森林与坡面产流研究

20世纪以来，森林与坡面产流的研究取得长足进展，尤其是在我国研究得比较深入与广泛。观测实验仍然占绝对优势，径流小区实验仍是最广泛采用的方法。森林对坡面产流机制、坡面流态、产流量、产流过程、产流I临界值、地表径流与地下径流分割都有影响，以及森林枯落物层对径流都有重要影响。同时，坡面产流模型在森林水文学领域得到了应用。     

地表粗糙度对黄土坡面产流机制的影响

为探明地表粗糙度对坡面产流机制的影响,该研究通过室内与室外径流小区模拟降雨试验相结合,分析在3种雨强(60、90、120 mm/h)下粗糙坡面与平整坡面(坡度5°、10°、15°、20°)产流点位空间分布和坡面产流时间特征,阐明地表粗糙度对坡面产流机制的影响。结果表明:粗糙坡面与平整坡面产流点位沿径流方向的变异系数分别为34.4%~52.9%、15.5%~31.1%,即粗糙坡面产流点位较平整坡面更为分散。相较于平整坡面,地表粗糙度具有推迟坡面产流效应,且推迟效应随坡度、雨强增大而逐渐减弱。表明地表粗糙度在小坡度、小雨强条件下具有较强延迟坡面产流能力。地表粗糙度影响坡面产流一方面通过地表填洼的直接作用;另一方面通过增加降水入渗水头,增强坡面入渗能力的间接作用。通过坡面地表填洼量预测的初始产流时间与实测坡面产流时间比值范围为2.2%~36.2%,表明地表粗糙度间接作用为延迟坡面产流的主导作用。因此,该研究结果阐明了粗糙坡面的点状产流与坡面产流特征,进一步为粗糙坡面产流机制的揭示及地表粗糙度对坡面土壤侵蚀机理的影响提供了科学依据。     

反坡梯田造林整地工程对坡面产流的作用机制

从产流、汇流的机制与理论模型出发，结合理论分析与微型径流小区观测，对反坡梯田造林整地工程在改变微集水区地形特征，以及由此而引起坡面产流状况发生变化的内在机制进行了研究。结果表明，反坡梯田造林整地工程可显著增大微集水区的平均坡度。其增幅与斜坡水平距成反相关，与田面水平宽度成正相关。集水区斜坡水平距每减小1 m，微集水区平均坡度增加0.5°～7.0°，集水区斜坡水平距越小，增幅越大；田面水平宽度每增加1 m，平均坡度增加2.5°～11.5°。在斜坡水平距一定时，微集水区平均坡度虽然随着原地面坡度和田面水平宽度的增加而增大，但增幅与原地面坡度的增幅基本一致。在造林允许的坡度、坡长范围内，集水区斜坡水平距对产流总量影响最大，而地面坡度还具有提高坡面产流率的作用。产流量与坡长、坡度均成正相关。反坡梯田造林整地对坡面产流的作用机制，在于造林整地缩短了坡长、改变了坡形、增大了微集水区的平均坡度，从而使微区坡面的产流、产沙状况发生了变化。依据传统径流小区观测资料，不考虑整地对微区地形与产流的影响，由此设计的造林整地工程，难以达到预期效果。     

模拟降雨下前期含水量对冻融坡面产流产沙过程的影响

为了探究不同前期含水量条件下冻融作用对坡面降雨侵蚀的影响,采用室内冻融和人工模拟降雨方法研究了不同含水量条件下冻融坡面与未冻融坡面的降雨侵蚀特征。结果表明:黄土坡面的产流时间随前期含水量增大呈先增大后减小的规律,冻融作用使黄土坡面产流时间滞后,其中含水量为20%的坡面经过冻融作用滞后62.50%,最为明显。在产流过程中,20%含水量的冻融坡面比未冻融坡面产流总量低9.14%存在极显著性差异(P0.01)。在产沙过程中,20%和25%含水量的冻融坡面比未冻融坡面产沙总量减小28%,存在极显著性差异(P0.01);20%和25%含水量的冻融坡面与未冻融坡面的可蚀性相差最明显。综上可以得出含水量为20%时冻融作用对坡面产流时间和产流过程影响最显著;含水量为20%和25%时冻融作用对坡面产沙过程和可蚀性K值影响最显著。含水量为20%时产沙量最小,可蚀性最低,可将20%作为黄土最优含水量。     

陡坡坡面雨水径流的机理

作为由森林覆盖的陡坡坡面构成的小流域的实际雨水径流机理,以往的可变产流源面积概念只重视地表径流的发生。本文提出了取代上述方法的叫作可变产流源体积概念的雨水径流概念模型。这一概念模型重视在“水文学的基础”上发生的饱和侧向径流的作用,同时认为发生区降雨的扩大、缩小控制着径流量。在新第3纪丘陵山地山坡坡面小流域,布设多个水位观测井,测定了降雨中该饱和带的体积,分析了与对应的流域径流量的关系,结果证明该概念模型是有效的。     

黄丘五副区降雨和地形因素与坡面水土流失关系研究

本项研究依据６年来在黄丘五副区定西试验区径流场所取得的观测资料，探讨了降雨物征值和地形中坡度、坡长、坡形三个因子对坡面水土流失的影响规律及其相互关系．提出了表征降雨侵蚀力、坡面产流的指标均为ＰＩ３０，依次建立了相应的数学模型群。此项研究不但从理论上揭示了坡面水土流失发生发展过程及机制，而且在实践上为有效地进行坡面水土流失的治理和水土保持措施的优化配置提供了科学依据。     

秸秆覆盖对三峡库区坡面侵蚀的影响

[目的]分析农作物秸秆不同覆盖处理对坡面产流、产沙影响,为三峡库区坡耕地水土保持措施优化提供技术支持。[方法]利用人工模拟降雨技术,分析了5种不同雨强下不同秸秆覆盖处理的径流、泥沙过程。[结果]坡面覆盖秸秆能推迟坡面初始产流。在小雨强时,秸秆覆盖推迟初始产流显著,但随着雨强的增加,推迟初始产流的作用降低。在坡面下坡段覆盖秸秆推迟初始产流效果优于在坡面上坡段覆盖秸秆。对于产流产沙而言,在坡面上坡段覆盖秸秆与无覆盖差异不显著,但在坡面下坡段覆盖秸秆时径流模数和侵蚀模数为无覆盖的61.57%~69.1%和14.54%~18.31%,且减少地表径流和泥沙流失效果优于在坡面上坡段覆盖。秸秆覆盖后土壤流失比(SLR)介于0.022~0.611之间,且随着覆盖率的增加而降低,在坡面下坡段覆盖秸秆SLR值在上坡段的1/4。[结论]合理选择农作物秸秆在坡面覆盖的坡位及覆盖度,能有效降低坡面产流与侵蚀产沙,产生较好的水土保持效应。     

流域坡面综合产流数学模型的研究

从流域坡面产流机制出发,依据Horton入渗曲线,建立起一个可适用于不同流域的综合产流模型,模型以降雨强度和土壤蓄水量为控制条件,同时兼顾超渗产流和蓄满产流,适应下垫面条件较为均一的流域或单元区域在不同条件下的产流计算。     

磁性示踪条件下坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀空间分异特征

在10°,15°,20°坡面上布设磁性示踪剂,通过模拟降雨(60mm/h)研究坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀空间分异特征。结果表明,随着坡度增大,坡面产流、产沙量递增;坡面坡度越大,达到稳定产流、产沙的时间点越靠后。10°坡面土壤磁化率降幅以上坡位最大,中坡位其次,下坡位最小;随着坡度增大,坡面土壤磁化率降幅以下坡位最大,中坡位其次,上坡位最小。坡面磁化率变化表明,10°坡面上坡位受到的土壤侵蚀最严重,在15°和20°坡面下坡位土壤侵蚀强度加大。     

铁路工程大型弃土场水蚀特征天然降雨试验研究--以北同蒲增建二线原平至太原段河庄弃土场为例

以北同蒲增建二线改造工程河庄弃土场作为研究对象,在雨季进行了天然降雨试验研究,确定了项目建设产生的弃土场区域内产流过程及影响因素和土壤侵蚀特征。弃土场区域内产流受到降雨特征和水保措施功能发挥的影响。弃土场坡面地表土壤特性随着降雨击溅和径流冲刷的作用而发生变化,从而影响区域内径流和渗流途经,造成坡面产流的不一致性。弃土场内主要的产流区域为松散边坡和平台,坡面的侵蚀链是造成区域内产沙量增加的主要原因。     

基于SWAT模型的罗玉沟流域森林植被变化的水文生态响应研究

以甘肃天水罗玉沟流域为研究区,应用分布式水文模型（SWAT）对该流域的径流、泥沙和水质状况进行模拟研究,并重点探讨了降雨和森林植被变化对水文生态响应的影响。结果表明:降雨因子对径流的影响略大于对泥沙的影响;森林植被具有明显的减水减沙生态水文功能,尤其对泥沙的影响更大于对径流的影响。     

水土保持措施对秃尾河径流的影响

在黄土高原地区,水土保持措施是影响流域产汇流的重要因素之一。本文采用双累积曲线、时间序列分析等方法,分析秃尾河流域降水及河川径流、暴雨洪水特征变化及其对流域水土流失治理的响应。结果表明:流域多年平均降水量406.4mm,河道多年平均径流量3.4亿m3,1977年后年径流量呈显著性减小趋势。与1977年之前相比,在水土保持措施影响下,汛期径流量占年径流量比例下降,枯水期径流量比例上升,季节分配趋于均匀。相似降水条件下,场次洪水总量、洪峰流量减少,洪水过程均化。     

黄土区均匀坡面水文模型研究

应用Green—Ampt修正方程及运动波方程,构建了天然降雨条件下的黄土区均匀坡面水文预报模型,并利用野外天然降雨径流实测资料进行了验证。结果表明,总径流量预报相对误差在20%以下,预报径流过程与实测径流过程吻合很好,坡面水文模型可以较好地模拟黄土地区天然降雨条件下的均匀坡面水文过程。同时也指出,应深入研究复杂坡面上的水文预报模型,进一步完善黄土区坡面水文模型。     

太行山区人工油松林对坡面入渗产流的影响

通过径流小区试验对太行山区人工油松林与灌草地的坡面产流入渗特征进行比较分析研究.结果表明:2种植被覆盖下的坡面产流量较小,入渗量较大.随着降雨量增加,坡面产流量和入渗量均呈增大的趋势.小降雨量时,松林小区的坡面产流量和入渗量均比荒坡小区的小;大降雨量时,松林小区的坡面产流量比荒坡小区的大,入渗量仍比荒坡小区的小.在一次降雨过程中,松林小区的出流历时长于荒坡小区的.大强度降雨时,松林小区出流的峰值流量和出流量均大予荒坡小区的;小强度降雨时则相反.土壤含水率较高是可能造成松林小区降水入渗量小,壤中流量大,出流历时长和洪峰流量暴涨暴跌的主因.     

水文过程及模型研究主要进展

揭示水文过程,发展水文模型不仅在暴雨洪水预报及坝库工程设计等方面具有重要作用,而且也是研发土壤侵蚀物理模型必须的基础性工作。从入渗、产流和汇流等水文物理过程出发,综述了国内外水文过程与水文模型的主要进展,并指出,建立基于GIS的分布式水文过程模型是水文模型研究的趋势。     

小流域径流泥沙自动采集器的试验研究

仪器仪表作为对信息进行采集、测量、处理和控制的重要手段和设备,已成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术之一。在小流域出口处设置量水堰是研究流域水文过程及土壤侵蚀监测的一个重要方法,为实现小流域径流含沙量的动态监测,自行研制了一种小流域径流泥沙自动采集器,以一种简单的采样技术代替传统方法来提高含沙量测定的自动化水平及测量精度。通过模拟试验验证了采集器的适用性,结果证明采集器具有很好的可靠性和观测精度,与标准值的平均相对误差仅为0.42%。另外,该装置与传统水样收集方法相比自动化程度高,管理方便,适于野外无人看守情况下径流样品的自动采集。因此,所研制的小流域径流泥沙自动采集器有一定的应用前景。     

基于SWAT模型的长江源土地利用/土地覆被情景变化对径流影响研究

土地利用/土地覆被变化对流域水资源循环过程及配置影响显著。为了研究土地利用/土地覆被情景变化对径流影响情况,以长江源流域为例,构建了适合该流域的分布式水文模型(SWAT),并模拟了不同土地利用/土地覆被情景下的流域年均径流量和径流深。模拟结果如下:当流域林地和草地面积增加到最大,径流量减少了16.7%,达到304.12m3/s,径流深减少14.02mm;当林地和草地面积减少,并逐步变为沙地、裸地,流域径流量增加16.1%,达到424.32m3/s,径流深也增加了13.49mm;当林地和草地面积减少到无植被覆盖,将使流域径流量增加28.4%,达到469.67m3/s,径流深增加23.88mm;在草地覆被最佳状况下,径流量有所增加,但增加幅度不大,只有5.6%,达到385.98m3/s,径流深增加4.72mm。综上所述,长江源流域林地和草地面积增加,导致径流减少,而沙地和裸地面积增加导致径流量增加。     

晋西黄土区不同土地利用类型小流域径流产沙研究

通过山西省吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站蔡家川流域的实验观测,采取对比分析的方法,对不同土地利用类型小流域场降雨径流产沙过程进行研究。结果表明：在降雨量分别为8．6和13．6mm的场降雨过程中,半农半牧小流域洪峰与沙峰基本同步,次生林小流域沙峰明显滞后于洪峰;农地小流域场降雨地表径流系数、产沙模数最高,分别为2．40％、6．40％和6．71t／km^2、73．69t／km^2;次生林小流域场降雨地表径流系数、产沙模数最低,分别为0．13％、0．75％和0．02t／km^2、6．95t／km^2。     

小流域集水效率的试验研究--以山东安口小流域为例

小流域的农业生产主要以雨养农业为主,其集水效率是雨水集蓄利用工程的关键。以山东安口小流域为例,通过对影响小流域集水效率的主要因素——土壤入渗能力的试验,揭示土壤入渗对流域集水的影响,并利用径流系数法对集水量进行了估算,也具有较高的准确性。试验研究表明,在类似于安口流域的这类区域,土壤稳定入渗率较低,而径流系数较高,平均为0.46,因此利用(天然)径流场收集雨水发展雨养农业则极为有利。     

基于蒸渗仪测量的水文要素影响因素分析

降水入渗、地表径流、潜水蒸发等水文要素是研究流域水文及生态环境的重要因素。采用五道沟水文试验站蒸渗仪测量资料,统计分析前期土壤含水量、降水强度、地下水埋深及作物对降水入渗补给、地表径流及潜水蒸发的影响。结果表明:不考虑超渗产流,且在其它条件一致时,前期土壤含水量越大,降水强度越小,入渗补给和地表径流系数越大。无论地表有无作物覆盖,入渗补给、地表径流及潜水蒸发系数均随地下水埋深的增加而减少。降水量小于100mm时,无作物比有作物时的入渗补给系数大;降水量大于100mm时,无作物时的入渗补给系数较小。无作物比有作物时地表径流系数大、潜水蒸发系数小,而潜水蒸发系数的差异在作物生长旺季更为明显。研究成果对淮北地区水土流失治理和生态环境保护具有重要的理论和实际意义。