造林整地工程对人工幼林系统径流输移的影响

 为探讨造林整地工程对人工幼林系统坡面水沙输移中的作用及程度,从产流、汇流的机制与理论模型出发,对旱区人工幼林系统地表径流调控的关键途径进行了分析。结果表明,在降雨特性、地形、土壤3大影响坡面产流、汇流的因素中,地形因素是人工调控的关键。在当前技术、经济条件下,通过造林整地,改变微集水区坡长、坡度乃至坡形,是最简单而有效的人工调控手段。对20个不同整地方式人工幼林地田间径流小区和未整地空白对照径流小区的观测表明,鱼鳞坑、水平沟、反坡梯田3种造林整地工程,虽可有效地削减径流向系统外部环境的输移,但其调控径流能力远未达到工程设计要求,其地表径流输移的削减率,在39.92%～65.11%之间,削减率与集水坡长成反相关,3种整地方式中,以反坡梯田整地的削减率最大。造林整地径流小区与传统直线型坡面径流小区对比观测,难以揭示整地对微区坡面产流影响的实质;造林整地工程设计中所期望的拦泥蓄水作用,则因忽略了含沙径流入渗、整地对微区地形与产流、产沙的影响等而被大幅削弱。     

金沙江干热河谷典型区段水土流失特征

以金沙江干热河谷典型区段不同处理坡面和林地、农地集水区为研究对象,采用坡面径流小区和集水区卡口站三角形薄壁堰实测法,在坡面径流小区和集水区土地利用现状调查基础上,通过降雨、径流及泥沙观测,分析金沙江干热河谷典型区段水土流失特征。结果表明:(1)不同处理坡面径流小区产流量、产沙量大小依次为坡耕地>自然坡面>水平阶整地>反坡台整地,表明反坡台和水平阶造林整地以及植被良好的自然坡面对地表径流的拦蓄和对泥沙的削减都起到较好效果;(2)大暴雨对集水区尺度产流产沙贡献值大,产流降雨量在4.8～27.6mm区间,农地集水区径流深小于林地集水区,大于27.6mm时,农地集水区径流深反超林地集水区,而产沙量不受降雨量影响,为林地集水区低于农地集水区;(3)径流小区尺度与集水区尺度雨季水土流失起止时间一致,集水区径流系数小于径流小区,集水区产沙量大于径流小区。     

模拟降雨入渗对岷江流域红壤坡面产流产沙的影响

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对岷江流域红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响。结果表明:在不同降雨强度下,随坡度的增加,初始产流时间趋于提前;随降雨强度的增大,产流时间提前,降雨强度对初始产沙时间的影响大于坡度变化的影响。在同一坡度条件下,径流强度随降雨强度的增加而增加,平均入渗率随降雨强度的增加表现为先增大后减小的趋势。50mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后20min开始趋于稳定;75mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后15min开始趋于稳定;100mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后10 min开始趋于稳定,径流强度和平均入渗率趋于稳定的时间均随雨强的增大而明显提前,各个时刻的径流强度和入渗率的稳定值在降雨过程中并不稳定,表现为随降雨强度和坡度的增大,波动愈剧烈。坡面产沙量随坡度和降雨强度的增大而增大,当坡度由5°增大到10°时,产沙量急剧增加;当坡度由10°增加到30°时,产沙量增速趋缓,侵蚀产沙量没有出现临界坡度。坡面产流强度和入渗率随时间的变化关系分别服从幂函数和对数函数规律,不同降雨强度下的径流深和产沙量也呈现出显著的正线性关系。     

天然降雨条件下等高反坡台阶整地对坡耕地氮磷输移的影响

[目的] 揭示等高反坡阶整地措施对于坡耕地产流产沙及面源污染物输出的规律,为源头控制坡耕地水土流失和农业面源污染提供科学依据和技术支撑。[方法] 以滇中昆明市松华坝迤者流域试验区内已布设等高反坡台阶措施的坡耕地(15°和22°)径流小区样地为对象,基于2019—2021年降雨、径流及水质数据,采用对比分析的方法,研究样地内的产流、产沙、面源污染物氮素、磷素输出的特征。[结果] 相同雨型下,研究区样地布设等高反坡阶之后坡度为22°的坡耕地比坡度为15°的坡耕地有更显著的减少坡面产流产沙以及面源污染物氮、磷输出的作用。[结论] 等高反坡阶对坡耕地的产流产沙及面源污染物的输出等有显著的控制效果,布设等高反坡阶能够有效地增加坡耕地尤其是坡度较大的坡耕地的保水保土能力。     

不同雨强条件下坡度对坡地产汇流及溶质运移的影响

为了分析坡度对坡面产汇流和溶质运移的影响,以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨实验,研究了坡度为5°,10°和15°,雨强为30,60和120 mm/h条件下植被坡地的入渗总量、坡面流流速、地面径流以及地面径流中Br-,NH4+和NO3-的浓度变化.结果表明,在其它影响因素相同的情况下,随着坡度的增大,坡面平均流速增大,地面径流总量增加,入渗总量减少、地面径流初始产流时间和径流终止时间均呈减小趋势,地面径流中Br-浓度变化不大,变化曲线几乎重合,NH4+浓度总体上呈递减趋势,且随着降雨强度的增大,这种递减趋势越显著,NO3-的规律性不明显.用幂函数关系可较好地拟合出坡面平均流速与坡度的关系.     

鲁中山区小流域坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀方式变化过程的研究

采用模拟降雨的方法对鲁中山区坡面土壤降雨条件下产流、产沙和侵蚀方式的演变过程进行了研究,结果表明:产流量都是随时间递增最终达到稳定产流,但是各次降雨达到稳定产流的时间均随降雨强度和坡度的增大而递减。相同坡度条件下120mmh-1雨强产流较60mmh-1雨强先到稳态,而相同雨强条件下10°坡面则较5°坡面先达到稳态。产沙量呈递增趋势且逐渐达到稳定产沙,达到稳定产沙的时间随雨强和坡度的增大而递减。相同坡度条件下120mmh-1雨强处理较60mmh-1雨强处理先达到稳态,相同雨强条件下10°坡面比5°坡面产沙过程先达到稳定产沙状态;在降雨过程中坡面首先产生面蚀,后出现细沟侵蚀;面蚀率随降雨历时延长有减小趋势,但变幅较小,细沟侵蚀率随降雨时间先急剧增加后保持稳定。     

地面坡度对红壤坡面土壤侵蚀过程的影响研究

通过室内模拟降雨试验,研究了地面坡度对红壤坡面产流过程和侵蚀过程的影响,结果表明:坡面总径流量随坡度的增大呈减小趋势,其中25°坡面比5°坡面的径流量减小22.3%;随坡度的增加,坡面产流达到稳定的历时减少.径流含沙量和坡面侵蚀产沙量随坡度的变化在5°～20°呈增大趋势,而当坡度由20°增加到25°时,径流含沙量和侵蚀产沙量随坡度的增加呈减少的趋势,即在红壤坡面,坡度对侵蚀产沙量影响存在着临界坡度,其值变化于20°～25°之间.     

风化煤矸石坡面水土流失规律模拟

采用室内模拟径流冲刷试验,研究风化煤矸石坡面水土流失规律。结果表明：1）在设计径流量为2．0和2．5L／min时,坡面产流曲线呈现为“单峰”或“多峰”曲线,没有明显规律性,当设计径流量增大到3．0和3．5L／min时,坡面产流曲线多为“单峰”曲线,且峰值出现时间较早,具有相似的规律性;2）坡面平均产流量随设计径流量和坡度的增大而迅速增大,增长趋势符合幂函数关系,且设计径流量对坡面平均产流量的影响大于坡度;3）坡面平均产沙率随设计径流量和坡度的增大增长趋势明显,增长趋势符合幂函数关系,且设计径流量对坡面平均产沙率的影响大于坡度。研究结果可为工矿区水土保持提供一定的参考。     

坡度对坡面侵蚀产沙响应的研究

坡度是影响坡面土壤侵蚀的重要因素,在一定条件下,坡面土壤侵蚀随着坡度的增大而增加,但存在一个临界坡度,当超过这个坡度后,坡面土壤侵蚀量反而随着坡度的增大而减少。国内多数学者认为这个临界坡度介于25°~29°之间,这对我国25°以下坡耕地水土保持措施的配置以及超过25°坡耕地退耕还林还草计划的实施具有一定的理论指导意义。在坡面上不同坡度范围内配置合适的水土保持措施可以削弱坡度对坡面土壤侵蚀强度的影响,即在缓坡上实施保护性耕作措施,在25°以下坡耕地合理布设水平梯田及植物篱,25°以上的坡耕地实行退耕还林还草,可以有效地控制坡面土壤侵蚀的发生,促进坡耕地的可持续利用和改良。     

黄土丘陵区冻土坡面侵蚀过程特征研究

为了探究黄土丘陵区未冻坡面和冻土坡面在不同径流坡长条件下侵蚀之间的差异,在室内进行模拟冷冻和放水冲刷试验,采用3种径流坡长(2 m,4 m和6 m)和2种坡面类型(未冻坡面和冻土坡面),定量研究了未冻坡面和冻土坡面的产流产沙过程和水沙关系。结果表明:(1)未冻坡面和冻土坡面的初始产流时间均随着径流坡长的延长而缩短,在相同径流坡长条件下,冻土坡面的初始产流时间较未冻坡面减少;(2)未冻坡面的平均产流量与平均产沙量和冻土坡面的平均产沙量均随着径流坡长的延长而增大,而冻土坡面的平均产流量随着径流坡长的变化无显著差异;(3)未冻坡面产流率和产沙率的关系分为缓慢和急速增加两个阶段,而冻土坡面的产沙率则随着产流率的增大而增大;(4)累积产流量与累积产沙量之间呈正相关关系,参数c的绝对值与径流坡长呈正比,并且冻土坡面大于未冻坡面。土壤冻结后使初始产流时间大大缩短,径流量的增加伴随着冻结土壤的不断融化导致冻土坡面侵蚀加剧。     

生物结皮坡面不同降雨历时的产流特征

黄土高原退耕还林(草)工程实施后,生物结皮广泛发育,显著影响坡面产流。已有大量研究探索了生物结皮对径流的影响,但相关结论存在较大分歧。该研究以黄土高原典型生物结皮坡面为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了生物结皮坡面产流过程。结果表明:生物结皮坡面较翻耕后的裸土坡面显著降低了初始产流时间,裸土坡面初始产流时间是生物结皮坡面的1.59～3.04倍。生物结皮盖度与初始产流时间之间呈显著的负相关关系;降雨15min时与60 min时生物结皮对坡面径流的影响发生逆转,90 mm/h的雨强下,当降雨历时为15 min时,生物结皮坡面较裸土坡面增加75.42%的径流;当降雨历时为60min时,生物结皮坡面径流量较裸土坡面降低52.42%;生物结皮影响了土壤水分入渗速率,导致生物结皮坡面与裸土坡面随降雨历时变化的产流特征出现差异,裸土坡面降雨60 min时的入渗率较15 min时降低了34.30%,高盖度生物结皮坡面降低了6.38%;生物结皮对坡面入渗产流的影响与降雨历时有极大的关系,降雨历时不同,很可能得到截然相反的结论,考虑生物结皮因素的野外降雨试验,降雨历时应不少于45min。研究结果为解释生物结皮影响坡面入渗产流方面存在的分歧提供了科学依据,进一步明确了干旱半干旱地区生物结皮的水文效应。     

坡地开垦的径流泥沙响应

Land use and land cover change is a key driver of environmental change. To investigate the runoff and erosion responses to frequent land use change on the steep lands in the Three Gorges area, China, a rainfall simulation experiment was conducted in plots randomly selected at a Sloping Land Conversion Program site with three soil surface conditions: existing vegetation cover, vegetation removal, and freshly hoed. Simulated rainfall was applied at intensities of 60 (low), 90 (medium), and 120 mm h 1 (high) in each plot. The results indicated that vegetation removal and hoeing significantly changed runoff generation. The proportion of subsurface runoff in the total runoff decreased from 30.3% to 6.2% after vegetation removal. In the hoed plots, the subsurface runoff comprised 29.1% of the total runoff under low-intensity rainfall simulation and the proportion rapidly decreased with increasing rainfall intensity. Vegetation removal and tillage also significantly increased soil erosion. The average soil erosion rates from the vegetation removal and hoed plots were 3.0 and 10.2 times larger than that in the existing vegetation cover plots, respectively. These identified that both the runoff generation mechanism and soil erosion changed as a consequence of altering land use on steep lands. Thus, conservation practices with maximum vegetation cover and minimum tillage should be used to reduce surface runoff and soil erosion on steep lands.     

坡面径流侵蚀产沙动力机制比较研究

分别利用坡面径流剪切力、坡面径流能耗和坡面径流单位水流功率理论对坡面土壤侵蚀发生过程进行了研究。研究结果表明,坡面径流平均输沙率与坡面径流平均剪切力之间均存在明显的线性关系,试验的土壤抗蚀性参数为178 5g/(Pa·min),径流临界剪切力为0 54Pa。根据径流能耗理论的计算结果表明,径流单宽输沙率和单宽径流能耗之间具有如下的线性关系式:Dr=14 61(ΔE-0 37),表明试验的土壤可蚀性参数为14 61g/J,临界单宽径流能耗为0 37J/(min·cm)。根据径流功率理论的计算结果,坡面径流功率与径流平均输沙率之间存在比较明显的线性关系,随着径流功率的增加,坡面径流输沙量明显增加,二者的线性关系为:Y=8942 2x-68 676。总体来说,3种理论在土壤侵蚀研究中的应用各有优势,其中坡面径流能耗理论相对简便并且误差较小,更利于对坡面土壤侵蚀过程进行描述。     

自然降雨条件下红壤坡面径流垂向分层输出特征

地表径流、壤中流和地下径流都是坡地径流的组成部分,对流域径流产生、养分流失等都有重要的影响。为了深入了解红壤坡地各层产流特征,利用大型土壤渗漏装置,通过2010-2012年的连续3 a观测试验,对覆盖、敷盖和裸露3种处理下红壤坡面径流垂向分层输出特征进行分析。结果表明:在自然降雨条件下,总径流量敷盖处理最大,裸露处理次之,覆盖处理最小;覆盖和敷盖处理的地表径流远小于裸露处理,分别为裸露处理的7.9%和9.8%;壤中流量最小的为裸露处理,分别为覆盖处理和敷盖处理的56.4%和35.6%;覆盖和敷盖处理3 a的地下径流量占总径流量90%以上,裸露处理占68.4%;在小尺度上,不论是年度还是月份的径流量,3种措施下红壤坡地径流输出主要途径是地下径流,而壤中流和地表径流则与地面有无覆盖直接相关;采取覆盖和敷盖措施可以使地表产流量减小,增加入渗,将地表水转化为地下水。该研究可为减少水土流失,充分利用红壤坡地水土资源提供参考。     

土壤溶质随径流迁移基本特征分析

土壤溶质随地表径流迁移是一个复杂的过程,受到多种因素的影响。在总结国内外相关研究成果的基础上,分析了土壤溶质随地表径流迁移的主要物理过程,以及各个物理过程的具体特征。同时分析了影响土壤溶质随地表径流迁移的主要因素的影响程度和特点,为建立描述土壤溶质随地表径流迁移过程的数学模型,以及发展控制措施提供参考。     

西双版纳人工橡胶林集水区径流特征

利用西双版纳人工橡胶林集水区（1993-2008年）的连续观测资料,分析橡胶林集水区的降雨量、径流深度、无径流日和径流系数特征。结果表明：橡胶林集水区年降雨量（1 510.6 mm）、年径流深度（361.3mm）、年无径流日（80.4 d））和年径流系数（0.235）具有年间差异和显著的季节动态。年、季节尺度的降雨量对年、季节的径流深度和无径流日的影响有差异。人工橡胶林小流域集水区降雨和径流在雨季集中,干季降雨和径流输出少,尤其是在干热季和雨季前期,无径流日多,使得橡胶林干热季和雨季前期发生长期的断流现象,形成区域性的间断性水资源短缺。因此,大面积的橡胶种植将对西双版纳地区水资源尤其是干季水资源,利用产生不利影响,造成干季严重的水资源危机。     

草本植被覆盖结构对径流侵蚀动力的作用机制

 为了解植被与坡面径流侵蚀动力的关系,通过野外模拟冲刷试验,研究不同处理条件下草类植被坡面径流的水动力学特性和侵蚀产沙规律。结果表明:植被完整程度的差异,对坡面径流的流速有显著影响。试验小区上坡面径流流速的大小顺序依次为:裸地小区(0.27m/s)>铲草小区(0.24 m/s)>剪草小区(0.16 m/s)>原状坡面小区(0.1 m/s)>除草剂小区(0.08m/s),径流雷诺数也有相似的变化趋势。在相同的试验条件下,植被越完整,径流运动所遇到的阻力也就越大;相应的坡面径流深也表现出增加的趋势。径流含沙量的分析结果表明,各小区的径流含沙量都随试验进行而逐渐降低,植被结构越完整,径流含沙率降低的趋势也就越明显,相应地径流输沙率也从最大裸地小区的400 g/min降低到3 g/min。     

水泥混凝土路面集雨产流特征研究

在我国雨水资源缺少地区,把雨水收集起来加以利用成为提高城市道路雨水利用效率的关键.作为雨水收集面的道路,其产流特性对于雨水收集利用起着重要作用.利用人工水泥混凝土处理集雨面进行了道路路面产流特性模拟试验研究.水泥混凝土路面在干燥情况下的临界产流降雨量为1.55 mm,只有降雨量达到或接近1.55 mm,集雨面才会产生径流,次径流系数随着次降雨量增大而增大,产流时间与降雨时间相比存在着明显滞后性,并且径流强度明显小于降雨强度.     

太行山花岗片麻岩区坡面产流的影响因素分析

通过自制的截流铲截取坡面径流,对太行山花岗片麻岩区产流过程的影响因素进行了研究.结果表明:(1)雨强是启动产流的关键因素,当降雨强度大于特定值时才能产生地表径流,且随着坡度降低,地表产流所需雨强增大.当雨强达到产流后,径流量和降雨量成显著正相关,与雨强的相关性不显著.(2)地表径流量不随着集水面积的增加而增加,坡面强烈的人渗能力,使得上方来水在产流过程中渗入土壤.坡度是影响地表径流的又一关键因素,随着坡度的增加,地表径流量明显的增加.由于不同坡向土壤质地不同,使得阳坡地表径流量要明显多于阴坡,平均径流系数也比阴坡高.总体上,研究坡面径流系数均较小,以2 m坡长为对象,最大径流系数仅为7.3%,说明坡面人渗能力很强,产流过程以入渗为主.