产流积水法测量降雨侵蚀影响下坡地土壤入渗性能

坡地土壤降雨入渗性能与下垫面对降雨的再分配过程密切相关。该文提出了测量坡地降雨条件下土壤入渗能力的产流积水法。由水量平衡原理，根据径流在坡面上推进的过程和积水情况下积水深度随时间变化的过程，推导得到了计算土壤入渗性能的数学模型。采用两种工况：1)雨强为60 mm/h、坡度5°、径流面与入渗面长度比为1∶2；2)雨强30 mm/h、坡度20°、径流面与入渗面长度比为1∶1。进行室内试验，计算得到了两种工况的入渗性能曲线。分析了这种新型测量方法和计算模型的合理性。将时段降雨量和累计入渗量进行对比，估计了两种工况的测量误差。该方法可以克服传统的降雨器和双环入渗仪方法的不足，用于测量坡地降雨、径流、土壤侵蚀等因素影响下的整个降雨入渗性能过程曲线。为相关研究提供有力的工具。     

黄土高原小区径流过程预测模型评价

地表径流是土壤侵蚀和泥沙搬运的主要原动力.径流过程及其特征值是侵蚀模型,特别是侵蚀过程模型中水文模块的重要输入资料,但相对于降雨过程和径流总量资料,径流过程数据十分匮乏.为了对径流过程进行有效模拟,本文利用黄河流域子洲径流试验站团山沟3个小区107场降雨-径流过程观测数据,在小区尺度上对比验证3个仅含有1个参数的简易入渗模型:Ⅰ入渗能力恒定法,即假设入渗能力为1个常值,产流仅发生在降雨强度大于此值的情况;Ⅱ径流系数法,即假设实际入渗率与降雨强度呈正比关系,比例系数为1与径流系数的差值;Ⅲ入渗能力空间变异法,即假设入渗能力存在空间差异,实际入渗率表现为最大入渗率和降雨强度的指数形式.同时,为考查模型在不同时间尺度上的表现,文章分别选取1、6和15 min对数据进行重采样.结果显示:以洪峰流量和有效流量的预测精度作为模型有效性评价指标,相较于径流系数法和入渗能力空间变异法,入渗能力恒定法对黄土高原区径流过程的模拟效果最好,即入渗能力恒定更符合于黄土区实际产流入渗特点;随着过程资料采样时间间隔的增加,模型的模拟精度显著提高,即模型并不依赖于高密度的采样数据.研究结果可为缺乏径流过程资料的地区提供径流过程的计算方法,且有助于定量描述水文过程、土壤侵蚀和泥沙搬运过程.     

产流积水法测量坡地降雨入渗动态过程及其精度估计

坡地土壤的降雨入渗性能对于水文过程、土壤侵蚀、水资源相关方面的研究和实践非常重要。产流积水法采用由实验得到的数据，分析了不同坡位土壤入渗率及累积入渗量随降雨时间的变化过程。结果表明不同坡位入渗过程曲线反映了坡面径流到达前后，实际入渗率从降雨强度控制阶段跃升到入渗性能控制阶段，并最终趋于稳定入渗率的全过程。入渗区不同坡位的累积入渗量从坡顶至坡底逐渐减少，而且径流在坡面上推进速度越快不同坡位上的累积入渗量差值越小。通过理论分析，确定了观测径流推进距离误差所引起的测量结果的误差。用水量平衡原理对产流积水法实验结果进行精度估计，并提出了由实测入渗率求入渗水量的解析方法，并将此与实际降雨量进行比较，间接地估计了测量结果的精度。结果表明，产流积水法测量坡地降雨/径流入渗性能具有很高的精度。     

南方红壤区坡面次降雨产流产沙特征

研究坡面次降雨土壤入渗及产流产沙特征,对于坡地水土流失防治及水土资源管理利用具有重要意义.基于广东省五华县水土保持试验推广站野外径流场2014年的观测数据,研究不同下垫面条件下坡面入渗及产流产沙特征.次降雨入渗量与地表植被盖度间存在显著相关关系(P ＜0.05,R=0.95).入渗量随降雨强度增加,呈先增后减的变化趋势,存在入渗量达最大值的临界降雨强度;人工林及灌草地临界降雨强度为19.9 ～ 27.8 mm/h,均高于自然撂荒地.次降雨径流深和土壤流失量与地表植被盖度间,存在显著负相关关系(P＜0.05),相关系数超过0.9.土壤侵蚀率随径流系数呈幂函数增加趋势,径流中泥沙浓度随径流系数、降雨侵蚀力呈对数函数增加趋势,土壤流失量随降雨侵蚀力及次降雨径流深均呈线性递增趋势.次降雨径流深20 mm为土壤流失量变化拐点,径流深超过20 mm后,土壤流失量随径流深递增速率较快.     

丘陵半干旱区小流域入渗产流特征研究

为了探索我国丘陵半干旱区小流域入渗产流规律,为该地区雨水径流集蓄利用和区域生态环境治理提供依据,通过人工模拟降雨和自然降雨入渗产流试验,对小流域坡耕地、林地、草地和荒地的降雨入渗产流特征进行了系统研究。结果表明,农林草地比荒地具有明显的拦蓄地表径流和减少土壤侵蚀的效果,比荒地拦蓄地表径流效率增加35.7?.0%,拦蓄泥沙效率增加46.2?.6%;利用Philip入渗理论和逐步回归分析方法对入渗产流试验结果处理分析,建立了小流域坡耕地、林地和荒地土壤的入渗产流及其相关因子数学模型;小流域产流系数与降雨小区地形坡度、降雨强度、植被盖度、土壤雨前含水量和土壤孔隙度等因子显著相关。     

用人工模拟降雨研究保护性耕作下的地表径流与水分入渗

采用人工模拟降雨试验研究了保护性耕作控制农田地表径流的效果,重点探讨了表土耕作、秸秆覆盖及土壤压实３种因素对地表径流和水分入渗的影响。试验表明,保护性耕作具有明显的处缓径流,增加水分入渗的效果。在土壤干燥,模拟降雨强度为７２ｍｍ／ｈ的条件下,传统翻耕比保护性耕作早１２－１６ｍｉｎ产生径流,入渗率降低６０．９％,总径流量高１１倍。３种试验因素中,秸秆覆盖对径流和入渗的影响最大,压实次之。在本试验中,     

降雨强度对黄土坡面矿质氮素流失的影响

利用室内模拟降雨试验，研究了黄土区土壤矿质氮素随地表径流迁移流失和入渗的动态变化，初步探讨了径流与土壤矿质氮素的作用深度EDI，并提出了EDI深度的确定方法。结果表明：土壤矿质氮素流失是降雨、径流与表层土壤矿质氮素作用的结果，随径流流失量显著高于随泥沙流失量，地表产流过程径流养分浓度呈现高—低—较高变化；降雨(降雨强度)和径流是土壤溶质迁移的动力，对土壤矿质氮素随径流流失和入渗有着重要影响。雨强增大，土壤矿质氮素流失量、径流作用深度(EDI)和土壤硝态氮入渗锋值深度均增加；同一坡面不同坡位土壤NO^－₃-N与径流有效作用深度(EDI)和浓度锋值深度不同，坡中下部最深，坡顶部和坡底部较浅；土壤NO^－₃-N和土壤NH⁺₄-N入渗和再分布过程截然不同。     

黄土区不同下垫面农田降雨入渗及产流关系的数值模拟

在野外试验的基础上，建立了二维农田降雨入渗及产流关系的数学模型，并用中国科学院长武县王东沟农业生态站不同下垫面径流小区实测土壤含水率及产流资料对该模型进行验证。结果显示：该模型对降雨过程中土壤入渗、产流以及雨后蒸发条件下土壤水分的模拟都有很高的精度，可以用于黄土区降雨入渗及产流关系的模拟。     

北方土石山区坡面水土流失特征研究

[目的]揭示北方土石山区坡面水土流失规律，为山区土壤侵蚀防治和生态建设提供科学依据。[方法]利用1988—1991年坡面径流小区观测数据，运用统计和相关分析等方法，对不同下垫面条件下坡面水土流失特征进行了分析，并探讨了坡面径流深度、土壤侵蚀模数、土壤入渗率与有效降雨量、平均降雨强度、降雨历时、降雨等级的关系。[结果](1)在5°08′～24°08′坡度范围内，坡面径流深度随坡度增加逐渐减小，土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡度增加逐渐增大；(2)在2.18～33.19 m坡长范围内，坡面径流深度随坡长增加逐渐减小，土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡长增加呈现先增后减的变化趋势，存在临界坡长；(3)随着植被覆盖度增加，坡面径流深度、土壤侵蚀模数迅速减小，土壤入渗率逐渐增加；裸地的坡面径流深度和土壤侵蚀模数显著高于30%植被覆盖度坡面，但植被覆盖度由30%增加到60%,90%时，坡面水土流失过程的影响差异并不明显，说明在水土流失治理中存在临界植被覆盖度；(4)坡面径流深度、土壤侵蚀模数主要受到有效降雨量和平均降雨强度影响，且均呈显著正相关；而土壤入渗率主要受到平均降雨强度和降雨历时影响，与平均降雨强度...     

黄土丘陵区不同坡度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

降雨特征和坡度是影响土壤入渗过程的重要因素,在植被恢复过程中,其对土壤入渗特征的影响可能会有所不同。选取黄土丘陵区6个坡度(5°,10°,15°,20°,25°和30°)的撂荒草地(2年)径流小区(5 m×20 m),观测自然降雨条件下(共计34场降雨,产流11场)植被生长旺期(7—9月)土壤入渗特征,研究降雨过程参数(降雨量、平均雨强、降雨历时和I_(30))、坡度和植被盖度对坡面入渗特征的影响。结果表明:(1)11场产流降雨不同坡度土壤入渗量总体变化范围为6.58～70.91 mm,入渗补给系数为0.83～1.00,入渗率为0.22～19.35 mm/h;(2)土壤入渗量随降雨量呈线性增加(R~2=0.99,p0.01),入渗补给系数随I_(30)呈指数降低(R~2=0.91,p0.01),平均入渗率随降雨强度呈线性增加(R~2=0.71,p0.01),随降雨历时呈幂函数降低(R~2=0.99,p0.05);(3)坡度增大使得径流位移增长,导致入渗量、入渗补给系数和平均入渗率整体随坡度增大而呈幂函数增加,但当坡度25°时,因径流势能沿坡面方向分量增加,径流流速加快,上述入渗特征参数略有降低;(4)由于降雨量在植被生长周期内呈下降趋势,很大程度上导致植被对入渗特征的影响受控于降雨量,土壤入渗量表现出随着植被盖度的增加呈幂函数显著下降的趋势。总体而言,降雨特征和坡度是影响土壤入渗的主要因素,且土壤入渗特征参数可表示为降雨过程参数和坡度的综合幂函数方程;在入渗补给系数较高的情况下,植被覆盖对土壤入渗特征的影响减弱。研究结果对于坡面尺度降雨径流调控机制和生态水文过程研究具有重要意义。     

降雨非饱和入渗对土壤热量运移变化的影响

高温季节土壤表层温度非常高，土壤内部含水率较低，突发性降雨对于土壤温度动态变化和水热交换运移影响极大。为了揭示降雨非饱和入渗对土壤热量运移变化的影响，该研究建立了反映降雨入渗过程的土壤热量运移数学模型，编制了有限元数值计算程序，针对南京雨花台区典型土壤，开展了降雨非饱和入渗对土壤热量运移影响的数值计算与分析研究。结果表明：不考虑降雨入渗情况下，土壤温度变化与热量运移主要是表层土壤与环境之间的热交换作用引起，热量运移影响深度约0.2 m；降雨强度45 mm/h作用下，随降雨历时增加，雨水全部自由入渗到土壤内部，土壤内部基质吸力呈线性递减趋势，湿润锋面逐渐下移，土壤体积含水率快速增加；湿润锋过后的土壤体积含水率逐渐接近于饱和体积含水率，土壤入渗能力逐渐下降，直至趋于饱和入渗率；在降雨非饱和入渗影响下，入渗到土壤孔隙中的低温雨水与土壤颗粒发生热量交换，进而改变了原有土壤温度场分布，并随着降雨入渗深度的持续增加，降雨入渗过程对土壤热量运移的影响呈现逐渐减弱趋势。经过现场实测数据与模拟计算结果验证，随着降雨历时增加，土壤体积含水率实测值和数值计算值相对误差保持在±3.99%以内，均方根误差RMSE为0.01 cm3/cm3；土壤温度实测值和数值计算值的相关误差保持在±2.72%以内，均方根误差RMSE为0.55℃，模拟计算结果和现场实测数据均吻合较好，表明该模型对描述降雨非饱和入渗过程土壤热量运移规律的适应性较强，数值计算程序合理。研究成果可为农业水利工程与水土保持、土壤水文水资源的分布与利用、城市水资源控制与生态环境保护等领域提供重要参考。     

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

黄土高原水土保持措施强化降雨入渗分析及灰色预测

黄土高原水土流失综合治理是以强化降雨入渗,减少地表径流,阻止土壤侵蚀为目的。因此,治理区降雨入渗量的大小是衡量水土流失治理效果的关键指标之一。目前入渗量的计算多利用年总降雨量,由于在黄土地区小雨量或小强度的降雨具有与水土流失治理的零相关性,因而会导致对水土流失综合治理强化入渗作用估计的较大误差。提出用1a中产生径流的次降雨总量(产流降雨总量)计算入渗量。以西川河流域为例,采用1997—2001年的降雨径流资料,分别用年降雨总量与产流降雨总量推求降雨入渗系数,对比分析了入渗量随流域水土流失治理度的变化,结果表明:利用产流降雨总量能比较清晰地反映流域治理程度对降雨入渗的影响。在此基础上,采用GM(1,1)灰色动态模型预测西川河流域降雨入渗量随水土流失治理度的变化趋势。结果表明,GM(1,1)灰色模型能够合理地预测黄土高原水土保持措施对自然流域入渗量影响的变化趋势。     

土壤初始含水率和降雨强度对黏黄土入渗性能的影响

为研究初始含水率和降雨强度对土壤入渗性能的影响,采用径流-入流-出流法和双环入渗法测量比较,采用不同降雨强度（20、40和60mm／h）和3种土壤含水率（2．60％、10．4％和19．5％）进行试验比较。结果表明：土壤入渗性能随着降雨强度的增加而降低,随着初始含水率的增加而降低;双环法测量的土壤初始入渗率随着含水率增加而增加,稳定入渗率则随着含水率的增加而降低。同时,通过Kostiakov、Horton和Philip入渗模型对试验结果进行回归分析,径流-入流-出流法测量结果均优于双环法测量结果,而且Horton入渗模型回归结果优于其他人渗模型。     

施加PAM的坡地降雨入渗过程及其模型研究

作为一种新型高效的土壤结构改良剂 PAM,在一定条件下能显著地提高土壤入渗能力 ,减小坡面径流。采用室内人工模拟降雨试验 ,研究了不同 PAM覆盖度下降雨产流随时间的动态变化及其与雨强、坡度的关系 ,以及入渗率随时间的变化规律 ,分析了 PAM、坡度、雨强对入渗率的影响。结果表明 ,地表施加 PAM后土壤的入渗率及稳定入渗率都比未施 PAM显著提高。通过对比施加 PAM后 Kostiakov入渗模型与 Horton入渗模型的显著性 ,表明 Horton入渗公式的适用性更好     

PAM与不同土壤调理剂混合施用对降雨入渗和土壤侵蚀的影响

土壤中施用聚丙烯酰胺(PAM)可以提高降雨入渗率,减少土壤侵蚀量。PAM大多施用于土壤表面。为了研究PAM与不同土壤调理剂混合施用对入渗率和侵蚀量的影响,对PAM(22.5kg/hm2)与保水剂(45kg/hm2)、粉煤灰(1 500kg/hm2)、腐殖酸(900kg/hm2)混合的6种施用方法进行了试验。结果表明,施加了PAM的土壤调理剂均能显著提高降雨入渗率和减少土壤侵蚀量。与对照相比,施加了PAM处理的降雨入渗率较对照试验提高了1.8～2.7倍,土壤侵蚀量减少约50%～70%,PAM与粉煤灰和腐殖酸混合施用提高降雨入渗率效果最为显著,PAM和保水剂混合施用减少土壤侵蚀量最多,PAM与粉煤灰和腐殖酸混合施用相比单独施用PAM均没有显著性差异。综合比较结果发现,PAM与粉煤灰混合施用增加降雨入渗率和减少径流的效果最好,PAM与保水剂混合施用抗土壤侵蚀效果最好。     

太行山区侧柏林地人工降雨下的入渗特性

对降雨入渗的研究是揭示华北地区水源地来水量变化研究的基础。运用人工模拟降雨,在2个2m2的径流小区(编号为P1、P2,坡度分别为19.6°,11.7°)上研究了太行山区侧柏林地的入渗特性,分析了雨强、土壤前期含水量和坡度对入渗的影响。结果表明:(1)入渗过程经历了供水控制阶段和剖面控制阶段,在供水控制阶段,降雨全部入渗,雨强越大,初始入渗率越大;在剖面控制阶段,表观入渗率逐渐降低并直至稳定,而P2小区的首场降雨中表观入渗率却呈现出"先降低后升高"的特点且供水控制阶段时间更短;(2)雨强越大,初始入渗率越大。在P1小区,表观稳定入渗率随雨强增大而增大,这一现象并没有在P2小区出现;(3)土壤前期含水量越大,供水控制阶段的时间越短;对比场次降雨下的土壤负压势变化表明湿润锋运动速度随土壤前期含水量的增加而增快;(4)坡度较大的P1小区(19.6°),其平均表观稳定入渗率较大(0.57mm/min),P2小区(11.7°)的平均表观稳定入渗率较小(0.35mm/min)。     

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。     

饮用水源区小流域氮素污染负荷估算方法比较

采用输出系数法、通用土壤流失方程估算法、径流试验场法和相关关系法4种方法对密云土门西沟小流域非点源氮污染负荷进行估算。结果表明：输出系数法中的Johnes模型和考虑降雨影响的输出系数模型计算值相对误差比较大,考虑流域损失的输出系数模型计算结果与实测结果相对误差仅为5%;输出系数方法适用于资料比较缺乏的地区,输出系数的确定是提高估算精度的关键。对流域非点源污染发生类型区和类型单元进行详细划分,并将对各类型采用径流试验场法的监测结果推算到小流域就能减小估算相对误差;采用径流试验场法推算密云土门西沟小流域非点源氮污染负荷相对误差仅为8%;相关关系法通过建立降雨和污染负荷的关系,其估算值相对误差达到4%,此方法需要长期的降雨-水质监测数据;通用土壤流失方程估算法主要估算流域土壤侵蚀量,没有考虑径流对污染物输移过程中的沉积、起动和交换等问题,估算值会偏大。     

黄土降雨入渗过程中水分分布平衡点运动规律的研究

一、前言研究黄土地区降雨入渗,不仅与引起侵蚀的地表径流有关,而且对研究黄土地区的降雨滑坡也具有理论上和应用上的重要意义。多年来,国内外科学家虽然对土壤入渗进行了大量的研究工作,并在理论上和应用上都取得了一定的成就,但一些现象仍未搞清,特别是关于黄土地区降雨引起滑坡的入渗问题,尚未见到有关这方面的文章。