砒砂岩区小流域坡沟系统地形及侵蚀分异规律

作为黄河流域典型生态脆弱区之一的砒砂岩区,水土流失治理难度大,区域地形、侵蚀在坡沟系统的分布迥异。区域土壤侵蚀研究多集中于刻画侵蚀空间分布及不同地类差异性研究,从坡沟系统细化开展研究工作较少,不能较好地为后续精细化治理提供支撑。因此,选取位于准格尔旗的3个典型砒砂岩区小流域,结合目视解译的流域沟沿线,开展了流域地形、水力侵蚀分布规律及其关联性研究。结果表明:流域地形因子分布特征与地貌特征分布一致,高值集中分布在沟道,低值则集中在坡面,且特拉沟小流域(覆沙)沟道处的地形因子统计值最大;砒砂岩典型流域水力侵蚀在坡面、沟道空间分布存在差异,流域坡面以微度侵蚀为主,占比达87%~97%,沟道微度侵蚀占比较坡面该值下降54%~72%,什卜尔泰支沟(裸露)沟道处的水力侵蚀模数均值最高,达97.5 t/(hm²·a);坡度、地表粗糙度、地表切割深度与水力侵蚀模数呈显著正相关关系(p<0.001),阳坡成为强度侵蚀以上单元的主要分布坡向,占比达56.8%~75.8%。因此,该区在后续小流域综合治理过程中,沟道及其阳坡是亟待加强的区域。     

黄土丘陵沟壑区小流域侵旬产沙的地貌分带研究

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律,将晋西羊道沟小流域划分为坡面、沟坡和沟道3个大的地貌单元;并在坡面、沟坡和沟道不同的地貌部位建立了相应的侵蚀产沙关系式;在CIS空间分析的基础上,计算出流的汇流网络,并引入到地貌分带研究中,计算结果反映了小流域不同地貌单元的侵蚀产沙规律,揭示了水沙汇流的小流域产沙中的重要意义。     

近20年水蚀风蚀交错区小流域侵蚀及坡—沟产沙演变的粒径对比分析

以神木六道沟小流域为例,分析10座小型淤地坝年淤积沙量、产沙地层出露分布及其土壤粒径,基于“侵蚀—沉积”相关原理和粒径对比分析,探讨了近20年来该流域坡—沟侵蚀关系的演变方向及程度.结果表明:1992到2010年,该流域侵蚀模数由150 t/(hm2·a)减少到31.01 t/(hm2·a),减少幅度达80％.马兰黄土、离石黄土等各侵蚀产沙地层的侵蚀模数均大幅下降约80％.近20年前后,流域坡面和沟道侵蚀量分别由78.70,298.25 t/(hm2·a)减至21.23,50.74 t/(hm2·a).坡—沟侵蚀量相对比例由3.5∶6.5改变为4.6∶5.4.植被改善显著削弱了流域坡面的土壤侵蚀以及径流下沟对沟道侵蚀的增沙效应.     

黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙的地貌分带研究

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律,将晋西羊道沟小流域划分为坡面、沟坡和沟道3个大的地貌单元;并在坡面、沟坡和沟道不同的地貌部位建立了相应的侵蚀产沙关系式;在GIS空间分析的基础上,计算出流域的汇流网络,并引入到地貌分带研究中,计算结果反映了小流域不同地貌单元的侵蚀产沙规律,揭示了水沙汇流在小流域产沙中的重要意义.     

羊道沟流域侵蚀产沙模型原型选定问题

侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。土壤侵蚀模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个不同层次。在坡面尺度上,主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度上,不但考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙的影响、重力侵蚀及泥沙输移情况;在区域尺度上则主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。通过分析国内外常用的不同尺度上的侵蚀产沙模型及其最新发展情况,并借鉴羊道沟流域研究的丰富经验,提出了羊道沟流域作为王家沟流域-侵蚀产沙单元的侵蚀产沙概念模型,为流域侵蚀产沙模型尺度之间转换提供借鉴。     

黄土沟道重力侵蚀地貌因素分析

地貌是黄土沟道中重力侵蚀发生的重要条件。基于对黄土沟壑区桥沟小流域的实地观测和DEM数据,从沟道侵蚀的垂直分带性、沟道地貌发育的阶段性、坡面坡度分布等方面分析了流域地貌因素对重力侵蚀的影响。研究表明,桥沟流域存在<20°、20°～32°、32°～42°、>42°四个类型的坡面,其中30°左右是梁峁坡的临界坡面,40°左右是坡积物堆积坡的临界坡面,42°以上可以作为沟坡的判定界限。对不同坡度坡面水流输沙能力进行对比,可以估算出桥沟流域典型坡面重力侵蚀产沙量占总产沙量的42%左右。     

淤地坝控制黄土高原坡沟系统重力侵蚀的空间特征

基于有限元技术,建立了关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,结果发现随淤地坝坝地的淤高,坡沟系统的稳定性和滑塌量分别增强和减少,其随坝地淤高的变化分别满足二项式和直线规律;通过软件模拟计算,结果发现在坡沟系统重力侵蚀中,随着淤地坝的淤高,峁坡和沟坡滑塌物的体积和重量之比基本为1:50;峁坡滑塌物的体积和重量占总滑塌物的体积和重量的2%,而沟坡滑塌物的体积和重量占总滑塌物的体积和重量的98%,沟坡重力侵蚀是沟道泥沙的主要来源。该研究结果可为小流域沟道重力侵蚀的预报和侵蚀量的评估提供重要参数和科学依据。     

黄土丘陵沟壑区沟道小流域泥沙存贮-释放初探

选取团山沟为单元沟道小流域,依据实测资料,采用RUSLE模型架构计算坡面侵蚀量的同时,考虑沟道侵蚀,在此基础上对20世纪60年代蛇家沟、驼尔巷沟和80年代岔巴沟土壤侵蚀情况进行计算.结果表明:模拟岔巴沟流域侵蚀情况较好,60年代蛇家沟和驼尔巷沟泥沙输移比分别为0.73和1.03,80年代岔巴沟流域泥沙输移比为0.325.     

坡沟系统侵蚀产沙特征模拟试验研究

坡沟系统介于坡面尺度和流域尺度之间，揭示其侵蚀产沙特征对于认识流域侵蚀产沙及建立流域土壤侵蚀预报模型有重要意义。采用放水冲刷法，通过2.125、3.205、5.250、7.185 L/min 4个不同的放水流量，在4 m长坡面(坡度为20°)和3 m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统上，对坡沟系统的侵蚀产沙特征进行了模拟试验研究。结果表明：对试验条件下的每一个放水流量来说，坡沟系统内的侵蚀产沙垂直分布都呈双峰曲线，侵蚀量的变化均呈现出沿坡沟系统从上到下先减小后增大再减小的趋势。沟坡部分的侵蚀量占全坡侵蚀量的百分比由放水流量2.125 L/min时的38.13％，增加到放水流量7.185 L/min时的56.01％。对于黄土高原水土流失治理，单纯治坡或治沟均不能明显减少土壤流失量，采取坡、沟兼治才是有效减少土壤流失的有效措施。     

三峡库区小流域模型侵蚀产沙空间分布试验研究

小流域是水土保持研究的基本单元,对其不同地貌部位泥沙来源及侵蚀过程的了解是预测和防治流域水土流失的重点。通过建立三峡库区小流域模型,实施降雨强度分别为60,90,120 mm/h的三场人工模拟降雨,并结合REE示踪技术,对小流域模型侵蚀产沙空间分布进行了定量研究。结果表明:三场降雨径流量及侵蚀量均随雨强增加,但径流量的增加幅度远大于侵蚀量。小流域内侵蚀量及相对贡献率空间分布规律一致,均是主沟沟道Ⅴ、Ⅵ区最大,靠近主沟的Ⅱ、Ⅳ及Ⅷ次之,位于小流域边缘的Ⅰ、Ⅲ及Ⅶ三区侵蚀量相对较小。总体来看,沟道系统的侵蚀贡献率均大于坡面系统,呈现沟道系统的泥沙贡献率逐渐减小,坡面系统泥沙贡献率则逐渐增大的趋势。本研究为REE示踪技术在三峡库区小流域的应用提供了技术参考,并为该地区水土保持的开展提供理论依据。     

晋西黄土区小流域泥沙来源分析

以晋西黄土区小流域为研究对象,选择了7个典型小流域,根据14 a的定位观测结果,对流域泥沙来源进行了分析.结果表明,按小流域泥沙来源的地貌部位划分,沟谷地(沟头、沟道和沟坡)产沙量＞沟间地(坡面、梁峁坡)产沙量,沟谷地产沙量占流域总产沙量的60%以上,沟谷地侵蚀模数是沟间地的1.28～2.48倍,坡耕地、裸露地是主要产沙地类.     

流域侵蚀强度空间分异及动态变化模拟研究

流域侵蚀强度空间分异是小流域泥沙来源研究的重要内容之一。该文以小流域模型模拟试验为基础，利用人工模拟降雨、近景摄影测量和GIS技术，对流域模型不同空间部位的侵蚀强度及其随流域所处发育阶段的动态变化进行了研究。研究结果表明：依据次降雨相对侵蚀模数REM将历经25场模拟降雨的小流域模型发育过程划分为初期时段、活跃时段和稳定时段。沟谷侵蚀强度在整个流域模型发育过程中一直大于坡面；在流域发育初期时段至活跃时段前期，主沟侵蚀强度大于支沟，流域下部侵蚀强度大于中部和上部；在流域发育活跃时段后期，主沟侵蚀强度低于支沟，流域中部和下部侵蚀强度快速增长并达到峰值；在稳定期时段，主沟和支沟侵蚀强度变化趋于同步，流域上部的侵蚀强度高于中部和下部。流域侵蚀强度的时空分布特征对于小流域水土流失综合治理具有科学指导意义。     

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％。     

黄河中游小流域的泥沙来源研究

由于研究方法和手段的差异,已往黄河中游小流域的泥沙来源研究均以地貌部位确定泥沙来源,根据坡面水下沟的“净产沙”原理,在分析黄河中地区典型小流域沟侵蚀关系与产沙机理的基础上,运用成因分析法的概念分析和确定了小流域的泥沙来源,结果表明,在体现不同地貌部位在小流域汇流与产沙中的侵蚀作用机理方面,也就是从不同地貌部位泥沙产生的根源上看,黄河中游小流域的泥沙主要来自坡面,证实了黄河中游地区“治坡为主,坡沟兼治”治理方针的正确性。     

黄土高原坡沟系统重力侵蚀数值模拟研究

采用有限差分软件FLAC3D对黄土高原坡沟系统重力侵蚀机理进行探索,对坡沟系统应力场和位移场进行数值模拟,分析了不同侵蚀基准面抬升高度对坡沟稳定性及重力侵蚀的影响。结果表明,随侵蚀基准面逐渐抬升,坡沟系统逐渐稳定,最大位移、安全系数及滑塌概率的变化符合指数函数分布规律。拟合方程精度较高,可应用于坡沟重力侵蚀的定性分析与定量计算。凹形边坡整体几何形态能够有效降低应力集中,减缓重力侵蚀的发生程度;坡沟系统上部位移是以"沉降"模式为主,梁峁顶和梁峁坡是重力侵蚀最为强烈的部位。随侵蚀基准面逐渐抬升,各方向位移均有不同程度降低。     

坡沟系统水动力因子的坡长效应研究

基于可调控的放水冲刷试验,建立黄土高原典型沟壑区坡沟系统试验模型,研究不同放水流量和坡长条件下坡沟系统各过水断面水动力参数的变化特征,为研究坡沟系统水蚀过程作用机理提供科学依据。通过室内放水冲刷试验,采用5个放水流量(6,8,10,12,14L/min)和3个坡长(4,6,8m)研究坡沟系统侵蚀动力因子的坡长效应。结果表明:坡沟系统中沿程各过水断面的雷诺数随放水流量的增大而增大,且不同放水流量和坡长条件下坡面雷诺数明显大于沟道。弗劳德数在坡沟系统中沿程变化过程中逐渐增大,且沟道增长速率明显大于坡面;不同坡长条件下放水流量为10L/min时,弗劳德数远大于其他放水流量。相同放水流量条件下,沟道的径流流速明显大于坡面,坡沟系统的坡面径流流速相对沟道明显稳定且变化范围较小。不同坡长条件下放水流量为10L/min时沿程阻力系数值从2号断面急剧减小到0.03~0.05范围之内,且远小于其他放水流量下同断面的阻力系数值;相同放水流量条件下(除10L/min外),坡长越小,坡面和沟道的波动性相对越小,且坡面处的波动值大于沟道。径流侵蚀功率与雷诺数、弗劳德数、流速显著相关,与雷诺数呈对数函数关系,而与弗劳德数、流速和沿程Darcy-Weisbach阻力系数值呈幂函数关系。研究结果表明,坡长能够影响坡沟系统中坡面和沟道的侵蚀动力因子,并对坡面和沟道沿程侵蚀能量削减和增加效应研究提供重要的科学依据。     

基于侵蚀力学机制的流域土壤侵蚀模型研究—以长江三峡库区王家桥流域为例

根据王家桥流域观测资料及人工降雨实验成果,从侵蚀力学机制出发,严格区分了坡面侵蚀与流域侵蚀两个不同的概念,建立了坡面侵蚀模数和流域侵蚀模数。计算结果表明,流域内坡面侵蚀只占流域侵蚀模数的7.1%～11.7%,流域侵蚀物质主要来源于沟蚀、部分重力侵蚀。因此在王家桥流域如何开展水保工作是一个值得深思的问题。     

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。     

黄土坡面侵蚀垂直分带性及其侵蚀产沙研究进展

黄土丘陵沟壑区梁峁坡面从分水岭到沟缘线土壤侵蚀明显表现为溅蚀片蚀带，细沟侵蚀带，浅沟侵蚀带，概述了坡面侵蚀形态的垂直分带，坡沟侵蚀产沙关系，坡面侵蚀产沙分配特征，坡上方来水来沙对坡面，细沟侵蚀过程影响的研究进展，提出了有进一步研究的问题。     

MIKE-SHE与MUSLE耦合模拟小流域侵蚀产沙空间分布特征

为有效认识流域侵蚀产沙来源,并探讨MIKE-SHE在中国黄土高原区域侵蚀产沙模拟的适用性,该研究采用分布式流域水文模型MIKE-SHE与修正的土壤侵蚀模型MUSLE耦合,对黄土高原典型小流域侵蚀产沙进行了空间分布模拟与评价。研究结果表明：流域侵蚀产沙主要来自于坡耕地和村庄、厂矿及居民用地,二者对于流域次降雨侵蚀产沙贡献平均为44%和34%。对于不同地貌单元,沟坡是流域侵蚀产沙的重要来源,其侵蚀产沙贡献高达68%。总体来看,73%的流域面积无明显侵蚀特征,而约17%为强度、极强度以及剧烈侵蚀区,剧烈侵蚀区多分布于沟坡和部分斜梁坡,这与现实流域植被覆被特征及侵蚀特征基本相符。沟道重力侵蚀是影响MIKE-SHE与MUSLE耦合模拟流域出口侵蚀产沙总量精度的重要因素之一。