城区不同下垫面条件对降雨径流的影响

城区降雨径流过程主要受降雨过程和下垫面变化的影响,不同下垫面条件对降雨径流影响很大.通过对绿地、环保透水砖铺装、草皮空心砖铺装和不透水釉面砖铺装4种不同下垫面情况下的模拟降雨入渗试验,其结论可为城市建设设计提供理论依据.     

透水性铺装地面的壤中流特征

人行道、步行街、自行车道、休闲广场和庭院等静负荷和动负荷较低、结构要求不高的硬化地面,改造为透水性铺装地面可以提高地表雨水下渗能力,减少地面积水,削减洪峰并延迟洪峰出现时间.利用人工模拟降雨试验,降雨均匀度超过80％,降雨强度分别为31.38、42.32、50.60、58.88、69.82、78.09 mm/h,对构筑的透水性铺装地面降雨入渗产流过程进行模拟研究.结果表明：在降雨历时60 min、降雨量小于78 mm的试验条件下,壤中流是透水性铺装地面总径流的主要组成形式,透水性铺装地面壤中流占总降雨量的比例随降雨强度的增大而增大,透水性铺装地面的铺设是导致地面壤中流发生和发展的主要原因.研究结果可为基于透水性铺装地面的雨水利用提供参考.     

神府东胜矿区不同下垫面产流产沙试验研究

针对神府东胜矿区煤田开采过程中所引发的严重新增水土流失问题,采用野外模拟降雨实验的研究方法,对神府东胜矿区不同下垫面降雨入渗、侵蚀产沙规律进行了初步研究。结果表明:在相同雨强条件下,不同类型下垫面对入渗速率的影响差异性较大,稳渗率大小顺序为扰动地面>原状地面>非硬化路面;在降雨过程中不同类型下垫面的径流量随时间增加而增大,其大小顺序为非硬化路面>扰动地面>原状地面;不同类型下垫面的侵蚀产沙高峰期均出现在降雨初期的0~20 min内,此后侵蚀产沙均下降并趋于稳定,并且不同类型下垫面间的侵蚀产沙量差别不大;非硬化路面的径流含沙量一直稳定在较低水平,而其它类型下垫面的径流含沙量降雨初期很大而后急剧下降,并逐渐接近于非硬化路面的径流含沙量。     

珠海城区降雨径流污染特征初步研究

非点源污染包括城市和农业非点源污染等。在城市工业点源污染逐渐得到控制后 ,城市非点源污染的研究也日渐成为热门课题 ,并取得不少研究成果[1～ 5] 。由于城市地表大部分为不透水面 ,降雨落到地面后迅速形成径流 ,并冲刷和挟带地表污染物形成地表径流污染。据文献报道[3] ,城     

重力侵蚀黄土沟壑区沟坡产沙特性

沟坡是黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙的主要来源,其侵蚀规律的研究可为流域水土保持措施优化配置提供科学依据,对该地区的防灾减灾和可持续发展具有重要现实意义。在多种坡度、坡高的陡坡模型上进行了模拟降雨试验,分别采用地貌仪和径流泥沙采样装置对次降雨过程中沟坡的重力侵蚀量和产流、产沙过程进行了动态监测和定量分析。结果表明:重力侵蚀在高含沙水流的形成中起着十分重要的作用,但不是每次重力侵蚀的发生都能导致高含沙水流;次降雨过程中,含沙量和输沙率均随降雨历时呈现上升趋势,特别是次降雨的中后期,含沙量和输沙率的增大趋势都比较明显;历次降雨事件中,次降雨30min全过程出口径流的平均产沙量和次降雨中后期出口径流平均产沙量的变化趋势一致;次降雨过程中,出口径流含沙量与输沙率随坡度的增大呈整体波动式增大,但与坡高关系不显著。总之,在黄土沟坡区,重力侵蚀对产沙过程有显著影响。     

人工降雨模拟试验的相似性和应用性探究

为了探究人工降雨模拟试验结果的相似性,通过文献数据和观测数据,分析了人工降雨模拟试验与天然降雨小区观测在径流、泥沙方面的差异及其原因,从数值和规律2方面深入讨论了室内模拟降雨试验结果的相似性问题。结果表明:(1)模拟降雨试验弱化了降雨因子对坡面径流和泥沙的影响,且雨强/雨量或降雨侵蚀力越小,模拟试验的相似性越差。(2)模拟降雨试验中产流和产沙随坡度的变化规律明显不同于天然降雨观测情况。(3)在坡面条件和降雨作用相同的情况下,在黄绵土坡面上利用静止喷嘴式降雨机进行人工降雨试验观测得到的土壤侵蚀量不到天然降雨小区的50%。因此,模拟降雨试验结果在数量和规律上与天然降雨观测结果存在一定差异性,二者的相似性问题需要进一步研究。     

城市透水面集水效益评价研究——以大连市为例

透水面是城市雨水利用的重要手段.以大连典型市区--西岗区和中山区为研究区域,根据2005年航摄采集的基础数据统计了当年各类透水面的面积,进而根据当年的降雨量、地表径流的截留系数和地下水的下渗补给系数计算得出研究区域透水面的集雨量,然后根据相应的经济、生态效益指标计算了透水面的集水效益.研究结果表明:(1)透水面的总面积为3 663.30 hm2,占研究区域总面积的51.5%;林地、草地和透水路面的面积比为6.5:1.3:1.0.(2)研究区域林地、草地、透水路面对降雨径流的截流量为1.69×107 m3,其中补充到地下水层的雨水量为5.0×106 m3;合计产生经济效益1.4×104元,生态效益5.52×107元.同时,由于大连市透水面的发展控制了城市水土流失,营造了良好的人居环境,促进了该市的和谐发展,因而产生了显著的社会效益.     

降雨-径流条件下土壤溶质迁移过程模拟

通过雨滴的打击加速土壤表面溶质迁移至地表径流过程。通过设计3种水文条件即控制排水状态（-5 cm）、土壤水分饱和状态和土壤渗流状态（5 cm）,采用人工模拟3种降雨强度（30、60和90 mm/h）,及同时外加模拟相对于降雨量的0、2、4和10倍径流量,研究土壤溶质迁移到地表径流过程中扩散过程的规律。试验结果表明降雨强度、或地表径流总量、或地表水位线的增加,均加速土壤溶质的扩散过程。渗流作用下,对流-扩散作用存在着一种交互作用,能加速分子扩散过程。土壤溶质迁移过程同降雨强度、地表径流量和地下水位高低有着重要关系。     

长江三峡花岗岩地区优先流对渗流和地表径流的作用

为研究长江三峡花岗岩地区优先流对渗流和地表径流的影响,以长江三峡地区曲溪小流域作为试验用地,选择适当的土壤剖面作为观测剖面。采用自记流量计测量了优先流、渗流和降雨过程。在小流域出口处设置90°薄壁三角堰和水位计记录了地表径流过程,分析了优先流和渗流、地表径流之间的关系。结果表明,在同等降雨条件下,优先流晚于渗流出现,早于渗流停止。优先流流量在剖面渗流总量中的比例可达2.40%～48.72%。优先流水分通量最大可达剖面渗流水分通量的17200倍,会在很大程度上增加土壤水分运动通量。在同场降雨中,优先流的介入使得渗流流量峰值出现时间提前。优先流的出现导致地表径流峰值出现时间延迟,洪水历时过程延长。前期影响雨量及产流次雨量较小时,优先流与地表径流之间相互影响较大。     

神府东胜煤田扰动地面野外降雨试验

神府东胜煤田是我国探明储量最大的煤田,在开发建设过程中产生了大量的扰动地面,造成了严重的矿区水土流失。为了科学地预测和治理矿区扰动地面的水土流失,采用野外人工模拟降雨试验对神府东胜煤田扰动地面的侵蚀产沙过程进行模拟,深入探讨其侵蚀产沙、产流特征。结果表明:降雨强度是影响扰动地面产流时间的主要因素,产流时间与降雨强度呈负幂函数相关;在试验条件限定的范围内,入渗率随降雨强度和坡度的增大均呈先增大后稳定的趋势,但坡度对其影响较弱;径流率随降雨强度和坡度的增大均呈幂函数增大,且相关系数较高;径流含沙量和侵蚀速率均与降雨强度呈幂函数相关,但相关系数不高;径流量与降雨强度呈很好的线性相关;产沙量与径流量呈幂函数相关,且相关系数较高。     

Applicability of an empirical runoff estimation method in central Greece

In order to assess the water runoff on the sloping cultivated fields of Central Greece, an experiment was carried out from 1997 to 2000. The following treatments were used: three tillage methods, viz. conventional tillage, reduced tillage with heavy cultivator and disk-harrow; two with or without winter cover crop; two parallel and perpendicular to the contour tillage and planting directions.An existing methodology for predicting runoff was evaluated and improved, which is based on the estimation of ponding time for the different tillage systems in the study area under rainfall. An equation predicting the time to ponding was used obtaining data from infiltration experiments using double-cylinder infiltrometers in the field. The surface runoff of each rain storm was estimated by combining the appropriate infiltration equation with the rain intensity data, taking into consideration not only the excess rainfall rate over the infiltration rate, but also the surface detention.Measured runoff was used to test the validity of the USDA-Soil Conservation Service (SCS) curve number method in the region. The results from this test indicated that this prediction runoff method may not be used in the region without the proper modifications to suit the rainfall in the region.The developed model could be used to successfully estimate runoff and erosion in the area. It was found that the combination of equations of time to incipient ponding and the maximum surface storage capacity of topsoil, could explain about 85% of the existing runoff variation.     

Jag C162对黄土坡面降雨入渗的调控效应研究

在土壤中添加高分子化合物是一种新兴的水土保持措施,阐明其对水土流失的影响可为黄土坡面水土流失治理及其措施选择提供科学依据。采用人工模拟降雨试验,研究新化学材料Jag C162对黄土坡面降雨入渗的调控效应。主要结果有:(1)撒施不同剂量Jag C162后,随着降雨时间的增加,入渗率呈减少的趋势,撒施Jag C162的入渗率减小速率均小于裸土;降雨过程中裸土达到了稳渗阶段,而撒施Jag C162的入渗率没有达到稳定状态;初始产流的时间也相应的推迟。(2)同坡度不同雨强和同雨强不同坡度下,撒施Jag C162后,入渗率显著提高。随着雨强和坡度的增大,裸土的稳定入渗率增加,3种不同撒施剂量下的平均入渗率减小。(3)撒施Jag C162的入渗量明显高于裸土的入渗量,在不同剂量下,入渗量随雨强的增加而呈现递增变化总趋势;入渗量随坡度的增加而减小。(4)撒施Jag C162可增加入渗率,减少地表径流和土壤侵蚀。     

昆明市城市绿地蓄水滞洪效益研究

城市绿地的蓄水滞洪效益是城市绿地水土保持效益的重要方面。以昆明市建成区城市绿地为研究对象,分析其蓄水滞洪效益,结果表明:绿地表层土壤总孔隙度较大,然而土壤稳渗率普遍较小,尤其是人工绿地,平均值只有0.242mm/min;在一年一遇1 h降雨(36 mm)条件下,除了自然绿地外,人工绿地均有径流产生,人工绿地平均蓄渗率只有15.10%;当前期非毛管孔隙没有水分滞存时,绿地的暂时滞洪效益非常显著,12.35 cm土壤即可蓄存全部降水;土壤稳渗情况下,绿化区平均下凹3.73 cm即可额外蓄渗非绿化区50%的径流;若要绿化区不产流,则绿地平均入渗率至少要达到0.6 mm/min或下凹2.1 cm。从降水特点分析,昆明市城市绿地目前滞洪效益较低,需要提高土壤入渗性能或建下凹式绿地。     

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.     

喷施中性多聚糖对黄土坡面降雨入渗的影响

中性多聚糖(Jag S)是一种新型高聚物,研究该高聚物对黄土坡面降雨入渗的影响可对采用土壤侵蚀化学调控技术措施防治黄土坡面土壤侵蚀提供新的理论基础。通过人工模拟降雨试验,研究不同雨强(1.0、1.5、2.0 mm min-1),不同坡度(10°、15°、20°)条件下,坡面降雨入渗及产流时间与喷施不同剂量(1、3、5 g m-2)Jag S之间的关系。结果表明:在不同坡度不同雨强下,与裸露坡面相比,喷施3种剂量的高分子化学材料Jag S均减少了前期降雨入渗率,但1及3 g m-2剂量Jag S处理能够明显提高黄土坡面入渗性能,减缓入渗在整个降雨过程的下降趋势,提高稳渗率,强化入渗效应均值分别为21.53%及9.17%,大剂量(5 g m-2)Jag S反而降低了土壤入渗性能(小雨强下除外)。喷施不同剂量Jag S的坡面其产流开始时间差异很小,但均早于裸露坡面,且表现为Jag S喷施剂量越大,坡面越早产流,大坡度大剂量对降雨产流时间影响较大。三个剂量对应产流时间提前百分比均值分别为47.26%、50.47%及66.28%。总之,Jag S在一定程度上能改善黄土坡面土壤结构,提高黄土坡面降雨入渗性能,从而降低土壤侵蚀,为采用高聚物进行水土保持提供了科学依据。     

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。     

The implications of spatial variability in surface seal hydraulic resistance for infiltration in a mound and depression microtopography

Soil surface crusting has a major impact on water infiltration and erosion in many soils. Considerable progress has been made in describing crusting processes and in modelling the impact of crusting on infiltration. Most studies, however, have neglected the high spatial variability in crust characteristics observed in the field. The objective of this experiment was to determine the influence of runoff depth on infiltration rate in the presence of a surface seal varying in hydraulic characteristics with microtopography. The Blosseville silt loam has a low aggregate stability and forms crusts readily. The Villamblain silty clay loam has a greater aggregate stability due to its greater clay and organic matter contents, and it is more resistant to aggregate breakdown processes under rainfall. Samples of the soils were sieved to retain aggregates less than 2.0 cm and packed in 50×50×15 cm soil trays. The trays were surrounded by a 10 cm soil border to compensate for splash loss. After molding the surface into a mound and depression microtopography, the samples were subjected to simulated rainfall at an intensity of 22.8 mm h⁻¹. Hourly measurements of surface roughness showed that the original roughness was smoothed out due to the infilling of depressions by sediments detached from the mounds. For the final hour, runon was added to the top of the soil tray to increase the runoff rate and depth. For both soils, infiltration rate increased more than could be attributed to the increased ponding pressure head. The change in infiltration rate was particularly great for Villamblain. The measurements of hydraulic resistance showed that structural crusts had a lower hydraulic resistance than sedimentary crusts. They also showed that the crusts formed on Villamblain were of a lower hydraulic resistance than those of Blosseville. It appears that small changes in runoff depth can significantly increase infiltration rate when structural crusts of lower hydraulic resistance are inundated. The effect was less important in Blosseville which formed seals of relatively high hydraulic resistance everywhere. The results provide a suitable explanation for field observations of increasing infiltration rate with either increasing rainfall intensity or runoff rate. The results also have implications for the relationships between surface roughness, surface water storage, and infiltration.     

基于元胞自动机的城市地表积水模拟研究

[目的]对城市地表水文产汇流时空过程进行模拟研究,以期为城市排水防涝应急决策提供依据。[方法]针对城市地表覆盖破碎性和地形复杂性的特征,构建基于元胞自动机(CA)的城市地表积水模型,结合水力水文学原理定义元胞及其规则。[结果]与传统统计经验模型、物理模型相比,该模型避免了汇水区划分、水流路径确定、参数提取等数据预处理问题,以广州市番禺区富华东路段区域作为试验区进行参数率定及模型验证,根据规则更新每个元胞的状态参数可获得任意时刻地表积水量、径流量和水流。[结论]该CA模型可以准确模拟地表水流时空分布及其变化,模拟结果可靠、表达直观;通过雨水口不同排放量模拟和常用数学模型对比分析表明,CA城市地表积水模型在城市内涝模拟中具有良好的实用性及易操作性。     

农村土质道路路面形态对道路侵蚀的影响

路面形态作为道路微结构的表现形式,改变道路降雨侵蚀特征,对调节道路系统水沙传递过程有重要意义。本文以拱形、侧向形、平直形、凹形等4种常见路面形态为研究对象,通过室内模拟降雨试验,研究坡度（5°、10°、15°）及路形差异下,道路侵蚀特点。结果表明：路形对产沙的影响高于产流,路形通过改变路面径流的水力学特征来改变产沙特性;在坡度10°和15°时,凹形路面径流流态为急流,流速最大,土壤侵蚀率显著高于其他路形,且侵蚀泥沙颗粒粒径较大;在坡度5°和10°时,拱形和平直形路面水流流态为缓流,拱形路面产流产沙能力最弱,抵抗降雨侵蚀的能力最好。凹形和平直形路面对坡度的敏感性较高,随着坡度提升,产沙量和水流能量均有大幅提高,坡度对拱形和侧向形影响较弱。路形差异导致侵蚀特征迥异,在道路设计建设过程中,科学的路形搭配和“路-渠”组合能有效防治道路侵蚀,降低道路建设对生态环境的影响,该研究可为农村低等级道路建设和维护提供参考。