砒砂岩地区沙棘“柔性坝”拦沙与生态效应试验研究

沙棘植物“柔性坝”是一种防止沟道土壤侵蚀、拦沙保水的新型生物工程,尤其适合生态环境恶劣的砒砂岩地区。在内蒙古砒砂岩地区鄂尔多斯市准格尔旗东一支沟开展了沙棘植物“柔性坝”野外拦沙保水实验,泥沙颗粒级配分析结果表明,沟道“柔性坝”坝系普遍发生了淤积,与下游刚性谷坊配套使用可天然分选沟道里的泥沙——拦粗淤细,将粗沙拦截在沟道里,细沙淤在下游谷坊中,拦沙效果非常明显。“柔性坝”沟道土壤水分监测表明,沙棘植物“柔性坝”沟道土壤剖面含水量年内动态变化有着明显的差异,“柔性坝”可显著调节沟道土壤水分,提高水源涵养能力,促进“柔性坝”自我繁殖,实现坝体的自我增长。     

沙棘"柔性坝"对沟道土壤粒径分布影响的试验研究

沙棘“柔性坝”取得了良好的拦沙效果,为了进一步了解其对沟道土壤粒径分布的影响,试验测定了种植沙棘“柔性坝”的沟道内不同位置、不同深度的土壤颗粒级配,同时与一条未种植沙棘的小支沟进行了对比分析。结果表明：同未种植沙棘的沟道相比,由于沙棘的生长及其对坝内生态环境的逐渐改善,坝内淤积的泥沙整体上呈细化趋势,上游断面处此变化最为明显;受局部地形的影响,单个坝体内泥沙淤积无明驻规律;由于沙棘“柔性坝”的存在,沟道内泥沙粒径从上游到下游呈递减趋势,且沙棘对粒径大于0．25mm的粗颗粒泥沙具有较好的分选效果。     

沙棘植物对砒砂岩沟道土壤改良效应的研究

基于内蒙古砒砂岩地区准格尔旗东一支沟沙棘植物柔性坝野外水保试验,根据监测的土壤有机质数据,运用比较与统计分析的方法,研究了沙棘植物对沟道土壤的改良效应.结果表明,沙棘植物的存在,极大地提高了沟道土壤肥力,改善了植物群落的生长环境,对于该区生态环境的恢复与重建具有重要意义.沙棘柔性坝所形成的复合地表枯枝落叶层的腐殖质、根系的死亡代谢及分泌物都是沟道土壤有机质的重要来源;沙棘植物柔性坝沟道0-30 cm土壤层的有机质含量平均值要高出对比沟1.25倍;东一支沟沙棘柔性坝沟道土壤有机质含量从上游到下游表现出沿程增加的趋势;各典型沙棘柔性坝沿土壤剖面的有机质含量平均值是相应对比沟的约1.8倍;有机质沿土壤剖面的分布对比说明,沙棘植物的存在改变了沟道有机质沿土壤剖面的分布,这种分布有利于沙棘植物及砒砂岩沟道次生植物群落的生长与恢复.     

沙棘植物"柔性坝"沟道土壤水分时空动态变化研究

沙棘植物柔性坝是一种防止沟道土壤侵蚀、拦沙保水的新型生物工程,特别适合于生态环境恶劣的砒砂岩地区。在内蒙古准格尔旗砒砂岩地区东一支沟开展了沙棘植物柔性坝野外拦沙保水实验,结果表明,沙棘植物柔性坝各部位的土壤剖面含水量年内、年际时空动态变化有着明显的差异,沙棘植物柔性坝对沟道土壤水分具有显著的调节作用,降雨、地表植被种类、植被生长状况、土壤理化性质、地形和当地水文气象条件等是影响土壤水分时空变异的重要因子,而其中降雨和地表植被是主要影响因素。     

沙棘柔性坝对土壤有机质改善作用的试验研究

于2005年在内蒙古准格尔旗西召沟小流域进行了野外调查、采样及室内土壤有机质含量测定试验。结果表明，种植沙棘柔性坝的沟道土壤有机质含量远远大于未治理的对比沟，从而证实了沙棘柔性坝具有显著地提高沟道的土壤有机质含量，改善沟道土壤肥力生态效应。土壤有机质含量具有一定的垂向变化，大多数情况下表层土壤的有机质含量高于中、下层土壤；沟道及沙棘柔性坝的土壤有机质含量在纵向大致呈现由上游到下游缓慢递增的过程。沟道土壤有机质的这种纵向变化规律与沙棘植物柔性坝拦沙淤积厚度纵向变化规律相同。     

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。     

砒砂岩区沙棘植物柔性坝野外试验研究综述

素有“地球癌症”之称的砒砂岩区位于黄河粗泥沙集中来源区核心区域,平均侵蚀模数20 000 t/(km~2·a),其中粒径大于0.05 mm的粗泥沙含量高达80%左右。砒砂岩区沙棘植物柔性坝野外试验系统研究了该区土壤侵蚀的基本规律和分类系统、输沙机理、植物拦沙机理,以及植物柔性坝对水资源的调节作用,给出了支毛沟沟头沙棘植物柔性坝坝系系统工程技术和防止砒砂岩区土壤侵蚀的水土保持综合技术,为基岩产沙区的全方位治理和黄河粗泥沙治理提供了可靠的科学依据。     

砒砂岩区植物拦沙作用导致泥沙筛分效应研究

对黄河中上游砒砂岩区两个典型流域(东一支沟和对比沟)进行了实地调查,并对其监测资料进行了对比分析。结果发现,种植沙棘的东一支沟沟床表层泥沙颗粒级配累积曲线及整体粒径呈由上游至下游逐渐变细的分布特征,而没有种植水保植物的对比沟则呈不规则分布;同时发现,东一支沟沟床表层土中粒径大于1mm的粗沙含量比例平均仅为2.0%,而对比沟则达9.93%。研究表明沙棘植被的拦沙固沙作用导致沟床产生了泥沙筛分效应。     

黄河粗泥沙集中来源区沙棘生态项目减沙效果分析

自1985年将沙棘作为黄土高原治理的突破口以来,黄河水利委员会在黄河粗泥沙集中来源区北部砒砂岩地区大规模开展了沙棘资源建设工程,并取得显著成效;水利部1998年以来相继在国家立项实施了晋陕蒙砒砂岩区沙棘生态工程和晋陕蒙砒砂岩区窟野河流域生态减沙工程,形成了更大规模的治理效益。总结了3个沙棘治理项目的完成情况,分析了其建设效益和减沙效果。3个项目在粗泥沙集中来源区累计保存沙棘面积22.679万hm2,平均每年减沙2 414.6万t。     

沙棘“柔性坝”对土壤水分调控作用的试验研究

沙棘植物“柔性坝”拦沙淤积效果明显，为了探求沙棘“柔性坝”对土壤水分的调控作用，在内蒙古准格尔旗西召沟东一支沟小流域内对5座沙棘“柔性坝”开展了野外试验研究，同时在东一支沟左岸一未种植沙棘“柔性坝”的小支沟进行了对比试验。沿沟道及“柔性坝”坝体纵向设置若干断面，每个断面设2～3个采样点，每个采样点在1 m深度范围内分9层采集土样测定土壤含水率。试验结果表明：降雨后，沙棘“柔性坝”坝体土壤水分的垂向分布呈现降低型(土壤含水率随土层深度的增加而降低)；而对比沟各断面的土壤含水率的垂向分布则为增长型或波动型。这表明沙棘“柔性坝”有利于雨水下渗和增加土壤含水率，进而起到保水固土和促进植被生长的作用。从“柔性坝”坝体中部至上游淤积体，平均土壤含水率呈现纵向递增趋势；并基于达西定律探讨了断面平均土壤含水率与纵向距离之间的关系。     

韭园沟流域典型淤地坝淤粗排细作用研究

对韭园沟流域8座典型淤地坝坝内淤积物进行野外挖探坑观测取样,将坝内淤积物和马兰黄土颗粒级配进行对比,初步分析淤地坝的淤粗排细作用机理。在空间分布上,垂直分布,淤地坝坝内淤积物具有一定的沉积层理,即粉土层与黏土层相间分布;水平分布,同一沟道上游淤地坝较下游淤地坝淤积物粒径粗,单坝远坝处较近坝处淤积物粒径粗。工程结构上,有放水建筑物的淤地坝,控制面积决定了其淤粗排细效果;控制面积相近的淤地坝,有无放水建筑物决定了其淤粗排细效果;水毁坝也具有一定淤粗排细作用。     

黄土丘陵区小流域淤地坝泥沙沉积特征

了解淤地坝泥沙沉积特征是坝地泥沙输移过程及规律研究的基础和前提。该文通过对黄土丘陵区小流域淤地坝不同位置泥沙沉积剖面中各沉积旋回层厚度及粒径组成变化的分析,研究了淤地坝次洪水沉积过程中泥沙的再分布特征。结果表明:坝地内次洪水泥沙沉积过程为非均匀分布,各沉积旋回层厚度在纵剖面和横剖面都存在一定差异,早期沉积层厚度的起伏变化要大于后期的起伏变化。坝地泥沙粒径组成以粉粒为主,黏粒、粉粒和沙粒的平均含量分别为4.66%、58.78%和36.56%。坝地泥沙沉积过程中,各旋回层中黏粒、粉粒和沙粒的平均含量变化较小,但在坝地不同位置,土壤粒径组成发生了一定程度的分选。从坝尾到坝前,土壤质地粗化度显著下降,土壤粒径组成呈逐步细化的趋势。     

Fingerprinting Sediment Sources After an Extreme Rainstorm Event in a Small Catchment on the Loess Plateau,PR China

Soil erosion is a severe problem on China's Loess Plateau due to its fine‐grained soils and the increasing frequency of extreme rainfall events. Accordingly, this study used a 100‐year frequency rainstorm dataset to analyse sediment deposition and sources in a 27‐km² catchment with a dam field area of 0·14 km² based on the hypothesis that sediments were intercepted by the dam (before collapse) during the rainstorm event and deposited in the dam field. This study applied composite fingerprinting, which revealed the sediment source contributions and estimated sediment deposition. Sediment deposition (626·4 kg m⁻²) decreased linearly or exponentially with increasing distance from the dam. Composite fingerprints based on the optimal parameters revealed relative sediment contributions of 44·1% ± 25·5%, 37·7% ± 35·0%, 9·0% ± 11·4% and 9·2% ± 11·5% by bare ground, croplands, grassland and forests, respectively. The 5‐year cumulative sediment deposition from normal rainfall was 2·3 × 10⁴ t less than the extreme rainstorm. Bare grounds and croplands were the dominant sediment sources following both the extreme rainstorm and normal erosive rainfall events but varied at different areas of the check‐dam. Erosion patterns and start times depended on land use type, thereby affecting sediment profiles in the dam field. Furthermore, severe erosion from bare ground that were all gully slopes and gully walls occurred throughout the rainfall, whereas grasslands and forest erosion occurred earlier and croplands later. Finally, extreme rainfall promoted mass wasting on slopes, gully slopes and gully walls, which are important in determining extreme rainstorm erosion pattern variation. This study aimed to reveal erosion pattern variation under extreme rainstorm events. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

特大暴雨条件下小流域沟道的泥沙连通性及其影响因素——以陕西省子洲县为例

[目的]研究特大暴雨条件下小流域沟道泥沙输移路径、泥沙连通程度及其影响因素,旨在探讨水库溃坝的原因,为沟道防洪措施的布设提供依据。[方法]以陕西省子洲县"7·26"暴雨条件下小流域沟道泥沙连通情况为例,选取面积相近、形状相异的清水沟和蛇家沟小流域,对沟道泥沙淤积情况进行现场调查,同时将沟道分为坝地沟段和自然沟段,选取流域面积与形状系数、沟道比降,以及淤地坝的类型与分布进行对比分析两个小流域沟道泥沙连通性的差异。[结果]在此次特大暴雨条件下,清水沟和蛇家沟的淤地坝大都呈现打开状态,由上游到下游清水沟泥沙连通性呈现较强的增长趋势,蛇家沟泥沙连通性则呈现先增长后减弱的趋势。整体上清水沟的泥沙连通性比蛇家沟的强,且清水沟流域的土壤侵蚀也较为严重。串联和混联坝系以及修建有卧管、竖井和排水渠的淤地坝防洪能力更强。[结论]流域面积、流域形状和沟道比降均影响着沟道泥沙的连通性,而淤地坝类型及分布是影响沟道泥沙连通性的主导因子。