聚丙烯酰胺应用对黄土复合坡面降雨产流的影响

复合坡是自然界常见的主要坡型。通过室内人工降雨模拟试验,研究了复合坡面降雨产流规律以及聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)应用对其的影响。试验采用2种复合坡型(凹型坡和凸型坡)的12个坡度组合和4个PAM施用量,共48个试验处理。结果显示,PAM应用显著缩短了初始降雨产流时间,初始产流时间平均比对照处理提前63.7%~71.6%。PAM应用明显改变了坡面径流随降雨历时的变化规律。PAM应用后,除了大坡度(≥10°)、小量PAM应用(0.5 g/m2)的凸型坡外,降雨径流系数在整个降雨过程中基本维持稳定。PAM应用增大了降雨径流系数和径流量,且径流系数和径流量随着PAM施用量的增大而增大。凸型坡的径流量平均比凹型坡的大14.7%~31.8%。当PAM施用量为0.5、1.0和2.0 g/m2时,凹型坡和凸型坡的径流量分别比对照处理增加55.7%、100.2%、147.3%和16.6%、69.3%、108.9%。在黄土坡地上大剂量(≥1.0 g/m2)应用PAM可明显增大坡面径流量,实际应用中应制定合理的PAM施用量。     

径流量和坡度对复合坡薄层径流水力学特性的影响

为研究复合坡面径流运动过程及其水力学特性,通过实验室土槽模拟试验,测试了7个径流量(10,15,20,25,30,35,40L/(min·m))和25个坡度(5°~25°)组合(5个直面坡、10个凸型坡和10个凹型坡)条件下的径流流速,计算了径流深度、雷诺数和弗劳德数。结果显示,直面坡径流流速随流程增加而增大并趋于稳定,且随流量或坡度增大而增大。凸型坡下坡面的径流流速大于上坡面,而凹型坡下坡面的径流流速小于上坡面。径流深度的变化规律与流速相反。径流雷诺数沿流程为一常数,而径流弗劳德数则随之增大。径流雷诺数和弗劳德数随径流量增加而显著增大。坡度对雷诺数影响较小而对弗劳德数影响显著。试验条件下,径流雷诺数介于200~800之间,弗劳德数小于2.5。当径流量小于25L/(min·m)时坡面径流属于层流状态,反之为紊流。凸型坡上坡面的径流为缓流而下坡面为急流,凹型坡径流大多数情况下属于急流状态。     

地面坡度对红壤坡面土壤侵蚀过程的影响研究

通过室内模拟降雨试验,研究了地面坡度对红壤坡面产流过程和侵蚀过程的影响,结果表明:坡面总径流量随坡度的增大呈减小趋势,其中25°坡面比5°坡面的径流量减小22.3%;随坡度的增加,坡面产流达到稳定的历时减少.径流含沙量和坡面侵蚀产沙量随坡度的变化在5°～20°呈增大趋势,而当坡度由20°增加到25°时,径流含沙量和侵蚀产沙量随坡度的增加呈减少的趋势,即在红壤坡面,坡度对侵蚀产沙量影响存在着临界坡度,其值变化于20°～25°之间.     

极端暴雨下裸地坡面径流及壤中流中碳素输移特征

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强(90、120、150mm·h~(-1))和坡度(5°、8°、15°、25°)条件下,南方风化花岗岩母质土壤红土层裸地降雨坡面径流和壤中流中总碳(Total carbon,TC)的流失量及流失过程,并分析了雨强和坡度对TC流失量的影响。结果表明,在坡面径流中,坡度和雨强的增大对碳素质量浓度变化过程影响较小,且流失率曲线与质量浓度曲线呈极显著相关关系,TC流失率变化主要受质量浓度的影响;在壤中流中,TC质量浓度曲线呈现出迅速上升达到最大值后缓慢下降直至平稳的趋势;在试验条件范围内,各坡度条件下,随着雨强的增大,坡面径流中TC流失量增大,而壤中流中TC流失量减小;在大雨强下,坡面径流中TC流失量与坡度没有明显的线性关系,而随着雨强的增大,坡度与壤中流中TC流失量线性关系明显增加;在试验雨强和坡度下,雨强对TC流失总量和坡面径流中TC流失量的影响较坡度更显著,而在壤中流中坡度的影响则更显著。径流中碳素流失量与雨强、坡度及场降雨径流总量之间均有明显的线性关系,R~20.800。结果可为我国南方风化花岗岩母质土壤裸坡径流中TC单位面积流失量的估算提供依据。     

坡面氮素流失的坡度和雨强效应模拟研究

为了研究坡面径流和壤中流中全氮(TN)的流失特征,探索坡度和雨强对TN流失的影响,以风化花岗岩母质发育的土壤为研究对象,选定坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(60,90,120,150mm/h)作为可变量,采用原状土搬迁的方式,在室内设计的径流槽上进行人工模拟降雨试验,设计试验降雨时长为坡面径流产流后90min,壤中流水样收集延续直至无出流为止。结果表明:(1)坡面径流TN流失浓度在产流初期快速下降,随雨强的减小或坡度的增大而增大,产流后期浓度趋于稳定且差距不大。(2)壤中流TN流失浓度均明显高于坡面径流,其流失过程规律为"上升—下降—略有上升—平稳",总体上随雨强的减小或坡度的增大而增大。(3)坡面径流和壤中流的TN流失量均随雨强或坡度的增大而增大。壤中流是坡面TN流失的主要途径,流失比例可达91.26%~99.61%。坡面径流中TN流失量占坡面TN总流失量的比例随雨强的增大而增大。(4)雨强、流量与坡面径流、壤中流TN总流失量均呈极显著正相关,而坡度只与壤中流TN总流失量呈显著正相关。(5)在雨强90mm/h与120mm/h之间存在一个临界雨强,超过这个临界雨强,坡面径流TN流失量及其占总流失量的比例都会大幅上升。     

砂姜黑土区采煤塌陷坡耕地水蚀输沙过程研究

选择淮北平原砂姜黑土区某煤矿2种不同开采方式(充填开采和非充填开采)工作面地表塌陷坡耕地,通过现场调查和采样分析,动态监测表层(0-10cm)土壤黏粒含量,研究黏粒含量在采煤塌陷坡耕地形成过程中的时空变化。同时在实验室应用人工模拟降雨试验,测定不同降雨强度(强降雨0.309mm/min,弱降雨0.147mm/min)和坡度(3°,5°和10°)处理下的坡面径流含沙量与土壤剥蚀率,探讨坡耕地水蚀输沙过程特征。结果表明:(1)研究区砂姜黑土黏粒含量为37%~46%,塌陷坡耕地坡面表土黏粒含量随时间推进呈缓慢下降。(2)雨强和坡度为影响砂姜黑土区坡耕地径流含沙量变化的主要驱动力。相同坡度,强降雨条件下水流含沙量为弱降雨时的10倍左右;坡度为3°和5°时的水流含沙量变化趋势一致,而坡度为10°时,试验不同时段的水流含沙量不稳定,尤其是强降雨条件下,在试验4min后水流含沙量急剧增加,至7min已达28.9g/L,为径流初期的15倍以上。(3)砂姜黑土与高原黄土、川中紫色土和南方红壤坡地土壤雨水侵蚀特征一致。但在耕作因素影响下,充填或非充填开采工作面地表塌陷坡耕地土壤流失量均较轻微。     

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。     

不同雨强条件下坡度对红壤坡面侵蚀的影响

坡度是红壤坡面侵蚀的重要因子,通过室内模拟降雨试验研究3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min),3个坡度(10°,15°,20°)条件下坡度对红壤坡面产流、产沙过程影响。结果表明:(1)相同雨强下,坡面初始产流时间随坡度增加逐渐缩短,坡度与坡面径流量呈正相关关系;相同坡度下,随雨强增加初始产流时间及坡面径流量差异均减小。(2)坡度对红壤坡面含沙量的影响表现为平均产沙量随坡度增加而增大,其中15°坡度下坡面产沙过程波动较大。(3)坡度对坡面径流量的贡献率在60%以上,而坡度对坡面产沙量贡献率保持在30%左右。通过分析不同降雨条件下坡度对红壤坡面侵蚀过程影响,以期为红壤水土流失地区的水土保持预测与措施布没提供相应理论参考。     

黄土坡面下坡位土壤侵蚀过程的模拟试验

在中国科学院水利部水土保持研究所,采用2个不同坡长小区室内模拟降雨试验方法,对黄土坡面下坡位侵蚀过程进行研究。结果表明：1）坡面下坡位侵蚀模数随降雨过程、降雨强度及坡度的变化均具有大小交错,上下波动的特征,侵蚀模数随降雨过程的变化总体呈先上升后趋于稳定的态势,随降雨强度的增大而增加,随坡度的增大而先增大后减小,再增大再减小;2）坡面上、下坡位侵蚀模数随降雨过程、坡度及降雨强度的变化均具有明显差异,下坡位明显不如上坡位;3）坡面上坡位汇流和下坡位产流与坡面上坡位输沙对坡面下坡位侵蚀模数的影响可用二元线性方程很好地描述,前者的贡献率为47．8％,后者为20．4％;只通过观测分析小区平均侵蚀特征得出的坡面侵蚀过程,掩盖了坡面下坡位的真实侵蚀过程,采取水土保持措施减少坡面上坡位汇流及增加降雨就地入渗,可以有效地治理坡面下坡位的水土流失。     

不同坡度坡耕地土壤氮磷的流失与迁移过程

采用人工模拟降雨试验研究不同坡度的土壤侵蚀程度,分析了土壤养分在不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)随坡面径流流失及水分入渗向下迁移的动态变化过程和机制。结果表明,在恒定降雨强度下,初始产流10min内,产流产沙量随时间迅速递增,随后缓慢增加并逐渐趋于稳定,总产流量大小为15°10°20°5°25°;10°总产沙量最大,15°和20°总产沙量相近,5°和25°总产沙量接近。不同坡度条件下总产流量和总产沙量随坡度的变化趋势均可用二次函数拟合,相关系数R2为0.65。10°~15°坡度之间存在一个对径流中养分浓度变化有显著影响的转折点。硝态氮在湿润层内的迁移过程用幂函数描述,铵态氮在湿润层内的浓度变化用三次多项式拟合,速效磷浓度在湿润层内随深度变化并不明显;硝态氮、铵态氮总流失量随坡度的变化趋势符合二次多项式变化,相关系数R2分别为0.91和0.77。20°时水溶性磷流失总量最大,为15°坡面的1.61倍。径流中初始养分浓度主要受养分在径流中溶解度的影响,在产流后期,土壤流失量对径流养分浓度的影响程度加大。     

边坡生态防护与治理技术的研究及应用

近几年,水利枢纽、公路、铁路、矿山等基础设施建设迅猛发展,促进了我国经济的空前增长,但这些基础设施建设造成了大量次生边坡,导致了一系列的环境问题。参考国内外对边坡分类的标准,根据边坡治理的特点,将边坡分为岩质边坡、土质边坡、水体边坡三类。介绍了传统的生态护坡技术以及三峡大学针对各类边坡的力学稳定性和生态稳定性特点研发的生态护坡技术。     

京珠高速公路粤境南段边坡的生态防护

以京珠高速公路粤境南段终点路段边坡为例,分析了高速公路边坡的环境特点,系统介绍了该标段边坡的生态护坡形式及其施工技术,探讨生态护坡技术存在的问题。高速公路边坡一般生境条件比较恶劣,边坡高陡、土层浅薄、土壤肥力低下,常用锚杆挂网、浆砌片石等工程措施结合液压喷播、喷混植生和三维植被网等技术,对边坡实施生态防护。为了进一步推广应用生态护坡技术,必须加强技术的规范化,并重视乡土植物品种的应用。     

岩石边坡生态护坡研究简介

介绍了国外岩石边坡生态护坡目前研究的３种新型生态材料,护坡施工方法以及实际应用的护坡效果,以便为国内岩石边坡生态护坡材料的研究提供借鉴,并为国内的岩石边坡生态护坡研究提出了几点建议。     

陕北黄土丘陵沟壑区高速公路边坡不同生物防护模式的土壤特性—以铜（川）-黄（陵）-延（安）高速公路为例

以陕西省铜川-黄陵-延安高速公路（简称铜延高速公路）为例,选取不同防护模式（穴状整地植草模式、挂网喷播植草模式、骨架植草模式）下有代表性的18个边坡为研究对象,通过边坡土壤特性数据的处理分析,发现：1）铜延高速公路边坡干旱缺水,肥力匮乏,有机质和全氮处于极缺乏和缺乏等级,速效磷处于中等等级,平均含量为16．28mg／kg;2）土壤水分、土壤养分以及植被盖度均表现为阴坡〉阳坡,而土壤密度则是阳坡〉阴坡;土壤水分含量呈现下坡位〉上坡位〉中坡位规律,土壤养分含量呈现从上坡位到下坡位逐渐升高,有自上而下累积的趋势,植被盖度呈现明显的分层现象,表现为下坡位〉上坡位〉中坡位;3）3种护坡模式中,骨架植草模式涵养水分能力最强,其次是穴状整地植草模式,最后是挂网喷播植草模式;4）水分是黄土高原地区高速公路边坡防护成功与否的关键因子,另外施加有机肥和氮肥,保护和收集表层土,增施磷肥以及合理确定边坡坡度和斜面长对边坡的保水保肥性和稳定性意义重大。     

坡面和坡向对遂渝铁路岩石边坡创面人工土壤植被恢复的影响

针对采用客土喷播人工土壤进行植被恢复的铁路边坡,对铁路边坡岩石创面人工土壤植被的盖度、高度、根深、根幅、地上生物量、地下生物量和多样性指数在不同坡位、坡向的空间变异性进行了观测研究.结果表明,铁路边坡植被盖度在不同坡位之间存在明显差异,表现为坡下(87%)>坡上(31%)>坡中(19%).铁路边坡坡位对植被的盖度、高度、Pielou均匀度指数有显著影响,但对根深、根幅、地上生物量、地下生物量、Marglef丰富度指数和Simpson多样性指数的影响不显著.铁路边坡坡向对植物群落的Pielou均匀度指数有显著影响,表现为西坡>北坡>南坡>东坡,但对Simpson多样性指数、Marglef丰富度指数以及植被的盖度、高度、平均根深、根幅、地上生物量、地下生物量的影响均不显著.     

基于DEM的坡面姿态分析与制图

数字高程模型DEM在各行业和领域已经得到了广泛的应用。本文构建了区域DEM,并借助ArcGIS软件对其进行了坡面姿态地形分析,通过坡度和坡向提取与分析,得到了区域的坡度组成和平均坡度,并实现了区域坡面姿态的制图应用。     

4种公路工程生态护坡类型的防治效果研究

生态护坡能有效地防治公路工程水土流失,在生境的重建及生态系统的恢复方面起到了明显作用。选择重庆市巴南区及南岸区4种典型的生态护坡类型——裸坡、菱形骨架植草护坡、乔木护坡和植草护坡进行了采样、监测,研究各种边坡土壤侵蚀强度、相对系数、土壤平均侵蚀模数、植被覆盖度、土壤组成成分等指标的变化规律。结果表明:(1)在4种生态护坡措施中,菱形骨架边坡的护坡效果最好,乔木护坡优于植草护坡,裸坡最差;(2)土壤中组成成分的变化不仅受土壤流失量的影响,而且植被本身也影响到土壤组成成分的增减;(3)植草护坡保持水土效果要略强于菱形骨架生态护坡,但在后期,其覆盖度增长不快,恢复效果差于菱形骨架护坡;(4)对植物生长的必要元素,菱形骨架生态护坡的流失量相对比较均衡。     

黄土丘陵沟壑区不同坡度分级系统及地面坡谱对比

地面坡度是最重要的地形定量指标 ,建立科学合理的地面坡度分级体系是对坡度进行科学研究与坡度图制图必不可少的重要环节。总结了近年来在坡度分级研究方面的已有成果 ,将坡度分级方法归并为临界坡度分级、等差坡度分级、模糊坡度分级 3种方法。在说明了各种分类方法特点的基础上 ,探讨了其应用的适用性。以黄土丘陵沟壑区的韭园沟流域为实验样区 ,利用高精度 1∶ 1万比例尺的 DEM数据为信息源 ,建立了栅格数字坡度模型。利用分级统计的结果 ,对各种坡度分类方法所得到的地面坡谱进行了对比和分析     

银水牛果和沙棘幼苗在不同土壤水分条件下的光响应研究

以修建遂宁铁路时经液压喷播处理过的路堑边坡为对象,对道路边坡土壤水分在不同坡位、坡向的空间变异性和季节变异性进行了观测研究。结果表明,在坡位层面上,道路边坡的土壤含水量10月份坡上最高,达到18.3%,其余3个季度均为坡下的土壤含水量显著高于坡上和坡中。在坡向层面上,道路边坡4个坡向的土壤含水量在1月份和10月份差异不显著,但4月份和7月份阴坡的土壤含水量显著高于阳坡。在季节层面上,道路边坡3个坡位土壤含水量的最高值均出现在秋季,土壤含水量在4个坡向上均为1月份和10月份显著高于4月份和7月份。道路边坡的土壤含水量除坡下外,不同坡位、坡向之间的土壤含水量均有显著相关性,坡下的土壤含水量只与季节呈显著相关。除季节与各坡向土壤含水量呈负相关外,其余均为正相关。季节与各坡位之间的土壤含水量相关性密切,而与各坡向含水量无相关性。