利用稀土元素示踪三峡库区小流域模型泥沙来源

通过建立三峡库区小流域模型,实施降雨强度分别为60,90,120mm/h的3场人工模拟降雨,并结合REE示踪技术,对小流域模型侵蚀产沙过程进行定量研究。结果表明:3场降雨中,小流域不同地貌部位侵蚀量随着降雨的持续均呈现不同规律的波动性变化。而在土壤侵蚀量的贡献率方面,除Ⅵ区呈现先急剧减小后趋于稳定及V区呈现增加后减小的趋势外,其他各区均呈现稳定增长并趋于稳定。总体来看,沟道系统的侵蚀贡献率均大于坡面系统,并呈现沟道系统贡献率逐渐减小,坡面系统贡献率逐渐增加的趋势。3场降雨试验的实测土壤侵蚀量与示踪计算土壤侵蚀量对比,证明示踪结果具有一定准确性。     

水土保持措施对无定河流域沟道-河道系统泥沙收支平衡的影响

流域系统可以分为坡面系统和沟道-河道系统2大单元,可以分别建立泥沙收支平衡关系。结果表明：1）实施水土保持措施以后,无定河流域系统泥沙收支平衡中各变量均随时间而变化。沟道-河道系统泥沙输移比发生了极显著的减小趋势,泥沙存储量发生了显著的增大趋势,流域产沙量的变化发生了较显著的减小趋势,坡面净侵蚀量有所减少,但变化趋势不显著。2）对于不同的泥沙收支平衡变量的变化而言,水土保持措施变化和降雨变化的贡献率是不同的;对坡面净侵蚀量的变化而言,汛期降雨的变化起着决定性的作用,贡献率高达90.82%,坡面水土保持措施的贡献率仅为9.18%;对沟道河道系统泥沙存储量的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达76.16%,汛期降雨变化的贡献率仅为23.81%;对流域产沙量的变化而言,汛期降雨和水土保持措施的变化都起着重要作用,前者贡献率为57.84%,后者贡献率为42.16%。3）对沟道-河道系统泥沙输移比RSDRc的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达87.27%,汛期降雨变化的贡献率仅为12.73%。     

7Be示踪坡耕地次降雨细沟与细沟间侵蚀

对于坡面细沟与细沟间侵蚀过程的了解是建立侵蚀预报模型的基础,但传统方法难以对其进行深入研究。利用7Be示踪技术并结合人工模拟降雨,考虑坡脚沉积作用,研究了25°坡耕地径流小区次降雨过程中细沟与细沟间侵蚀动态。结果表明：根据流出径流小区泥沙7Be含量变化计算坡面明显细沟出现时间,由于坡脚沉积作用使得A、B两试验小区这一时间比实际细沟出现分别延迟了45 min和11 min;根据坡面-侵蚀泥沙中7Be总量守恒和泥沙质量平衡原理,坡面细沟间侵蚀及细沟侵蚀在坡面总侵蚀、坡脚沉积区泥沙及流出径流小区泥沙中的比例被定量区分开;总体上,细沟间侵蚀量在径流泥沙中的比例逐渐减少,而细沟侵蚀量逐渐增加。两试验小区中7Be示踪计算坡面细沟侵蚀量和坡脚沉积量与实测值相比相对误差均较小,因此7Be示踪技术可以对土壤侵蚀进行较为准确地定量研究。     

黄土高原坡沟系统侵蚀泥沙来源模拟试验

为了进一步明确黄土高原坡沟系统侵蚀泥沙主要来源及其动态变化过程,该文利用室内概化坡沟系统模型,结合稀土元素（REE）示踪技术,采用放水冲刷试验,对黄土高原的坡沟系统侵蚀泥沙来源问题进行了研究。结果表明,在该试验的坡沟系统中,侵蚀泥沙主要来自坡沟系统的坡面,距离坡面顶端2 m的侵蚀产沙量占到坡面总侵蚀量的57%～74%,沟坡部分的侵蚀产沙量较少;坡面部分的4种示踪元素侵蚀带,在流量为6、8、10和14 L/min时,各个侵蚀带的侵蚀量大小依次为La元素示踪带＞Ce元素示踪带＞Tb元素示踪带＞Sm元素示踪带,但在流量为12 L/min时,侵蚀量大小依次为La元素示踪带＞Ce元素示踪带＞Sm元素示踪带＞Tb元素示踪带;坡面侵蚀产沙泥沙百分比随着冲刷历时的增长,总体上呈现出波动式的递增趋势,25 min以后又开始减小,沟坡侵蚀产沙量的变化趋势与坡面相反。研究为黄土高原小流域坡沟的治理提供了科学依据。     

基于GIS的次降雨分布式土壤侵蚀模型构建——以晋西王家沟流域为例

利用野外试验小区观测与人工模拟降雨资料,在定量分析羊道沟小流域坡面—沟坡—沟道侵蚀产沙关系基础上,建立了羊道沟小流域侵蚀产沙模型。借助GIS技术,将王家沟小流域划分为40个沟间地、40个沟坡地及它们组成的40个子流域和一个输水输沙通道。通过对比分析每个子流域降雨、地貌、治理、植被覆盖、耕作措施和土壤6个主要侵蚀产沙影响因子与羊道沟小流域各因子的关系,得到王家沟各子流域相对于羊道沟小流域侵蚀产沙模型相应参数的修正系数,结合王家沟流域主沟道泥沙输移关系,建立了王家沟流域次降雨分布式侵蚀产沙模型。利用王家沟流域1963-1968年22次天然降雨资料,对模型进行检验,结果较为理想,预测精度达到55％。     

小流域坡沟侵蚀关系的模拟试验研究

由于研究方法和研究流域的不同，关于小流域的坡沟侵蚀关系仍有不同的观点，通过室内模拟试验，研究了小流域的坡沟侵蚀关系，结果表明，小流域的坡沟侵蚀关系随小流域的沟道发育而变人,现出沟道侵蚀量逐渐减少，坡面侵蚀量逐渐增大总趋势，在次降雨中，也表现出类似的变化过程。     

坡面侵蚀分布特征动态变化过程的REE示踪法研究

本文利用REE示踪技术 ,初步探讨了野外全坡长小区在次降雨过程中 ,坡面侵蚀时空分布的动态变化过程。结果表明 :利用REE示踪法不仅可以准确地测定坡面不同地形部位的相对侵蚀量 ,还可通过对侵蚀过程样的分析 ,较为客观揭示降雨侵蚀过程中坡面各部位相对侵蚀量的时空变化趋势。坡面各部位相对侵蚀量随时间的变化可能存在三种模式 ,增长递减型、递增型和波动型。其最大侵蚀部位主要集中在坡面中段 ,并随降雨的持续 ,存在向坡面下部移动的趋势。     

不同土地利用方式下赤红壤坡面土壤侵蚀特征

为探究降雨和土地利用对南方赤红壤坡面侵蚀特征的影响,通过天然降雨观测试验,定量分析不同土地利用方式(坡耕地、果园、人工草地和撂荒地)下坡面径流和侵蚀泥沙特征,探讨降雨类型及土地利用对坡面侵蚀产沙的影响以及降雨特征参数与坡面水沙指标间的关系。结果表明:(1)2018年研究区降雨主要集中在5—9月,且每月降雨量主要由一场或几场暴雨及大暴雨组成;(2)坡耕地坡面年径流量和年侵蚀量均最大,分别是果园、人工草地以及撂荒地处理下的3.4,8.0,6.0倍和340.5,1605.3,1720.3倍;(2)次降雨下,坡面径流量在年内表现为前期平稳,后期波动增加,侵蚀量表现为前期波动较大,后期变化相对平稳,且侵蚀产沙主要集中在前期;(3)不同土地利用方式下,暴雨及大暴雨产生的径流量均占年径流量的75%以上,坡耕地、果园、人工草地以及撂荒地处理下由暴雨和大暴雨产生的侵蚀量分别占年侵蚀量的99.1%,71.8%,52.3%和51.6%;(4)降雨量和最大30min降雨强度是影响赤红壤坡面侵蚀最重要的降雨特征参数,降雨历时和植被覆盖度均显著影响果园、人工草地及撂荒地坡面径流量。研究结果有助于明晰南方赤红壤区不同土地利用现状土壤侵蚀特征,为区域水土保持提供参考依据。     

北方土石山区小流域综合治理措施及效应研究

通过野外坡面径流小区观测和沟道断面定点监测,对不同降雨特征条件下不同水土保持措施坡面水沙过程进行对比研究,分析了前期降雨、降雨特征与产流产沙的关系,并对林草植被的水土保持效果进行了探讨。结果表明．相同降雨和水土保持措施处理下,存在前期降雨事件的小区径流量和泥沙量明显偏大。两场降雨的降雨特征差异越大,不同处理下的径流量和产沙量的差异亦越大。水土保持措施通过改变下垫面状况可以削弱降雨特征对径流产沙的影响。水平梯田的拦沙蓄水效果最高,植物措施结合适当整地同样可以取络良好的水土保持效果,而封禁治理初期必须辅助以工程措施为植被的恢复创造条件。沟头防护措施可以减少沟道径流,有效抑制沟道土壤侵蚀。     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤侵蚀及其预报模型研究

在小流域内建立人工径流试验小区和自然坡面径流试验小区,观测天然降雨条件下的土壤侵蚀现象、土壤侵蚀量和小流域出口治沟骨干工程的淤积量,并对小流域土壤侵蚀进行了分类。在特别界定小流域"坡面侵蚀"、"沟道侵蚀"和沟道"重力侵蚀"词语含义的基础上,建立起坡面侵蚀模数和沟道侵蚀模数的预报模型。该侵蚀预报模型具有较高的精度,适用于年降雨量为430mm左右的黄土丘陵沟壑区。     

Analysis and modeling of soil conservation measures in the Three Gorges Reservoir Area in China

Experimental plots were constructed in the Zhangjiachong Watershed of the Three Gorges Reservoir Area to evaluate soil erosion of traditional slope land farming and effects of soil conservation measures. Surface runoff and sediment from the watershed and each plot were collected and measured during 2004–2007. Field investigations indicated that hedgerows were the best for soil erosion control, followed by stone dike terraces and soil dike terraces. The Water Erosion Prediction Project (WEPP) model was used to simulate erosion of annual and rainfall events both at the watershed and plot levels. The low deviation, high coefficient of determination and model efficiency values for the simulations indicated that the WEPP model was a suitable model. The soil erosion rate distribution was modeled to determine where serious erosion would occur during rainfall events in the Zhangjiachong Watershed and so control measures can be taken.     

三峡库区小流域产流产沙试验研究

通过建立三峡库区小流域缩微模型,分别进行了3场人工模拟降雨试验(降雨强度分别为60,90,120 mm/h),对小流域产流产沙过程进行了研究。结果表明,3场降雨试验的产流量及产沙量均随降雨强度的增加而增加,但产流量的增加幅度远大于产沙量。产流量在3场降雨过程中均随径流时间呈现先增大后趋于稳定的趋势,但产沙量变化规律较为复杂。在各场次降雨下,累积产流量和累积产沙量均随降雨历时的增加呈线性函数规律变化。3场降雨产流的含沙量均呈波动形式变化。     

沟坡侵蚀REE示踪法试验研究初探

为解决野外小流域泥沙来源研究中REE的施放问题,在室内利用人工模拟降雨的方法,对坡面一沟坡连续体模型REE施放方法进行了试验研究。结果表明,对于坡度较陡,汇流相对集中的沟坡部位,可采用点穴施放法布设稀土元素,但仍需掺土,若布设纳稀土元素实际操作难度较大。在此基础上,提出了在野外小流域泥沙来源观测中可采用网格法布设点穴,并对其产沙量计算亦提出了相应的设想及方法。     

紫色土区小流域侵蚀产沙对水土保持措施的响应

探讨降雨量与水土保持措施对流域水沙关系的影响,对流域水土流失预报和水土保持效益评价具有十分重要的科学意义,但在紫色土区这方面的研究还相当薄弱。以鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟实测降雨径流泥沙数据为基础,分析了水土保持措施对流域径流、泥沙及水沙关系的影响。结果表明:流域治理后期,降雨产流量变化率、降雨产沙量变化率均减小,随着降雨的增多,水土保持措施对径流、产沙的影响效应增强;暴雨强度愈小,降雨量愈少,水土保持径流拦蓄作用愈显著;但降雨量愈大,泥沙拦蓄作用愈显著;流域减水量一般在30%~70%,而减沙量都高于90%,减沙量明显高于减水量;由于水土保持综合治理的作用,1989年后的多年平均径流量较1989年前减少33.11%,多年平均产沙量减少90.50%。     

基于盲数理论与GIS的小江流域吸附态磷污染负荷模拟研究

根据三峡库区小江流域水文、地理和非点源污染等特点,通过分析引起流域吸附态污染负荷年际变化的主要因素,提出了流域土壤侵蚀模数、输沙模数的动态计算方法。鉴于与吸附态污染负荷有关的流域降雨、土壤、地形、植被、水土保持、泥沙输移比等因素具有空间不确定性的特点,构建了基于盲数理论的非点源吸附态磷污染负荷动态分布模型。应用所构建的模型,借助GIS技术,模拟和定量计算了小江流域1997--2007年各年的土壤侵蚀模数和吸附态磷负荷量。模拟结果表明,降雨侵蚀力因子和地表径流量是流域内吸附态磷负荷年际变化的重要因素;而吸附态非点源磷负荷的空间变化与土地利用类型关系密切,不同土地利用类型输出磷负荷的大小依次为：旱田及混合地、草地、水田、林地和城镇用地。通过验证表明,所建模型合理,运用盲数理论来研究流域非点源吸附态负荷可行。     

三峡库区水土流失综合治理优先小流域识别方法

三峡库区水土流失严重,开展水土流失综合治理是减少入库泥沙和提高三峡工程综合效益的关键,而如何高效识别优先小流域,则是提高治理资金效益和科学决策的基础。以重庆市合川区为例,在区域土壤侵蚀评价的基础上,提出了水土流失面积法、土地利用-水土流失面积法和坡度-水土流失面积法3种优先小流域识别方法,并对其进行了比较分析。结果表明,坡度-水土流失面积法识别的优先小流域水土流失面积占比接近于水土流失面积法,同时又将坡度较大以及耕地、园地和采矿用地面积占比较大的小流域识别出来,纳入优先小流域中,是3种方法中最优的识别方法。研究结果可为三峡库区或同类型地区小流域水土流失治理规划与实施顺序决策提供借鉴和参考。     

密云水库土门西沟流域非点源污染负荷估算

密云水库水质影响北京市地表饮用水源质量,非点源污染成为密云水库水质下降的主要原因。为了满足水资源管理规划,在密云水库土门西沟小流域内根据不同的水土保持措施选择6个径流小区,主要有：板栗林、油松林、刺槐林、混交林、灌木林、梯田,于2007年对小区地表径流进行水质水量的监测。运用RUSLE公式和SCS法估算流域内不同水土保持措施的非点源污染负荷,利用ArcGIS工具绘制了土壤侵蚀量空间分布图。结果表明：土门西沟小流域非点源污染物主要来源于土壤侵蚀,泥沙中的吸附态是非点源污染物存在的主要形式;其次土门西沟小流域不同水土保持措施单位面积的污染负荷输出由大到小排列顺序为,经济林＞阔叶林＞灌木林＞针叶林＞混交林＞梯田。研究结果表明减少经济林来增加混交林用地面积,提高水源林的覆盖率,梯田可以维持现有的用地状况,禁止陡坡栽种农作物,坡脚和沟道农地采取梯田的耕种方式,以此来达到控制非点源污染的目的。跟以往研究得出的结论相反,梯田非点源污染负荷比林地小,主要是因为梯田相对坡耕地大大增加了地表入渗量,此外是因为梯田施用有机肥料,减少非点源污染。     

三峡库区端坊溪小流域的森林水文效益

 三峡库区的森林水文作用,对于长江三峡水利枢纽工程的安全运行和效益发挥具有重要意义,对于改善和维持三峡库区的生态环境具有重要作用。根据1992— 2000年实测降雨、径流等观测资料,分析了三峡库区端坊溪小流域森林的林冠截留作用、林地枯落物的水文作用及森林覆盖率与土壤容重、土壤孔隙和小流域径流的关系。结果表明:三峡库区端坊溪小流域不同树种枝条基部直径与枝叶质量呈线性正相关,不同树种枝叶容水量与枝叶质量呈线性正相关,不同森林类型在场降雨中,林冠截留量为0.38～8.78mm,截留率为10.27%～49.48%,林冠截留量与降雨量呈幂函数关系;随着森林覆盖率的增加,林地的土壤容重减少,总孔隙度增加;主要森林类型中,针阔混交林林地枯落物的饱和持水量最大,端坊溪小流域枯落物层截留量可达到降水量的2.8%～6.3%;小流域径流量与同期降水量呈线性正相关。端坊溪小流域森林覆盖率每增加1%,小流域汛期径流深减少6.95mm。     

三峡库区典型农业小流域次降雨产沙过程及其影响因素

为探究引起三峡库区农业小流域土壤侵蚀的主要次降雨因子,通过天然降雨观测资料,分析忠县石盘丘小流域2019年侵蚀性降雨年内分布特征和典型次降雨条件下A和B 2个集水区产沙过程的变化规律,采用相关性分析方法,揭示次降雨产沙的主要影响因素。结果表明:(1)全年119场降雨资料中,有19场为侵蚀性降雨。全年侵蚀性中雨共发生10次,是侵蚀性降雨中最常见的降雨类型。暴雨及以上降雨是造成研究区产沙量最大的降雨类型。(2)在典型中雨、大雨和暴雨产沙事件中,B集水区产沙量分别是A集水区的5.13,1.66,7.56倍。对3场典型次降雨产沙过程进行分析发现,B集水区产沙过程线随降雨历时的延长,变化程度更剧烈。(3)各PIn因子与研究区产沙量的相关性系数大小排序为PI30>PI10>PI15>PI60>PI5>PI90>PI。对各类降雨因子与研究区的产沙量进行相关性分析,系数大小排序为P>PIn>In>I>T。A、B集水区产沙量与次降雨量P和PI30均存在极显著正相关性。总之,在三峡库区开展水土保持工作时,要加强对暴雨及以上降雨造成农业小流域水土流失的监测与预警响应能力;P和PI30能较好地反映三峡库区天然次降雨对农业小流域侵蚀产沙的影响;对天然降雨条件下的次降雨侵蚀力进行估算时,可将PI30作为主要参考因子;农林水复合生态系统与结构简单的传统农耕模式相比,具有更丰富多元的层次结构,不仅能全面开发利用小流域的农业资源,更有利于保持水土,且其对降雨环境变化的适应性也更强。     

晋西黄土区不同植被覆盖小流域的产流输沙特性

为了进行不同植被覆盖小流域的产流输沙研究,以山西省吉县蔡家川流域内部嵌套的3个典型小流域为研究对象,采用对比分析的方法,探索降雨特性和植被覆盖条件对流域产流输沙的影响。结果表明:小流域产生的径流量和输沙量均随着降雨量的增大而增大,但并不成一定比例;小流域的径流量和输沙量也随降雨强度的增大而增大,泥沙量的增长幅度大于径流量;在黄土区,短历时的暴雨易产生严重水土流失,应该作为水土流失预防的重点;在不同植被覆盖条件下,以封禁植被为主的小流域产生的径流量和输沙量最小,人工植被为主的小流域次之,水平梯田为主的小流域最大;在封禁条件下自然恢复植被为主的小流域对黄土区典型暴雨的水土流失预防效果最佳。因此,如何在水土流失严重的黄土高原地区仿拟自然进行植被恢复,是有效控制水土流失的关键。