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。     

香溪河流域降雨侵蚀力特征及简易算法初步研究

降雨侵蚀力表示降雨引起土壤侵蚀的潜在能力,对土壤侵蚀定量预报及评价研究有重要意义。利用三峡库区香溪河流域兴山气象站1990—2009年20 a的逐日降雨量资料,采用日降雨侵蚀力模型估算了研究区的降雨侵蚀力,分析了降雨侵蚀力的年内、年际演变特征,并以此为基准值建立了降雨侵蚀力简易算法模型。结果表明:香溪河流域年内降雨侵蚀力R主要集中在5—8月,占全年的71%,峰值与侵蚀性降雨峰值一致,均出现在7月;R值年际变化较大,变异系数达到0.36,多年平均降雨侵蚀力为4 361.55（MJ·mm）/（hm²·h）,R值与年降雨量和年侵蚀性降雨量年际变化趋势基本一致,但也存在少数异常年份,多年降雨侵蚀力年际变化趋势系数为0.106,呈增加趋势;简易算法模型决定系数均在0.9以上,相对误差较小,均能满足要求,可应用于研究流域,但降雨侵蚀力精确值未知,模型参数有待进一步优化。     

天然降雨对红壤坡地侵蚀的影响

通过气象观测站与标准径流小区的试验观测,全面系统地分析了江西省红壤坡地的天然降雨特征。主要内容包括与土壤流失关系密切的降雨量(P)、降雨强度(I)等降雨特征参数的等级划分和时间分配规律;确定了江西红壤坡地侵蚀性降雨标准;确立了ΣE·I60 为红壤坡地降雨侵蚀力因子R的最佳计算组合,并分析了R值的季度分配、月分配特征以及雨量分配、雨强分配特征。这为探索控制江西红壤坡地水土流失的最佳时段,研究水土流失产生的动力来源以及发生演变的规律具有积极的借鉴意义     

辽河流域降雨侵蚀力的时空变化分析

降雨侵蚀力是反映流域降雨侵蚀能力的综合指标之一。根据辽河流域10个气象站的日降雨量资料,利用日降雨侵蚀力模型估算辽河流域的降雨侵蚀力。结果表明：辽河流域降雨侵蚀力的空间变异与降雨量的空间分布趋势基本一致,由东南向西北递减,变化于1000—3800MJ·mm／（hm^2·h·a）之间;降雨侵蚀力年内集中度高,6—8月3个月约占全年的80％;降雨侵蚀力年际变化大,年际变率Cv在0．367—0．649之间,采用时序系列的Mann—Kendall检验表明,降雨侵蚀力并无显著变化趋势;特别是在流域水土流失严重的西辽河地区,年降雨侵蚀力较小,但年内集中程度大,年际变化更突出。     

赣北红壤坡地侵蚀性降雨的特征分析

通过对赣北红壤坡地上为期6 a(2001-2006年)的定点观测,研究确定了该区域侵蚀性降雨的雨量及雨强标准分别为11.20 mm和0.88 mm/h,并建立了降雨侵蚀力因子"R=∑E·I30"的最佳算式;通过降雨侵蚀力的分析计算,该区多年平均侵蚀力为8695.43 J·mm/(m2·h),年内分布上主要集中在夏季;研究中还拟合了该区降雨侵蚀力预报简易算法,结果表明当年降雨总量产生10%的波动时,会导致年降雨侵蚀力总量27%的变化.     

红壤坡地侵蚀性降雨及降雨动能分析

侵蚀性降雨标准的确定、降雨动能的科学测算以及侵蚀性降雨和降雨动能特征的分析,是开展降雨侵蚀力研究和土壤侵蚀预测预报的基础,而目前针对红壤坡地的系统研究还较为鲜见.通过气象观测站与标准径流小区连续5 a的实测资料,采用80%经验频率法确定了江西红壤坡地侵蚀性降雨标准,其中雨量标准为9.97 mm,雨强标准为0.756 mm/h;在此基础上计算了侵蚀性降雨和侵蚀性降雨动能,并分析了侵蚀性降雨及其动能的时间变异规律.结果表明:侵蚀性降雨场次不多,仅占总降雨场次的25.85%,但雨量大强度高;侵蚀性降雨及其动能时间分配不均,主要集中在4-9月,分别占全年的74.51%和75.37%.最后建立了降雨动能简易估算方法,这对探讨江西红壤坡地降雨侵蚀力和土壤侵蚀预报模型具有积极的意义.     

三峡库区香溪河流域降雨侵蚀力的时空分布特征

为研究流域降雨侵蚀力变化规律,利用三峡库区香溪河流域内10个雨量站1971—2010年的日降雨资料,采用降雨侵蚀力日降雨简易模型,分析该流域降雨侵蚀力的年内分配和年际变化规律。在Arc GIS软件支持下,采用克里格插值研究流域降雨和降雨侵蚀力时空变化特征。结果表明:香溪河流域降雨侵蚀力多年变化范围为2 465.26~7 419.29 MJ·mm/(hm2·h),多年平均均值为4 535.63 MJ·mm/(hm2·h),降雨侵蚀力R值的年际分配差异明显,最大年R值为最小年R值的3倍;流域侵蚀力空间变化趋势为从西向东逐渐递减;流域近40多年的降雨和降雨侵蚀力系列比较平稳,经Mann-kendall检验无显著的变化趋势。流域降雨量、侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力年内分布较集中,汛期降雨量、汛期侵蚀性降雨量、汛期降雨侵蚀力占全年的比例分别为85.4%、92.4%和94.0%。     

近60年来江西省各等级侵蚀性降雨与降雨侵蚀力的关系

基于江西省具有典型代表性的5个气象站点1956-2015年共60 a逐日降雨量资料,研究了各等级侵蚀性降雨和降雨侵蚀力的特征,建立了利用各等级侵蚀性年降雨量估算年降雨侵蚀力的简易算法模型。结果表明:各等级侵蚀性降雨量、降雨日数和降雨侵蚀的时间分布规律不一。年暴雨量、年暴雨量比例、年暴雨日数、年暴雨侵蚀力、年降雨侵蚀力均在时间上呈不同程度的增长趋势,在空间表现为从南到北逐渐上升趋势。各等级侵蚀性年降雨量估算降雨侵蚀力模型的模拟值与精确值具有高度相关性,可用于估算江西地区年降雨侵蚀力。     

1966-2017年贵州省降雨侵蚀力的时空分布特征

[目的] 分析贵州省1966—2017年降雨侵蚀力R值的时空演变规律，为评估该地区降雨对土壤侵蚀的防治、制定水土保持措施及农业生产规划提供参考。[方法] 基于贵州省33个气象站点1966—2017年的日降雨资料，利用克里金插值法、经验正交函数（EOF）方法、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析法等，对贵州省52 a的降雨侵蚀力R值的时空特征进行了分析。[结果] ①EOF分析方法可以较好地解释降水侵蚀力的时空分布特征，其前两个特征向量累计贡献率达52%，揭示了贵州省降雨侵蚀力全局型和东西反向型两种典型的分布模态。分析特征向量所对应的时间系数可得，贵州省的降水侵蚀力主要表现为全省全年偏大、全省全年偏小、东大西小、东小西大4种类型；②贵州省降雨侵蚀力R值年内主要受汛期降雨影响，全省各县市汛期降雨侵蚀力R值均占全年总量的60%以上；③在年际变化上，降雨侵蚀力R值存在多突变的现象，1971—1981年突变频率最为频繁。通过周期检验发现其变化主周期为28 a，次周期分别为12 a和6 a。[结论] 贵州省降雨侵蚀力的时空分布与降雨量的时空分布趋势近似，整体呈现南部大北部小，夏季大冬季小的趋势，在未来几年内降雨侵蚀力R值有上升的趋势。     

基于M-K检验和地统计分析的沂蒙山区降雨侵蚀力时空变化趋势研究

[目的] 分析降雨侵蚀力的时空变化特征,为区域土壤流失监测和水土保持工作提供数据支撑。[方法] 利用沂蒙山国家级水土流失重点治理区及其周边71个雨量站1980—2018年逐日雨量资料,综合运用冷暖季日雨量公式、M-K检验、地统计插值等方法,对降雨侵蚀力的时空变化趋势进行分析。[结果] ①降雨量和侵蚀性降雨量成中度月集中性（FI>53,CI>0.17）,降雨侵蚀力具有高度月度集中性（FI=399.88,CI=0.24）,年内变化曲线呈单峰形,峰顶位于7—8月; ②研究区多年平均降雨量743.52 mm,多年平均降雨侵蚀力3 656.87 MJ·mm/（hm²·h·a）,空间上呈现北低南高,西低东高的分布趋势; ③降雨侵蚀力年际波动属中等变异,总体呈不显著增长趋势。空间上在西北部上升趋势显著（z>1.96）,在南部少量区域呈不显著的下降趋势（z<0）。[结论] 降雨侵蚀力增加会导致区域水土流失风险提升,因此,应针对区域降雨侵蚀力增加区域,加强水土流失综合防治工作,实现生态环境与经济社会的可持续发展。     

黄河河口-龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系

[目的]揭示黄土高原典型多沙粗沙区河口—龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系,为区域水土保持规划的制定提供科学依据。[方法]基于降雨和产沙模数资料,采用泰森多边形加权变差系数法、K-means聚类分析以及线性回归分析,系统研究河口—龙门区间降雨和产沙的空间变异规律。[结果] 1959—2015年期间,河龙区间汛期降雨和汛期降雨侵蚀力具有相同的空间分布特征,但是汛期降雨侵蚀力表现出更强的空间变异性,两者在年内和年际时间尺度上分别表现出相同的空间分布特征,并且具有纬度地带性(p0.01)。汛期降雨和汛期降雨侵蚀力在支流尺度上的空间变异性差异不大,具有同增同减的变化趋势。[结论] 1959—2015年期间,水土流失大规模治理以前,河口—龙门区间流域产沙主要受降雨的影响(p0.01),水土流失治理以后,流域产沙量锐减,降雨和流域产沙模数无显著相关关系。     

内蒙古黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力时间变化规律研究

降雨侵蚀力指由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力,是影响土壤侵蚀的最主要因子之一。以内蒙古准格尔旗沙圪堵气象站45年的日降雨资料为基础,选取适合本地区的降雨侵蚀力模型,分析内蒙古黄土丘陵沟壑区的降雨量与降雨侵蚀力的关系。结果表明年降雨侵蚀力曲线与年降雨量曲线走向基本上是一致的。年内降雨侵蚀力分布与降雨量的年内分布规律也基本相同,所不同的是降雨侵蚀力的季节变化要明显大于降水量的季节变化。二者的回归关系比较表明,降雨量与降雨侵蚀力的关系以幂函数关系表示,相关性系数最大,并且月降雨量与降雨侵蚀力的相关性要明显比年降雨量与降雨侵蚀力的相关性增强,这主要是受降雨强度的影响。降雨侵蚀力在年内主要集中在6~9月,以8月最大。     

集水区尺度降雨侵蚀力空间分布对土壤流失的影响

为探讨降雨侵蚀力空间分布对土壤流失的影响效应,该文以黄土丘陵沟壑区子长集水区为例,将区域重心概念应用到降雨侵蚀力的空间分布研究中,基于GIS探讨了降雨侵蚀力重心在不同年份间的变迁对土壤流失的影响。研究结果表明：降雨侵蚀力重心与水文站点、大于15°坡度重心的距离会显著影响土壤流失;当降雨侵蚀力重心位于水文站点和较陡坡度重心中间位置时,也会产生较多土壤流失;降雨侵蚀力重心在南北方向上变化对土壤流失影响不大,但在东西方向上的移动能够明显改变土壤流失。在集水区尺度上,随着降雨侵蚀力空间分布的变化,降雨侵蚀力与坡度、土地利用、水文站点的空间耦合关系将发生改变,从而导致土壤流失量的增加或减少。     

日降雨对降雨侵蚀力年雨量简易算法的影响分析

使用重庆市沙坪坝气象站1951—2010年日降雨数据构建降雨侵蚀力年雨量简易算法,分析年雨量简易算法预测精度,确定了年雨量算法预测精度最高时对应的日雨量,并进一步探讨了年降雨侵蚀力和降雨参数的时间变化特征。结果表明:(1)年雨量与年降雨侵蚀力呈指数关系。日雨量≥25mm的年雨量与年降雨侵蚀力的关系最为密切;采用日雨量≥25mm的年雨量算法预测年降雨侵蚀力的精度均优于其他日雨量对应算法。(2)1951—2010年年降雨侵蚀力与年降雨参数随时间变化趋势不显著。对于某一变化趋势时段,日雨量≥25mm的年雨量与时间的相关系数和年降雨侵蚀力与时间的相关系数数值相近。可使用日雨量≥25mm的年雨量作为替代指标分析水土流失对气候变化的响应。该文研究结果可为提高降雨侵蚀力简易算法预测精度,深入理解降雨侵蚀力对气候变化的响应以及区域水土流失防治提供参考。     

水蚀预报中降雨侵蚀力研究进展

[目的]分析国内外水蚀预报中降雨侵蚀力的研究现状,探讨降雨侵蚀力的未来研究方向,为准确计算和预报区域降雨侵蚀力奠定基础。[方法]通过查阅国内外文献,从降雨侵蚀力不同研究方面进行综述和分析。[结果]总结了降雨侵蚀力研究中常用的降雨侵蚀力指标、侵蚀性降雨标准,评述了降雨侵蚀力R值的简易计算模型及降雨侵蚀力R值时空分布的研究进展。同时分析了当前降雨侵蚀力研究中存在的不足并指出其发展前景。[结论]国内外在降雨侵蚀力指标和降雨侵蚀力时空分布等方面已取得了一定的成果,今后需加强侵蚀降雨标准、降雨侵蚀力简易计算模型、降雨侵蚀力的影响因素等研究。     

武陵山区女儿寨小流域次降雨径流与产沙特征

 以武陵山区女儿寨小流域为研究区,根据流域2004—2008年77场典型降雨径流观测资料,研究流域次降雨径流与产沙特征。结果表明:77场降雨中,以25.0～49.9 mm和50.0～100.0 mm的降雨为主,占降雨总数的67.53%,降雨强度以10～40 mm/h为主;降雨量与径流深和产沙模数呈现较为显著的线性相关性,降雨量、径流深及降雨侵蚀力对产沙模数均有明显影响,其中以径流深和产沙模数的拟合效果最好,R2达0.684 7;在对降雨、径流、产沙共12个指标进行相关性分析的基础上,对径流深、洪峰流量、产沙模数、降雨侵蚀力4个主要指标进行多元逐步回归拟合,R2均在0.85以上,并通过显著性检验,回归方程拟合效果较好,可用于相关指标的定量计算;流域的产沙量主要取决于几次大的暴雨,汛期的降雨决定流域的产流产沙状况。研究结果可为流域水土流失监测和预报、水土保持措施合理配置等提供相应参考。     

洮河流域径流输沙演变与降雨及降雨侵蚀力的关系

[目的]揭示气候变化、人类活动耦合作用下复杂的水沙变化、水沙关系,探明降雨侵蚀力的影响及径流输沙变化的响应机理,为流域水土流失防治和生态建设提供科学参考依据。[方法]基于洮河流域及周边6个气象站点逐日降水和下游控制站逐月径流输沙数据,采用多元统计分析法、水沙曲线、相关系数、灰色关联度、弹性分析法等方法分析研究了径流、输沙、降雨(P)、降雨侵蚀力(R)演变规律,及其相互作用关系。[结果]洮河流域1956—2019年径流整体呈显著下降趋势,线性变化率-2.8×10⁷m³/a, 1987年发生突变,输沙整体呈显著下降趋势,线性变化率-4.61×10⁵t/a, 2003年发生突变,降雨、降雨侵蚀力均呈不显著上升趋势,且未出现明显突变。洮河流域R上中游小于下游,夏季(626.33)>秋季(125.31)>春季(122.22)>冬季(0),夏季降雨侵蚀力占比71.67%,夏季对泥沙侵蚀影响最大。P与R分布相反,P相对较小的下游流域R较大,P相对较大的上中游R较小,流域水沙异源,上中游产水,下游产沙。对输沙量影响最大...     

Temporal variability of rainfall in a semiarid environment in Brazil and its effect on sediment transport processes

Purpose

The temporal variabilities of both soil erosion by water and sediment redistribution in watersheds are directly related to rainfall characteristics. The purpose of this work was to assess the temporal pattern of rainfall in a semiarid watershed in Brazil and explain how this feature controls soil erosion and sediment yield.

Materials and methods

Daily and 5-min rainfall records were used to assess the temporal pattern down to the sub-hourly scale. To study the effect of the rainfall on sediment processes, erosivity and sediment yield at the Aiuaba (12 km²) and Benguê (933 km²) watersheds, Brazil were determined. Erosivity was calculated based on the rainfall kinetic energy method, while sediment yield was estimated from sediment rating curves and daily water discharge measurements.

Results and discussion

A large portion of annual rainfall is restricted to a few rain events and strong concentration in the sub-daily scale occurs, producing high erosivity. The temporal concentration of erosivity is greater than that of rainfall; the 10th percentile of the highest magnitude events encompasses 51% of the precipitation, but 80% of the erosivity. The temporal concentration of sediment yield is more pronounced; 88 and 98% of the sediment yield for the Aiuaba and Benguê watersheds, respectively, are within the 10th percentile of events.

Conclusions

The strong temporal concentration of precipitation causes events with high intensity and erosivity, thus allowing for soil detachment. Nonetheless, the low runoff rates limit downstream sediment transport. Such behavior produces a much higher temporal concentration of sediment yield, which reaches its maximal after a sequence of rainy days, when hydrological connectivity is enhanced and the sediments are propagated throughout the entire transport-limited system.     

基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域等3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口等2个典型小流域2014—2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙（径流量和输沙量）、雨沙（降雨侵蚀力和输沙量）和能沙（径流侵蚀功率和输沙量）关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度。结果表明：1）长江流域3个典型流域及2典型小流域,在绝大部情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度R²_adj最大值分别可达到0.94、0.87和0.58。2）对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q₁分位点总是接近1且第二个流量Q₂分位点在0.5附近或者高于0.5。基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性。3）随着时间升尺度,水沙、雨沙和能沙关系逐渐变差,3个典型流域径流侵蚀功率和输沙量在一些月份上均存在显著变化趋势和显著突变点（P<0.05）。特别是在年尺度上,输沙量均为显著减少趋势（P<0.05）,其能沙关系均表现出非一致性变化。4）水库建设和植被增加是导致流域能沙关系变差的重要原因,其均与输沙量呈现极显著负相关（P<0.001）,通过考虑水库指数和NDVI改进能沙关系模型,年R²可提高27.28%～97.62%。研究成果可支撑开发新的流域泥沙预报模型,服务长江流域生态保护与高质量发展。     

紫色丘陵区降雨侵蚀力简易算法的模拟

降雨侵蚀力是评价一个地区潜在水力侵蚀危险性和严重程度的重要参数。该文基于野外人工模拟降雨的侵蚀试验,对紫色丘陵区降雨侵蚀力的简易算法进行了模拟研究。结果表明：紫色丘陵区降雨量与土壤侵蚀产流、产沙之间存在极显著正相关,各时段降雨强度I（5、10 、15、30、45 min）能很好地反映紫色丘陵区土壤流失量的变化特征。基于降雨动能E和时段降雨强度的复合因子∑EI5和∑EI10能够很好地反映紫色土丘陵区径流量变化特征,∑EI5可很好地反映该地区土壤流失量变化特征。降雨量P与各时段降雨强度I的复合因子PI5、PI10、PI15对紫色丘陵区坡地产流、产沙起关键作用,尤其是PI5的作用。紫色丘陵区降雨侵蚀力简易计算公式为PI5和∑EI5且二者之间存在定量转换关系,该公式提高了降雨侵蚀力在土壤侵蚀预报模型中的应用价值。对于紫色丘陵区一次降雨而言,5、10、15 min降雨强度及降雨量是水土保持的关键性时段,也是水土资源利用的最佳调控时段;尤其是前5 min的雨强、雨滴大小分布、降雨量对坡地水土流失起重要作用。