雨滴溅蚀和结皮效应对土壤侵蚀影响的试验研究

五十多年以前 ,Ellison[1] 将土壤侵蚀的过程分为四个基本过程 :降雨冲击引起的剥蚀 ,降雨飞溅引起的剥蚀 ,地表径流引起的剥蚀 ,及径流迁移引起的剥蚀。最近 ,Kinnell[2 ] 根据土壤侵蚀中雨滴和径流的相互作用建立了土壤侵蚀的四个输沙系统 :雨滴剥蚀和溅蚀迁移系统 ,雨滴剥蚀     

雨滴侵蚀特征分析

引起水土流失发生的侵蚀营力是多方面的,其中雨滴的侵蚀作用不可忽视.雨滴击溅可分为干土溅散、泥浆溅散、层状侵蚀三个阶段.溅蚀具有明显的分带性,坡面上部的土壤溅蚀量大于坡面下部的土壤溅蚀量,雨滴击溅中约有75%的土粒向坡下迁移.雨滴中数直径D_(50)、降雨强度、雨滴终点速度与雨滴动能成正比关系,雨滴动能是地表径流动能的256倍,EI_(30)乘积是较好的表示雨滴侵蚀力指数的方法.     

土壤溅蚀过程和研究方法综述

土壤溅蚀是土壤侵蚀过程的开始,是指由于降雨雨滴打击土壤表层,引起土壤颗粒分散和迁移的一种侵蚀过程,是导致坡面水蚀的一个重要威胁因子。因此,土壤溅蚀是土壤侵蚀的重要形式和组成部分,具有重要的研究意义。土壤溅蚀过程和研究方法是土壤溅蚀领域研究的核心内容。论文根据有关资料,综述了国内外土壤溅蚀过程和研究方法方面的主要成果,并对将来的研究方向进行了展望,以期推动我国在该领域的研究工作。国内外研究表明,土壤溅蚀是土壤侵蚀的主要过程之一,是各种水文过程、水力过程和生态过程的综合表现,是复杂的降雨因子和土壤因子共同作用的结果,涉及一系列关于降雨雨滴与地表间的能量转换过程。测量土壤溅蚀的方法主要有溅蚀杯、溅蚀板和溅蚀盘。进一步的研究应致力于土壤溅蚀的力学过程和森林土壤溅蚀过程方面的探讨。     

华北土石山区土壤溅蚀影响因素分析

土壤侵蚀会破坏土地吞食农田,降低土壤肥力,直接影响水土资源的利用和保护.雨滴击溅作用下,地表土壤颗粒会发生位移,引起表层土壤颗粒的分离.以华北土石山区作为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,采用改良后的摩根溅蚀盘和雨滴发生器,利用色斑法结合叶面积系数法测定不同条件下的土壤溅蚀量.结果表明:1)溅蚀量随土壤前期含水量增大而增大、与雨滴动能呈正相关(R2＞0.96,P＜0.05);2)溅蚀量和植被覆盖度呈非线性负相关(R2 ＞0.99,P＜0.05)——植被覆盖度越大,土壤溅蚀量随降雨强度增大的幅度越小;3)植被主要通过叶面积改变雨滴直径,通过株高改变降雨高度,对降雨进行再分配,进而改变雨滴动能.叶面积系数越小、株高越低,植被对溅蚀的阻挡作用越强.     

山地土壤侵蚀

根据地表径流力学原理,研究了降雨引起的山地侵蚀的输沙量.对于某一土壤类型,地表径流的输沙量可用坡度和流量的幂函数来表示.单场暴雨引起的土壤流失量依赖于降雨历时和降雨强度,输入河流和淤积于水库中的泥沙,大部分来源于山地.降雨和地表径流所引起的泥沙颗粒分散和搬运,是一个复杂的物理过程.山地土壤侵蚀速率主要取决于土壤颗粒的分离和溅蚀及地表径流的搬运能力.     

雨滴打击作用对黄土结皮影响的研究

土壤表层结皮硬度与地面径流的大小、土壤侵蚀的程度密切相关,而土壤表层结皮主要是天然降雨击实的结果。本文根据野外定位观测资料,定量评价天然降雨的雨滴打击作用对黄土结皮硬度的影响,为进一步研究土壤抗蚀性和揭示雨滴侵蚀发生机制提供了科学依据。     

黄土高原降雨雨滴动能的分布律

降雨强度、雨滴速度、雨滴动能等参量与土壤侵蚀关系密切。根据BestA．C．提出的雨滴直径分布函数，从理论上导出了符合黄土高原实际情况的雨滴动能分布密度和分布函数，它们都符合不同参数的韦伯分布。不同雨型、雨强条件下的雨滴速度和降雨总动能的理论计算值与前人的实测值吻合较好，表明韦伯分布的确可用于描述雨滴动能分布，其参数确定也是恰当的。因此可直接由降雨强度和雨型决定的雨滴动能分布经积分得出降雨总动能，而无须通过经验回归模型(通常存在地域差异)求取降雨总动能。     

黄土区坡耕地细沟间侵蚀和细沟侵蚀的研究

利用人工模拟降雨试验,通过在径流小区上覆盖纱网消除雨滴动能和增加雨滴除落高度来增加雨滴功能,并采用翻耕裸露作对照的试验处理,对黄土区坡耕地细沟间侵蚀和细沟侵蚀过程及其机理进行了研究。结果表明,坡面侵蚀产沙过程可明显的分为四个阶段,即溅蚀,细沟间侵蚀、细沟侵蚀和雨后径流侵蚀阶段。     

密云山区油松人工林内外降雨特性初步研究

采用先进的LNM激光雨滴谱探测仪,连续不问断观测北京密云水库周边山区2006年8月-2007年1月的降水过程;结合以往研究雨滴所采用的方法和成果,从降雨产生能量的机理入手,观测分析了北京密云水库周边人工林林内外降雨雨滴特性和降雨动能的变化.林外天然雨滴平均直径和雨滴中数直径都有随降雨强度的增加而增加的趋势;林外的雨滴直径较林内分布范围小,林外雨滴直径与累积雨量之间的关系曲线较林内平滑;小雨强(≤0.35 mm/h)气象条件下,林内降雨动能显著高于林外降雨动能,可初步认为在小雨强时林冠层对降雨能量有增大作用.     

陕西杨凌天然降雨雨滴特性研究

天然降雨雨滴特性是土壤侵蚀的动力因子之一,是研究降雨侵蚀力规律的基本依据。运用虹吸式雨量计记录杨凌的天然降雨过程,同时采用滤纸色斑法观测天然降雨雨滴的特征,结合图形处理软件Image-J处理雨滴直径。研究结果表明:该区天然降雨雨滴大小分布符合Best函数式;雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度呈幂函数关系,但关系式中的系数由于雨型的不同和观测范围的限制而存在一定差异。     

雨滴形成的侵蚀

雨滴所引起的土壤分离机制已取得定性的认识,而且土壤侵蚀分析的结果总是以与动能或动量相关联的雨滴(降雨)侵蚀力经验关系而告终.击溅在土壤表面(干或湿)上的雨滴总是产生一个巨大的“撞击”压的起始峰值.在约毫秒内衰减.如果土壤侵蚀发生的话,将在这一期间.本文将介绍一种利用“动量”原理进行侵蚀分析的方法.由于雨滴击溅所引起的土壤流失也将被描述,所遇到的各种变量和参数由所出版著作中给定的方法估计.     

基于粒子成像瞬态测量技术的雨滴微物理特性及降雨动能研究

雨滴微物理特性及降雨动能是揭示降雨物理本质的重要特征量,亦是开展侵蚀定量分析与建立侵蚀量预报模型的基础。采用粒子成像瞬态测量可视化技术观测自然降雨雨滴,结合计算机视觉识别技术解算雨滴微物理特性参数,同时采用虹吸式自记雨量计记录自然降雨降雨强度。研究表明:该次降雨雨滴以中等粒子为主,雨滴直径均值为1.52 mm,降落末速度均值为3.47 m/s,其中直径在1.00~3.00 mm范围内的雨滴占样本总数的87.21%。雨滴直径和降落末速度呈显著的对数关系。基于实测的雨滴微物理特性和降雨强度估算降雨动能,该结果与传统的经验模型估算结果相对误差均值为7.28%。该方法得到的降雨动能较以往的经验模型能更真实的反应雨滴降落过程中的做功大小,为准确计算降雨过程中雨滴所造成的溅蚀量奠定基础。     

沈阳地区天然降雨雨滴特征对坡面产沙量的影响

为了探究沈阳地区天然降雨雨滴特征与产沙量的关系,在天然降雨条件下,使用滤纸色斑法计算雨滴特征,利用野外径流小区（长8 m,宽1 m）采集沙样。运用相关分析法、灰色关联分析法和模糊贴近度分析法分析了降雨强度、雨滴动能、雨滴中值粒径、雨滴终点最大速度和雨滴质量与产沙量的关系。结果表明:经过相关分析和灰色关联分析,影响坡面产沙量的顺序为降雨强度 > 雨滴动能 > 雨滴中值粒径 > 最大雨滴终点速度 > 雨滴质量,模糊贴近度分析表明降雨强度对坡面产沙量的影响最大,降雨动能其次,雨滴质量影响最小。坡面产沙量分别与降雨强度、雨滴中值粒径、雨滴动能呈幂函数关系;天然降雨雨滴中值粒径与降雨强度呈幂函数关系;雨滴中值粒径和雨滴质量是雨滴动能的主要影响因子。     

影响土壤水蚀的环境因子分析

土壤侵蚀是一种复杂的人文和地理过程,受到众多环境因子的影响。综合介绍了影响土壤水蚀的降雨侵蚀力、植被覆盖与水土保持措施、地形、土壤可蚀性因子,并定性分析了各因子对土壤侵蚀的影响,以期促进该项研究工作的深入开展。     

土壤水蚀中关于化学因素的研究现状和展望

土壤水蚀是一个复杂的物理化学过程。化学因素在土壤水蚀过程中起了相当重要的作用。该文系统分析了土壤溶液浓度和组成对土壤团聚体稳定性、地表硬壳形成以及土壤水力传导度、入渗率、地表径流和土壤侵蚀的影响；探讨了长期劣质水灌溉可能对土壤侵蚀产生的影响以及减少劣质水灌溉区土壤侵蚀的化学方法；指出土壤表面密封层对土壤侵蚀的影响及其机理描述是土壤侵蚀研究中的一个重要研究方向。     

雨滴机械打击和消散作用对土壤团聚体的破坏特征

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,其稳定性是描述土壤抵抗侵蚀过程中破坏作用的重要指标。但溅蚀过程中,雨滴对团聚体的消散和机械打击两种破坏作用的相对贡献及其破坏机制尚未明晰。利用酒精和超纯水作为雨滴形成材料,模拟机械打击单独作用及消散和机械打击共同作用,分别在五个高度(0.5、1、1.5、2和2.5 m)对塿土和黄绵土进行溅蚀实验。结果表明:当降雨动能相同时,塿土的溅蚀率均小于黄绵土。同时,超纯水雨滴对土壤的机械打击和消散共同作用所导致的溅蚀率均大于酒精雨滴单一机械打击作用的溅蚀率。随着降雨动能增加,两种雨滴对两种土壤的溅蚀率均呈幂函数增加;团聚体因消散破坏作用和机械打击作用的溅蚀率均亦随之增加。但两种土壤的消散破坏作用和机械打击作用的贡献率分别随着降雨动能增加而减小和增加。在相同降雨动能时,塿土消散破坏作用的贡献率均大于黄绵土,而机械打击作用贡献率均小于黄绵土。研究结果对深入理解溅蚀过程中团聚体破坏机理及评价溅蚀过程中团聚体稳定性具有重要意义。     

降雨特性和土壤结构对溅蚀的影响

选用黄土高原地区的安塞黄绵土、绥德黄绵土、杨陵粘黄土、杨陵农地耕层土进行人工降雨溅蚀试验 ,研究了降雨特性和土壤结构对雨滴溅蚀的影响。结果表明 :土壤溅蚀量与降雨强度相关关系的最佳函数为指数函数 ;将降雨动能与雨滴中数直径的乘积 ( Ed50 )定义为降雨溅蚀力 ,降雨溅蚀力与溅蚀量呈线性相关关系。降雨溅蚀力是降雨潜在溅蚀能力的反映 ,对溅蚀降雨侵蚀力因子的研究有一定参考价值 ;溅蚀总量随降雨历时的增加而增加 ,而溅蚀率则随降雨历时的增加而减小 ,其变化过程可用幂函数描述 ;原状土的溅蚀量仅为其扰动土溅蚀量的2 2 %～ 3 0 % ,随降雨强度增大 ,雨滴打击力对土壤结构的破坏作用增强 ,使原状土与扰动土溅蚀量间的差异缩小。     

黄土高原水蚀的主要类型及其有关因素

五、植被因素:植被对土壤侵蚀的影响,1960年我们已作系统的总结,现在我们补充近年来的资料陈述于后。植被永远是防止地面水土流失的积极因素,因为它一方面可以保护土壤,免受降水直接打击,并可阻缓或消失地面径流的发生和发展,同时又可防治和消灭土壤侵蚀的发生和发展,并使它们的危害作用消失,甚至完全消失。为什么植被对于水土流失有这么巨大的影响呢?大家都知道,植被既可以被覆地面,拦截降雨,保护地表不直接遭受雨滴的打击,又可阻缓暴雨强度,调节地面径流,增加土壤渗透时间,消减径流动能,以及加强和增进土壤渗透性、抗蚀性和抗冲性等。     

QYJY-503C人工模拟降雨装置降雨特性试验

为了使基于人工模拟降雨装置的水土保持试验更可靠,采用人工降雨试验方法,通过研究QYJY-503C人工模拟降雨装置的降雨特性,探讨该装置在水土保持科学试验中的适用性。结果表明:1)雨滴达到终速时雨滴-色斑直径的关系为d=0.383 9D0.709;2)QYJY-503C人工模拟降雨装置有效降雨均匀度超过80%;3)在试验范围内,雨滴直径随降雨强度增大而增大,雨滴中数直径与降雨强度呈d50=0.559 5I0.280 5的幂函数关系,相同降雨强度条件下的雨滴直径较天然雨滴偏小20%~70%;4)降雨动能与降雨强度呈E=0.004 2I-0.021的线性关系,可通过控制降雨强度实现降雨动能与天然降雨的相似性;5)QYJY-503C人工模拟降雨装置性能稳定、可控性强,可适用于室内土壤侵蚀的研究。     

人工模拟降雨的能量相似及其实现

 能量相似是降雨模拟的基本原则。通过对雨滴粒径、雨滴击溅速度、降雨均匀度等能量相似要素的分析和探讨,提出实现降雨模拟能量相似的重要手段,即在降雨高度、雨滴发生器等条件不变的情况下,通过调节雨强来实现降雨能量的相似;通过加大供水压力等手段可提高降雨动能,所以在降雨模拟实践中,降雨高度不一定需要达到使所有粒径的雨滴均达到终速所需的高度。