带来很大的挑战.采用一种基于小流域水文计算和考虑复杂入流条件的淤地坝系连溃风险分析模型及相应的计算程序FT-IWH...     

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。     

Evaluation of the Effectiveness of Forest Restoration and Check‐Dams to Reduce Catchment Sediment Yield

Reforestations and check‐dams are two commonly used measures to reduce soil erosion rates and sediment export from highly eroding catchments. Here, we evaluated the impact of the construction of 94 check‐dams and land use changes (caused by agricultural abandonment and reforestations) on sediment yield in the Upper Taibilla catchment (320 km², SE Spain) from 1956 to 2000. We combined land use change analysis, field surveys, and application of the WaTEM‐SEDEM erosion and sediment yield prediction model for nine scenarios combining land use maps (1956, 1987, and 2000) and different numbers of check‐dams throughout the catchment. Land use changes alone reduced sediment yield up to 14%, but in combination with check‐dams, the reduction in sediment yield reached 44 ± 6%. Sediment yield reduction was higher in smaller sub‐catchments, with, on average, a higher transport capacity than larger catchments, illustrating the scale dependency of human impacts on sediment fluxes and the buffer capacity of larger catchments. From an economical perspective, the construction of check‐dams was estimated to be more expensive than reforestation programs in the studied catchment, while adding more check‐dams did not always result in a proportional reduction of sediment yield. This indicates that optimizing check‐dam distribution relative to land use patterns is crucial to decrease catchment sediment yield. Check‐dams have a large and instantaneous impact on sediment yield over a restricted time period, while reforestations have important sustained effects at a lower economic cost. These contrasting effects require a careful evaluation for optimal effective catchment management. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

晋西王家沟小流域产流产沙分析

王家沟流域是晋西黄土丘陵沟壑区水土保持综合治理典型示范流域。流域产流产沙是降雨和流域下垫面相互作用的结果。降雨对土壤侵蚀的影响包括降雨量影响和降雨强度影响两个方面,流域在治理措施规模不大的初级治理阶段,输沙量只是随降雨的变化而变化。坡耕地、沟头Ｖ形沟、村庄道路、红土沟坡、沟道小流域、矿区是王家沟流域主要产沙源地。控制流域产流产沙,综合治理中须实行退耕还林还草。     

辽南土石质山区坡耕地水土流失试验研究

应用人工模拟降雨方法对辽南土石质山区坡耕地水土流失进行试验研究 ,试验按四因子二水平一次回归正交设计 ,试验因子选择降雨侵蚀力 (R)、地面坡度 (S)、雨前土壤含水量 (W)和作物盖度 (C)。研究结果表明 ,四因子对坡耕地径流量影响大小依次是R、W、S、C ,对土壤冲刷量影响大小依次是R、W、C、S。依据试验结果建立了坡耕地水土流失数学模型 ,此模型可在坡耕地水土流失定量评价及预测中应用。     

不同耕作措施对黑土坡耕地土壤侵蚀的影响

针对黑龙江省西部半干旱区土壤流失情况,在坡耕地径流小区通过野外人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度、不同耕作措施下降雨产沙产流特征和过程。试验结果表明:降雨强度越大,对地表径流量和侵蚀量的影响越大,即雨强与径流量和泥沙量呈正相关,各种耕作措施的土壤流失顺序是顺坡垄裸地>横坡垄裸地>等高种植地>深松地>秸杆覆盖地>垄向区田地,植被覆盖地能有效控制水土流失,垄向区田地是这几种耕作措施中减少坡耕地水土流失的有效措施。     

小流域淤地坝建设的水土保持效益浅析

通过黄土高原地区坝系示范工程水土保持观测,分析了小流域淤地坝及坡面水土保持措施的动态变化、拦沙蓄水效益和淤地坝的增产效益。结果表明:由于降雨时空分布不均和沟道条件差异,5 a间淤地坝拦沙量差异显著,呈现出先大幅度减小,后小幅度增加的趋势;与梯田和坡耕地比较,淤地坝的平均增产效益分别达到36.4%（梯田）和78.9%（坡耕地）。提出了坝系观测中应注意的几个问题,对促进完善小流域淤地坝建设和效益评价具有重要意义。     

坡面水力侵蚀比尺模拟试验设计与验证

 针对黄土高原坡面水力侵蚀调控实体模拟试验中存在验证不充分的问题,利用黄土高原小流域水力侵蚀调控实体模拟试验理论与技术,设计黄土坡面水力侵蚀比尺模拟试验,并对其进行验证。结果表明:在正态条件下,满足几何、降雨强度、入渗、径流运动、输沙、床面变形等相似条件下所建造的坡面模型;在试验条件下,虽然与模型原型流型有所偏离,但降雨、径流流态、平均流速、阻力系数、汇流过程、产沙、输沙及床面变形是基本相似的。表明该方法可以作为坡面治理水土流失、优化治理方案,寻求水土资源高效利用措施的工具。     

水土保持措施对黄土高原小流域重力侵蚀的调控机理研究

采用有限差分软件FLAC3D对有无植被及淤地坝的黄土高原小流域重力侵蚀机理进行探索,揭示了主要工程措施(淤地坝)和生物措施(植被)对重力侵蚀的调控机制。通过对比分析无治理措施和实施淤地坝及生态恢复治理措施条件下,小流域位移场、应力场和塑性屈服区分布,揭示了淤地坝和植被措施减缓重力侵蚀的作用。结果表明:植被可使梁峁顶处位移减9.8%,沟坡中下部位移减小11%,淤地坝只能使坝址处位移减少10%;植被可使塑性区体积减少46%,淤地坝可使塑性区体积减少11%。淤地坝增加了流域的凹形边坡,而根系加固作用改善了坡面浅层土体应力,二者均有效降低了坡面土体的应力集中,减少了塑性屈服区体积,但均未改变小流域以剪切破坏为主的屈服模式。小流域小尺度范围内,淤地坝减蚀作用强于植被,而大尺度范围内,植被减蚀效果优于淤地坝。研究成果可为小流域水土保持措施的合理配置提供科学依据。     

黄土丘陵区不同坡度、土地利用类型与降水变化的水土流失分异

 为了确定不同坡度、土地利用类型及降水参数对水土流失的影响,通过黄土丘陵区坡耕地、草地的3个坡度(10°,15°和20°)小区连续14年的径流、侵蚀观测数据,分析不同坡度、土地利用模式和降水变化的水土流失分异。试验结果表明:1)坡耕地水土流失量随坡度的升高而增加,20°小区显著大于10°和15°小区;草坡地小区的年水土流失量也随坡度变化,不同坡度小区之间没有显著性差异。2)坡耕地与草地的水土流失量具有显著性差异,坡耕地年均径流量和侵蚀量分别为草地的1．8倍和13．9倍,与草地比较,坡耕地明显地增加水土流失风险。3)不同土地类型水土流失模数受年降水变化的影响效应不同。坡耕地水土流失量受少数强降水控制,年径流量、侵蚀量与年降水量、产流降水量之间无显著性相关;草地的年径流量、侵蚀量分别与年产流降水量、年降水量显著相关。4)坡耕地的水土流失受降水量(P)、最大30min降水强度(I30)和综合降水指数(PI30)的显著影响,但各因素的决定系数不同,影响系数次序为PI30>I30>P。草地的径流与降水变量关系与坡耕地一致,但次侵蚀量仅与I30变化的显著性影响,而与P、PI30无显著性相关。草地的水土流失量受坡度差异以及降水变化的影响较弱,表明草地能够有效地控制水土流失,对荒坡草地采取保护措施以促进植被、土壤的进展恢复。坡耕地水土流失变化与坡度、降水变量的关系更为直接,通过降低坡度、休耕和免耕等耕作模式,减少土壤扰动和增加地面植被盖度,可有效减少水土流失。     

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...     

Surface runoff and soil erosion estimation using the SWAT model in the Keleta Watershed,Ethiopia

This study evaluates surface runoff generation and soil erosion rates for a small watershed (the Keleta Watershed) in the Awash River basin of Ethiopia by using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. Calibration and validation of the model was performed on monthly basis, and it could simulate surface runoff and soil erosion to a good level of accuracy. The simulated surface runoff closely matched with observed data (derived by hydrograph separation). Surface runoff generation was generally high in parts of the watershed characterized by heavy clay soils with low infiltration capacity, agricultural land use and slope gradients of over 25 per cent. The estimated soil loss rates were also realistic compared to what can be observed in the field and results from previous studies. The long‐term average soil loss was estimated at 4·3 t ha⁻¹ y⁻¹; most of the area of the watershed (∼80 per cent) was predicted to suffer from a low or moderate erosion risk (<8 t ha⁻¹ y⁻¹), and only in ∼1·2 per cent of the watershed was soil erosion estimated to exceed 12 t ha⁻¹ y⁻¹. Expectedly, estimated soil loss was significantly correlated with measured rainfall and simulated surface runoff. Based on the estimated soil loss rates, the watershed was divided into four priority categories for conservation intervention. The study demonstrates that the SWAT model provides a useful tool for soil erosion assessment from watersheds and facilitates planning for a sustainable land management in Ethiopia. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.