利用森林采伐和植树预测崩塌面积

世界各国水土保持专家都在研究水土流失机制,进行水土流失监测。关于表层崩塌产生的泥沙,多以降雨量为诱因来进行预测。1990～2002年,提出的多种预测模型,再现性虽良好,但在因表层崩塌造成的泥沙产生影响时,其精度有点逊色。为此,2004年日本学者黑岩知惠等人研究推导出包括森林作业状态变化在内的崩塌面积率预测式。崩塌面积率 A/a 是年最大日雨量 R_(max)、崩塌可能面积率指标 A_(pr)(t)的函数。崩塌可能面积率指标 A_(pr)(t) 与坡面不稳定因素有关,与采伐后造林时间密切相关。其结论是森林采伐后是否植树,流域崩塌发生的可能性就有变化,如采伐后放任不管,崩塌发生频率就高,如进行植树就可能控制。此方法对我国研究泥沙灾害,具有一定的借鉴作用。     

利用任意三角形平面要素预测水土流失量

掌握流域降水动态,预测水土流失发生、发展规律,是当前水保研究的重要课题之一。随着“3S”技术的发展。使流域水文环境数据管理变得相对容易。数值地形模型中有关微地形、土地利用边界等水文环境的空间分布信息比较模糊。日本学者宫本邦明等人采用以三角形模型覆盖平面的方法,解析水土流失过程,消除了网格模型在地形信息方面模糊这一缺点。对于地下水的水流采用达西定律,地表水流采用曼宁定律,泥沙流失采用江头等的构成定律。实测结果表明,崩塌发生的时间受降雨类型影响,但是崩塌发生具体位置、崩塌特点、崩塌泥沙量,几乎不受降雨类型影响。泥沙的流失过程,受泥沙产生的时间与降雨流出时间差的影响,其结果亦与降雨类型有关。     

植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响

为探究植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙粒径分布特征的影响,该研究以三峡库区紫色土为研究对象,在3种坡面条件下（裸坡对照组CK、植物篱组P和仅地下根系组R）以不同降雨强度（60、90 mm/h）进行人工模拟降雨试验。结果表明：与CK相比,R坡面条件下侵蚀泥沙中黏粒和粉粒含量减少了0.25%～5.48%,而P坡面条件侵蚀泥沙中砂粒含量减少了30.75%～47.28%。CK坡面条件下,泥沙分选现象主要出现在降雨前期,R坡面条件只影响降雨初期的泥沙分选,而P坡面条件对降雨全程均具有分选拦截砂粒的作用,但分选拦截效果随降雨时间的增加而渐趋稳定。R坡面条件下更多团聚体被雨滴击打破碎而分散为单粒,而P坡面条件则使更多细颗粒聚集形成团聚体,但松散的团聚体在降雨中后期倾向于分散为单粒。该研究结果可深入理解植物篱对紫色土坡面侵蚀泥沙分选的影响,并为区域土壤侵蚀模型构建和水土资源高效利用提供科学依据和数据支持。     

裸坡泥沙的产生及移动机理

<正>山体滑坡后形成裸露坡面,虽然坡面产生的泥沙量较少,但如果这种裸坡面积很大,或面积虽小而相对密集,又不能被植物自然覆盖,从而产生的泥沙就会缩短下游堤坝的寿命,甚至造成灾难性后果。因而研究裸坡泥沙量的产生及移动机理有助于确定山间径流中泥沙运动以及裸露山坡重新恢复植被所需要的条件。1 试验处理试验地点设在靠近凯苏河一级支     

小流域水文及土壤侵蚀过程模拟方法研究

流域土壤侵蚀动态模拟,需要采用合适的方法对坡面—沟道耦合问题及初始和边界条件进行正确的处理。将流域划分为坡面侵蚀与沟道侵蚀,采用时间空间耦合处理方法,实现了小流域坡—沟侵蚀过程中水流与泥沙输送的面—线耦合及沟道间的线—线连接。给出了模拟流域土壤侵蚀过程的控制微分方程、初始条件、边界条件及坡面向沟道汇水输沙的动态模拟处理方法。得到了较为符合实际的流域土壤侵蚀动态模拟模型。模拟结果与室内实验测量结果的比较表明,模拟精度达到80%以上,说明了动态模拟方法的可行性。     

径流流量及含沙量自动动态测量系统

利用γ射线在泥沙中的衰减规律和水位测量方法,设计了径流泥沙含量和径流流量全自动测量系统。该系统包括自动采样、自动测量、数据分析输出及查询、操作控制系统等4个子系统。实现了实时、快速、动态地测量坡面径流流量与泥沙含量以及测量数据自动存取和远距离传输。大量试验测试表明该系统测量历时短、数据传输快捷、测量结果准确。系统不仅适合于室内土壤侵蚀试验中泥沙含量与流量的测量,而且可用于野外坡面土壤侵蚀试验小区长期定点监测和其他各种试验研究     

坡面侵蚀动力学及其相关参数的探讨

 从分析坡面水流形态动力学特性着手,对比土壤侵蚀临界坡度的研究;概述土壤侵蚀的机制,以及坡面水流中水流速度、泥沙含量和下垫面三者相互作用的关系。发现及时、准确和动态地测量水流速度和泥沙含量,是分析这些复杂关系的关键,它使定量研究坡面土壤侵蚀的机理成为可能。     

东北黑土漫岗区侵蚀产沙平衡分析

以位于东北黑土漫岗区的乌裕尔河流域及其周边部分地区为例,探讨该区土壤侵蚀产沙平衡问题。利用侵蚀产沙平衡的方式,分析了东北黑土漫岗区侵蚀泥沙的来源、侵蚀泥沙的沉积部位以及流域产沙之间的关系。通过历史资料、实地观测等方式,明确了坡面及沟道侵蚀为该区侵蚀泥沙的主要来源;坡间凹地、坡脚及坡下草甸为侵蚀泥沙的主要沉积位置,只有少部分泥沙通过流域出口输出。进而阐明了该区坡面侵蚀量大,河道输沙量小的主要原因,为该区水土保持规划、水土流失治理提供了参考依据。     

由山林火灾导致植被变化的流域泥沙流失实态

由于山林火灾、风灾、坡面崩塌等致使流域内的植被出现大规模的变化之后,多发生土壤侵蚀.在山林火灾发生地区,以往的研究认为,由于火灾使地表形成了一种防水层、火灾产生的灰使得土壤孔隙阻塞;表层土的团粒结构被破坏等原因,导致土壤渗透力下降,地表径流增大,水土流失加剧.另一方面,关于侵蚀量的时间系列变化,根据实地观测结果,山林火灾之后的侵蚀量大于其植被恢复后的侵蚀量,因土壤燃烧程度不同侵蚀量也存在差别.另一种观点认为,由于火灾使土壤团粒结构强化,侵蚀量减少.关于以往侵蚀方面的研究,大体是在坡面上设置小面积的试验地进行短期间(1 a以内)的观测所得到的结论.到目前为止,还没有在具有一定面积的流域内对侵蚀量的变化进行长期的观测研究的结论.为探明火灾后泥沙流失的机制,掌握长期的泥沙流失量,给将来的预测提供理论依据,对山林火灾后4 a的泥沙流失量进行了调查研究.     

流域吸附态磷时空分布模型的构建与应用

为了模拟吸附态磷负荷的时空分布,从被侵蚀土壤进入受纳水体的载体地表径流着手,综合考虑坡上和坡下的径流特性对被侵蚀土壤迁移的影响,引入时空分布的径流连通性指标,由此提出坡面泥沙输移比的计算方法。将改进的土壤流失方程作为流域土壤侵蚀量的计算方程,结合所提出的坡面泥沙输移比并考虑磷在土壤中的富集,构建流域吸附态磷负荷的时空分布模型。以三峡库区小江流域作为案例,对该流域2000-2010年的吸附态磷负荷的时空分布进行了模拟,模拟得到多年平均吸附态磷负荷为0.056 t/km2。模拟值与实测值吻合较好,其年平均吸附态负荷相对误差低于6%,表明所构建的模型以及所提出的坡面泥沙输移比的计算方法可行。该研究可为三峡库区的水环境保护和水污染防治提供参考。     

关于流域泥砂输移过程的研究评述

在以往的泥砂输移研究中,只注重研究坡面崩塌、泥石流、推移质搬运等单一泥砂输移过程,而对整个流域的泥砂动态──流域泥砂输移的时空变异特性等缺乏深入细致地研究。通过对沙流河流域30a间最大雨量而产生的泥砂输移过程,采用泥砂动态分析,结果表明,移动泥砂的对70％～80％来源于坡面崩塌,10％～30％来源于支沟以下沟道冲刷;新滞留泥砂70％～80％来源于上一级沟道的堆积,坡面崩塌不足20％。可见泥砂主要来源是坡面,其次是下一级沟道,它们是侵蚀场;而上一级沟道起着滞留场的作用。若应用航片和树木年代编年法进行泥砂动态分析,结论为泥砂输移过程需数十年的时间。从火山灰编年法调查分析,在过去的8000,3000,320a间平均崩塌速度是恒定的。泥砂输移的空间变异特性为短时间测出的流失速度呈时间性变动,如以数百年计,其流失速度与流入速度大致相等。     

长江三峡花岗岩区不同地类土壤流失量研究

 研究长江三峡库区泥沙来源,并以此为依据开展水土保持工作,对于保障长江三峡水利枢纽工程安全运行和效益发挥,具有重要意义。在长江三峡花岗岩地区选定的典型小流域内,采用土壤剖面法及土壤侵蚀调查、坡面径流小区等方法,分析不同土地利用现状下的土壤物理特性及其与土壤侵蚀的关系,不同土地利用坡面及沟道的土壤侵蚀量。结果表明:研究区域不同土地利用状况土体内,土壤颗粒特性与土壤流失程度密切相关。随着土壤流失程度的增大,流域不同土地利用状况下的A层土壤颗粒粒径分选系数降低。不同土地利用状况下,土壤颗粒粒径组的对称性均较低;长江三峡花岗岩区的泥沙,主要来源于坡面土壤侵蚀;坡面侵蚀的泥沙主要来源于坡耕地,25°以上陡坡耕地侵蚀的泥沙量,约占坡面产沙总量的50%。     

日本有关绿化带防止泥沙灾害功能的研究

在泥石流泛滥区 ,合理利用绿化带可减轻或防止泥沙灾害。但仅靠绿化带不能防止所有泥石流泛滥区的泥沙灾害。日本学者水山高久、本田尚正等对泥石流发生的条件及绿化带在不同条件泥石流发生区的作用进行了深入地研究。通过对生驹山系的千冢川和野崎中川流域发生泥石流实例进行模拟数值计算 ,认为在径流源头区因崩塌而产生大量土沙、坡面较缓、缓冲带宽度足够长的情况下 ,采用绿化带可有效防止泥沙灾害。对于坡度较陡、缓冲带宽度不足、径流源头区无大量堆积土沙 ,但河床有大量沉积泥沙的河道 ,绿化带与砂防坝和固床工程相结合 ,方可有效防止泥沙灾害。     

寒旱环境黄土区植物护坡原位模拟降雨试验研究

在自建试验区内为研究植物护坡水文效应,本项研究采用野外模拟降雨试验的方法,分别对种植柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii Kom.）、霸王（Zygophyllum xanthoxylon Bunge Maxim.）2种灌木植物边坡和种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）、细茎冰草（Agropyron trachycaulum Linn. Gaertn.）2种草本植物边坡,以及作为对照组未种植植物的裸坡开展相同试验条件的模拟降雨试验。试验结果表明,在相同试验条件下裸坡的稳定径流量和泥沙量均相对较大其值为450.0～475.0 ml/min,8.28～8.36 g/min;种植霸王、柠条锦鸡儿边坡稳定径流量和泥沙量为307.0～355.5 ml/min,3.12～4.07 g/min;种植细茎冰草边坡、垂穗披碱草边坡稳定径流量和泥沙量为24.0～41.3 ml/min,1.52～2.40 g/min,该试验结果说明了坡面产生的稳定径流量和稳定泥沙量与边坡的覆盖度之间呈负相关关系以外,还进一步反映出种植草本植物的边坡其坡面产生的稳定径流量、泥沙量则显著小于种植灌木植物边坡,即种植灌木边坡其坡面产生稳定径流量、泥沙量分别是种植草本边坡的1.338～1.466倍、2.054～2.654倍;裸坡坡面以下0—20 cm处及坡面以下20—40 cm处含水率增幅分别为38.94%,11.08%;种植柠条锦鸡儿、霸王边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为42.24%～44.19%,10.63%～11.76%,种植垂穗披碱草、细茎冰草边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为47.27%～48.11%,13.98%～14.74%,坡面以下40—60 cm处的（c层）含水率变化相对不显著,表明在边坡种植的草本和灌木植物,在降雨坡面雨水入渗的过程中,阻止和减少了坡面径流的形成,同时亦反映出生长草本植物的边坡其阻止和减少坡面径流形成的作用相对显著于灌木植物;裸坡的径流系数为63.40%,种植柠条锦鸡儿和霸王边坡径流系数则分别为18.00%和20.33%,细茎冰草和垂穗披碱草径流系数分别为6.57%和1.71%,草本植物边坡径流系数相对最小,反映出草本植物其抵挡坡面雨水冲刷和侵蚀以及抑制地表径流作用等方面较灌木植物显著。     

侵蚀泥沙坡面沉积研究初报

利用元素示踪法的优点,对坡面侵蚀土体的颗粒在坡面上的运移、沉积状况进行了研究。通过对野外全坡面径流小区的试验、观测数据的分析,讨论了侵蚀泥沙在坡面沉积的分布特征及其影响因素,探讨了沉积对利用示踪法研究土壤侵蚀空间分布的影响程度。研究结果表明稀土元素示踪方法在坡面、沟道侵蚀泥沙的沉积研究中可望有广泛的应用前景。     

河岸植被对坡面径流侵蚀产沙的阻控效果

河岸植被在流域水土保持与非点源污染控制方面具有重要作用。为探究河岸植被阻控坡面径流侵蚀产沙效果及其影响因素,该文通过野外模拟径流冲刷试验,定量分析了北江干流河岸植被阻控坡面径流和侵蚀产沙的特征,探讨了河岸植被对径流与泥沙相互关系的影响以及河岸植被阻控效果与坡度和放水强度的关系。结果表明,(1)植被的存在延迟了坡面初始产流时间、降低了坡面径流系数、减弱了径流侵蚀力,放水强度和坡度越大,坡面产流时间越早、径流系数越大、植被对径流的拦截效果越低,其中,植被对不同坡度上径流系数的平均阻控效果分别为3.35%、3.36%、4.28%和3.17%,对不同放水强度下径流系数的平均阻控效果分别21.69%、17.40%和10.01%,对坡面径流侵蚀力的阻控效果分别为60.00%、32.23%、27.29%和22.76%;(2)植被坡对坡面累积泥沙量的阻控效果分别为60.14%、32.83%、24.19%和20.86%,植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蚀能力并减少侵蚀产沙量和降低侵蚀泥沙中值粒径,植被阻控泥沙的效果大于其阻控径流的效果;(3)相关性分析表明,产流时间与累积泥沙量、粒径均呈显著负相关,植被的存在一定程度上改变了退流时间与两者之间的关系;径流系数、径流侵蚀力与累积泥沙量、粒径均呈显著正相关;植被对累积泥沙量和径流侵蚀力的阻控效果与随坡度和放水强度的增加而降低。综上,河岸植被对坡面径流和泥沙具有不同的阻控效果,且受坡度和放水强度影响显著,研究结果可为流域水土保持与河岸植被建设提供支持。     

多沙河流泥沙漂移与搬运的观测

研究小流域泥沙的产生与搬运机制,是水土保持学和河道工程学学科既古老而又全新的课题,有很多科学工作者进行立题研究。但对河流泥沙运动的研究并不多,特别有关推移质的情况,因观测困难,没有取得有效的研究成果。2008年日本京都府立大学松村和树等对泥沙产生与搬运作用进行实地观测。观测内容:裸地坡面泥沙输移量、积雪产生泥沙及影响、河水混浊度、径流量及推移质流量、推移质运动状态等。通过对多沙流域有关产生泥沙—漂流—搬运等连续的流动,进行综合研究,揭示了推移质拖曳力与推移质平均移动速度的关系。其观测方法可行,试验结果可信。此项研究将为有关多沙河流推移质的研究起到借鉴或推介作用。     

山体崩塌后对流域输沙量的影响

山体发生崩塌等山地灾害,改变了流域运动形态。定性分析其危害远远大于常规的水土流失。但定量分析,究竟危害到什么程度,目前还没有相关的详细研究报道。2008年日本学者Laurentia DHANIO等人根据2004年3月26日发生在印尼的山地灾害相关资料,定量研究了因山体发生崩塌、滑坡,对流域输沙量的影响。其结论是:山地灾害的发生,不仅造成河流的泥沙大量沉积,且崩塌前径流深为降水量的60%,而崩塌后下降到45%。浑浊度比崩塌前提高了400倍。此项研究揭示了流域内一旦发生滑坡,必然产生大量的水土流失,增加了流域治理难度。但也提示我们应利用这种改变规律,决策流域治理手段。此项研究成果对我国研究山体崩塌、滑坡或泥石流等山地灾害的防治,具有一定的借鉴作用。     

基于GIS和DEM下的WEPP模型对水蚀的评价

基于地理信息系统 (GIS)和数字高程模型 (DEM)下的水蚀预测模型 (WEPP)对小流域水蚀的评价有 3种不同的应用方法。 1)手工法 :是WEPP流域模型的典型应用 ,其仅借助GIS构建必需的输入文件。 2 )坡面法 :是从DEM获取坡面和沟道后 ,自动应用WEPP。 3)流径法 :是在小流域内所有可能流径上利用WEPP模型预测。这 3种方法应用于 6个研究流域 (P1、P2 、WC1、WC2 、WC3 、W1)。对各种方法和各个流域的径流量、泥沙流失量进行统计分析 ,逐次比较预测的和实测的流域出口处径流量及泥沙流失量。结果表明对各个流域 ,坡面法不亚于手工法。针对坡面侵蚀 ,流径法与其他两种方法具有统计可比性。分析结果表明 ,对于一个简单的流域来说 ,只要有精确的DEM和有效的输入数据 ,坡面法将使WEPP流域模型应用更方便。     

土壤结皮对乌拉山矿山废弃地客土坡面侵蚀特征的影响

土壤结皮对坡面水分入渗及侵蚀产沙具有重要影响,但其具体作用过程和机理尚存在一定争论。以乌拉山矿山废弃地客土坡面为研究对象,采用原位冲刷试验,研究不同坡长(2,4,6,8,10 m)和产流产沙过程中,土壤结皮对径流泥沙的影响。结果表明：(1)2 m土壤结皮坡面总径流和泥沙量显著增加,分别是对照坡面的2.17,1.56倍;4～10 m土壤结皮坡面总径流量和总泥沙量降低,其中总径流量为对照坡面的67.17%～78.45%,总泥沙量为对照坡面的54.53%～83.56%。(2)土壤结皮坡面与对照坡面产流速率随产流时间变化基本一致,呈现波动稳定或略微提高趋势;产沙速率在对照坡面随产流时间呈下降趋势,而在结皮土壤坡面呈现下降与稳定2种趋势。(3)累积径流量、累积泥沙量与产流时间关系均可用线性函数和幂函数表达。随产流时间变化,土壤结皮坡面对累积径流量的影响可分为全程提高、全程降低、先提高后降低3种类型,对累积泥沙量的影响可分为提高与降低2种类型。因此,土壤结皮对坡面产流产沙过程的抑制或促进作用与坡长和侵蚀发生过程密切相关。