南方红壤区植被覆盖因子估算模型构建与验证

研究红壤区植被覆盖因子变化规律、构建植被覆盖因子计算模型可为该区域水土流失防治及动态监测提供科学依据。该研究基于广东省五华县水土保持试验推广站200余场降雨试验观测数据,分析了影响水土流失的各关键因子与次降雨土壤侵蚀模数(Individual Rainfall Event Soil Erosion Modulus,ISEM)间定量关系,基于中国土壤流失方程计算了系列次降雨事件不同植被覆盖度对应植被覆盖因子值,构建了植被覆盖因子值与植被覆盖度间数学模型,从点、面2个尺度对模型计算精度进行了验证。结果表明:1)ISEM随植被覆盖度增加而降低;ISEM与雨前土壤表层含水率间存在显著正相关对数关系;ISEM随坡度增加呈先增后减的变化规律;ISEM随次降雨量、次降雨侵蚀力和次降雨径流深呈显著正相关线性变化关系。2)构建了植被覆盖因子值与植被覆盖度间二阶指数衰减模型,该模型决定系数和纳什系数分别达0.947和0.876。点尺度验证结果表明90%样本模型计算值与观测值相对误差均小于0.30;面尺度验证结果表明,70%～80%的植被覆盖因子计算值相对误差不超过0.1。总体而言,该模型计算精度较为理想,但由于研究对象典型的时空尺度特征,仍需要更多观测数据对该模型进行完善和验证。研究成果可为深入理解红壤区土壤侵蚀规律、水土流失动态监测提供有益参考。     

流域治理及尺度对产沙模型参数的影响

运用泥沙运动力学基本理论,建立坡面土壤侵蚀公式及中大流域产流产沙数学模型,根据实测降雨径流资料,对模型进行验证,分析了模型参数的区域变化特性,运用长系列资料,分析了模型参数与流域治理的关系。     

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...     

晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀及预报研究

细沟间侵蚀是指坡面上细沟未形成之前或细沟形成之后细沟间的土壤侵蚀过程。细沟间侵蚀量预报是整个坡面水土流失预报的一个重要组成部分。本文以晋西黄土丘陵沟壑区的土壤侵蚀为背景,以野外及室内试验资料为基础,论述了降雨动能、土壤抗剪强度、坡度、植被、表土结皮对细沟间土壤侵蚀的影响,提出了坡面一次降雨细沟间侵蚀总量的预报模型。本模型与径流及细沟侵蚀量预报模型结合,可形成一个较为完整的坡面水蚀总量预报模型。     

红壤坡地次降雨通用土壤侵蚀模型研究

针对土壤侵蚀规律定量研究的经验模型通用性欠缺和机理性模型参数多且较为复杂的缺点,结合我国南方红壤区的降雨、土壤、地形等特征,探索建立一个结构简单、使用方便,同时具有一定通用性的红壤坡地次降雨通用土壤侵蚀模型。该模型包括地表径流系数、降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形和水土保持措施等五个因子,并给出了各因子的计算方法。利用在江西省水土保持生态科技园内的10组实测资料对模型进行验证,计算值与实测值平均相对误差21.67%。结果表明,本研究提出的次降雨通用土壤侵蚀模型是合理的,可为南方红壤地区土壤侵蚀预报与治理提供参考。     

基于人工神经网络的坡面土壤侵蚀研究

 基于坡面土壤侵蚀产沙的复杂非线性特性,引用3层前馈型BP网络建模方法,对不同耕作措施坡面土壤侵蚀产沙进行模拟,模型输入层变量数为5个,分别代表降雨强度、坡度、坡长、土壤前期含水率和土壤容重,输出层变量为次降雨土壤侵蚀产沙量,并利用野外人工模拟降雨试验所得到的不同耕作措施(等高耕作、人工掏挖、人工锄耕和直线坡)坡面土壤侵蚀产沙实测资料,对网络进行模拟训练和预测,取得了较好的结果。该模型的建立与求解,为复杂坡面土壤侵蚀规律的研究提供了一条新途径。     

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.     

降雨类型对北方土石山区坡面土壤侵蚀的影响

该文基于北京市房山区蒲洼径流小区2013-2015年观测的105场自然降雨,采用实测水文数据与WEPP模型模拟降雨侵蚀过程相结合的方法,对比了北方土石山区不同雨型下的坡面土壤侵蚀差异。结果表明:1)自然降雨中,单场降雨的侵蚀能力表现为B型雨(低频率、短历时、中雨量、大雨强)A型雨(中频率、长历时、大雨量、中雨强)C型雨(高频率、中历时、小雨量、小雨强),其中,侵蚀性降雨中A型雨降雨频率最高、对研究区土壤侵蚀的累计贡献率最大;而C型雨几乎不会引发土壤侵蚀。2)诱发北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀的临界雨量为8 mm、临界雨强为9.5 mm/h。3)利用WEPP模型通过设置最大30 min雨强I30出现的不同时间将3类雨型进一步划分为4个子雨型,结果表明同一雨强出现的降雨时序差异会影响土壤侵蚀的发生程度,且子雨型下土壤侵蚀量整体表现为递增型峰值型递减型均值型,其中A型雨4个子雨型下侵蚀量差异最显著。研究结果可为北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀预报模型的建立及土壤侵蚀防治提供参考依据。     

黄土高原小流域水沙关系空间变异研究

小流域水沙关系空间变异规律是建立黄土高原流域土壤侵蚀预报模型和评价水土保持效益的基础。以黄土丘陵沟壑区典型流域岔巴沟为例，结合野外实地水沙观测资料及相关分析法，对该流域次降雨水沙关系及其空间变异性进行了定量研究。结果表明，岔巴沟流域次降雨输沙模数与洪峰流量模数及径流深具有较强的相关性，这种相关性随不同支流域呈现明显的空间变异性，如何消除这种空间变异性是建立以次降雨水沙作用关系为基础的黄土高原流域水土流失预报模型亟待解决的主要问题。     

WEPP模型在东北黑土区的适用性评价--以坡度和水保措施为例

基于黑龙江省宾县试验站2008年气象观测数据和野外径流小区监测资料,利用WEPP模型估算东北黑土区次降雨径流量和土壤流失量,并通过与实测资料对比,评价WEPP模型的适用性.结果表明,在3°,5°,8°这3个坡度条件下,WEPP模型对次降雨径流量模拟的Nash-Sutcliffe有效性系数ME分别为0.47,0.03和-5.9,对次降雨土壤侵蚀量模拟的Nash-Sutcliffe有效性系数ME分别为0.58,0.72和0.60,说明WEPP模型对次降雨坡面径流量的模拟效果较差,而对次降雨坡面土壤侵蚀量模拟效果较好.WEPP模型对次降雨的径流量和土壤流失量的模拟显示,WEPP模型对坡度变化反应敏感.WEPP模型对大豆、稗草、苜蓿和苗期榆树次降雨径流量模拟有效性系数ME分别为0.81,0.71和0.83,0.94,对次降雨土壤流失量的模拟有效性系数ME分别为0.81,0.71和0.83,0.94,表明WEPP对大豆地和苜蓿地的模拟效果好于稗草和苗期榆树,且其好于不同坡度条件下裸地的模拟结果.WEPP模型可以模拟不同水保措施条件下的次降雨径流量和土壤侵蚀量,也可以模拟不同坡度条件下裸地的次降雨土壤侵蚀量,但是不适合模拟不同坡度条件下裸地的次降雨径流量.     

冀北土石山区坡面尺度径流特征及其影响因素

为了揭示区域水土流失规律,以冀北土石山区坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面尺度产流特征与地形因子、降雨因子、植被覆盖、水土保持工程措施等主要影响因素的关系进行分析,拟为该区水土流失防治及生态建设提供科学参考。研究结果表明:坡面径流小区的年径流量随坡度的增加出现先增后减的趋势,坡度临界值在11°00′左右;坡面径流小区的年径流量随坡长的增加而增加;不同坡度和不同坡长条件下,径流量与有效降雨量及平均降雨强度都成正相关,但与有效降雨量的相关系数要大于平均降雨强度的相关系数且在0.01水平上显著,与平均降雨强度的相关系数不显著;坡面径流小区的年径流量随着植被覆盖度的增加而减少,但覆盖度为60%和90%的草地径流小区的年径流量相差甚小,说明在水土保持治理过程中存在着临界植被覆盖度;水平阶、鱼鳞坑、梯田等水土保持工程措施通过改变下垫面状况,可以有效拦蓄径流,从而削弱降雨特征对径流的影响。     

基于水蚀预测模型的红壤坡面侵蚀主要影响因素研究

利用229场侵蚀性自然降雨的小区观测数据,率定并验证了典型红壤坡面水蚀预测(WEPP)模型,并对模型的敏感性检验和弹性系数进行了分析。结果表明,红壤坡面土壤侵蚀对降雨量、雨强、细沟可蚀性、临界剪切力、坡长、坡度等6个输入参数的变化具有强敏感性;地表径流量对降雨量具有强敏感性,对雨强、初始饱和导水率、有效水力传导系数等参数存在弱敏感性。这些参数是影响红壤坡面侵蚀产沙产流的主要因素。     

福建省长汀县不同土地利用方式下的坡地侵蚀特征

根据福建省长汀县径流小区2014-2018年的实测资料，对不同土地利用方式下的坡地侵蚀特征进行研究，分析各径流小区土壤流失量、径流量与降雨、水土保持措施、植被等因子的关系。结果表明：不同土地利用方式、不同水土保持措施的径流小区土壤流失量、径流量特征不同；年降雨量对各径流小区的年土壤流失量影响不显著，不同水土保持措施对径流小区的年土壤流失量影响显著；年降雨量和不同水土保持措施对各径流小区的年径流量影响均为显著；年土壤流失量和年径流量与年降雨量的相关系数均与水土保持措施及径流小区植物的种类和生长有关；各径流小区的年土壤流失量与年径流量均呈正相关，即年径流量越大，年土壤流失量越大。研究结果为长汀县水土流失治理提供参考。     

红壤丘陵区坡长对作物覆盖坡耕地土壤侵蚀的影响

坡长对坡耕地土壤侵蚀的影响随雨强的不同而变化,为解决南方红壤丘陵区坡耕地水土流失问题,该文采用野外人工模拟降雨的方法,研究了南方红壤丘陵区作物覆盖坡耕地上不同雨强下坡长对其土壤侵蚀的影响,并探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施的合理坡长,结果表明:产沙量随坡长延长整体呈增大趋势,但存在一定的波动,二者的关系可用幂函数(决定系数0.84)表示。坡长延长相同长度时,产沙量不呈比例增加,但每隔4 m产沙量增量有减少的趋势,且径流侵蚀产生的泥沙中主要为粒径0.002~0.02 mm的粉粒及粒径0.002 mm的黏粒,加剧了耕地土壤粗化,因此,可每隔4 m设置水土保持措施,有效减少坡耕地水土流失。坡面径流侵蚀产沙量随着雨强的增大而增加,坡长越长,产沙量随雨强增加速度越快,二者呈幂函数关系(决定系数0.76),60 mm/h是红壤丘陵区侵蚀增强的临界雨强;雨强、坡长与产沙量均呈正相关关系,且雨强对坡耕地产沙量的影响较坡长大。对不同雨强下坡长对作物覆盖坡耕地土壤侵蚀的影响研究,可以为南方红壤丘陵区坡耕地水土流失的治理提供一定的理论依据。     

黄土丘陵区不同坡度、土地利用类型与降水变化的水土流失分异

 为了确定不同坡度、土地利用类型及降水参数对水土流失的影响,通过黄土丘陵区坡耕地、草地的3个坡度(10°,15°和20°)小区连续14年的径流、侵蚀观测数据,分析不同坡度、土地利用模式和降水变化的水土流失分异。试验结果表明:1)坡耕地水土流失量随坡度的升高而增加,20°小区显著大于10°和15°小区;草坡地小区的年水土流失量也随坡度变化,不同坡度小区之间没有显著性差异。2)坡耕地与草地的水土流失量具有显著性差异,坡耕地年均径流量和侵蚀量分别为草地的1．8倍和13．9倍,与草地比较,坡耕地明显地增加水土流失风险。3)不同土地类型水土流失模数受年降水变化的影响效应不同。坡耕地水土流失量受少数强降水控制,年径流量、侵蚀量与年降水量、产流降水量之间无显著性相关;草地的年径流量、侵蚀量分别与年产流降水量、年降水量显著相关。4)坡耕地的水土流失受降水量(P)、最大30min降水强度(I30)和综合降水指数(PI30)的显著影响,但各因素的决定系数不同,影响系数次序为PI30>I30>P。草地的径流与降水变量关系与坡耕地一致,但次侵蚀量仅与I30变化的显著性影响,而与P、PI30无显著性相关。草地的水土流失量受坡度差异以及降水变化的影响较弱,表明草地能够有效地控制水土流失,对荒坡草地采取保护措施以促进植被、土壤的进展恢复。坡耕地水土流失变化与坡度、降水变量的关系更为直接,通过降低坡度、休耕和免耕等耕作模式,减少土壤扰动和增加地面植被盖度,可有效减少水土流失。     

北京山区灌草坡面水土流失特征及其影响因素

为了揭示区域坡面水土流失规律,以北京山区灌草坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面径流量和侵蚀量与降雨、植被盖度、坡度等主要影响因子进行偏相关分析.结果表明：1）在一定降雨和下垫面条件下,径流量的主要影响因子是降雨量和最大30 min降雨强度,侵蚀量的主要影响因子是径流量、植被覆盖度和最大30 min降雨强度;2）就降雨因子而言,影响径流量的关键性降雨因子是降雨量、降雨历时和最大30 min降雨强度,而影响侵蚀量的关键性降雨因子是最大30 min降雨强度;3）径流量和侵蚀量与植被盖度之间表现出显著的负相关关系,即植被盖度越大,径流量和侵蚀量越小;4）不同坡度等级的径流量和侵蚀量差异显著,随着坡度的增加,径流量和侵蚀量呈现出先增加后减小的趋势;5）灌草坡面的水土保持作用显著,重视和发展植被恢复与重建工作,对北京山区生态环境改善和水土流失治理具有重要的意义.     

苏北花岗片麻岩地区USLE模型的试验研究

针对苏北花岗片麻岩地区水土流失的自然状况,建立了6种径流小区,进行试验研究。通过对364次降雨径流与土壤流失量的相关分析,得出适合本地区降雨侵蚀力因子R值的简便算式,确定了USLE模型中其他诸因子的取值。运用USLE模型计算的土壤侵蚀量与实测值进行偏差分析,结果表明,准确率达90％以上。该项研究为本地区水土流失预报与监测提供了科学简便的方法,其研究成果为本地区或同类型地区的小流域综合治理及水土保持规划提供了科学的依据。     

南方红壤区不同植被措施坡面的水土流失特征

植被是南方红壤区水土流失治理的主要措施,为了研究不同的植被措施对坡面产流产沙的影响,以及对坡面侵蚀的抑制效果,在福建省长汀县选择乔灌草、灌草、草本、农作物、乔灌、封山育林、经济林等各植被措施下的标准径流小区,通过观测各种植被措施坡面的产流产沙情况,分析比较各小区的水土流失特征。结果表明植被能较好地调控坡面地表径流和土壤侵蚀。不同植被措施下坡面产流产沙分异规律明显,相对裸地,盖度高的乔灌草、灌草、草本等措施的水土流失量最小,水土保持效果最为明显。在不同的降雨量条件下,不同植被措施的坡面水土流失情况也表现出显著的差异。因此,在未来南方红壤植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种植被治理措施的逐步实施,对改善当地的生态环境和水土流失的防治具有重要的意义。     

赣北红壤坡地土壤流失方程关键因子的确定

土壤流失方程是开展水土流失监测,指导水土流失防治的重要技术工具。针对红壤坡地土壤流失方程因子算法和取值研究薄弱的问题,基于野外径流小区观测资料,采用80%经验频率法确定了赣北红壤区侵蚀性降雨标准为降雨量10.0 mm、平均雨强1.3 mm/h、最大30 min雨强5.0 mm/h,区内次降雨侵蚀力采用总动能和最大30 min雨强乘积计算最佳。通过建立基于年降雨量的逐年侵蚀力简易算式,测算土壤可蚀性因子以及6种生物措施因子、5种工程措施因子取值,选定适宜的地形因子算式,构建了赣北红壤坡地土壤流失方程体系。经检验,模型能良好预报赣北红壤坡地多年平均土壤侵蚀强度;年际尺度预报的精度整体较高,但对于降雨较多年平均水平浮动较大或地表出现沟蚀等侵蚀类型时,预报精度将有所降低。有关因子的确定可为土壤流失方程在南方红壤坡地水土流失监测和水土保持规划中的应用提供技术支撑。     

坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究

在涪陵区水土保持监测分站内建立6个径流小区,对紫色土坡耕地水土流失进行试验监测,结果表明:各小区径流量、产沙量总体随降雨量的增大而增大.自然生态修复措施防治水土流失效果显著,3.66 m3的径流量仅有0.41 kg·m3的产沙量,可有效防治紫色土坡耕地的水土流失.采用顺坡耕作措施的小区径流量与降雨量达显著正相关,而产沙量与降雨量未显著相关.径流量和产沙量大小顺序均为25°坡耕地>20°坡耕地>10°坡耕地>15°坡耕地,在15°耕地上径流量与产沙量均为最小,但15°是否是涪陵区最适宜的耕地坡度,仍有待今后收集更多的降雨资料加以分析说明.对一次强降雨进行养分流失观测,养分流失量与径流量及产沙量大小顺序基本一致.开发建设项目弃土弃渣监测点径流量与产沙量均大大高于其他小区,说明开发建设水土保持项目中防治水土流失的重要性.