模拟降雨条件下赣北地区弃土堆置体侵蚀产沙试验研究

以赣北红土为研究对象,在室内模拟我国南方红土地区的开发建设项目弃土堆置体,对不同雨强下,不同堆置形态堆置体的侵蚀产沙过程进行试验研究。研究结果表明:堆置形态对径流率的影响不明显,而砾石含量的增加能够延迟径流率达到稳定的时间;侵蚀速率随降雨历时变化呈现多峰型变化趋势;砾石和坡顶平台有车碾压堆置形态均能使总产沙量进一步增大,堆置形态均为散乱锥状堆置的两种类型,土石比为9∶1的堆置体的产沙量最大可达到纯土堆置体的1.92倍(2.0mm/min降雨强度);当堆置体均为纯土时,坡顶平台有车碾压堆置体的总产沙量最大可达到散乱锥状堆置体的1.50倍(1.5mm/min降雨强度)。各类型弃土堆置体的平均径流率、平均侵蚀速率均与降雨强度存在着显著的线性关系;同时总产沙量与总径流量也存在着显著的线性关系(P0.05)。     

模拟降雨条件下弃土堆置体侵蚀产沙试验研究

通过对生产建设项目弃土堆置体的野外调查及抽象概化,将抽象概化出的4类弃土堆置体作为研究对象,在室内模拟降雨条件下对不同弃土堆置类型的侵蚀产沙过程进行试验研究。结果表明:各类型弃土堆置体的入渗率、径流含沙量随降雨时间变化呈波动式减小,径流率随降雨时间变化呈波动式增大,侵蚀速率随降雨时间变化呈平缓型、多峰型2种变化趋势;产流时间与降雨强度呈负幂函数关系,平均入渗率、平均径流率、平均侵蚀速率与降雨强度呈线性关系,平均径流含沙量与降雨强度呈指数函数关系,总产沙量与总径流量呈线性关系。坡顶平台有车辆碾压的倾倒堆置在全部设计降雨强度条件下产流时间最短、平均入渗率均最低;当降雨强度从1.5mm/min提高到2.0mm/min时,总产沙量增大2.58倍,在降雨强度为2.0,2.5mm/min情况下,平均径流含沙量、平均侵蚀速率均明显大于其他堆置类型,且差异达到显著水平(P<0.05)。     

模拟降雨条件下不同土石比例弃土堆置体产流产沙研究

为研究不同土石比例条件下弃土堆置体水土流失特征之间的差异,以前期概化的4类弃土堆置体中坡顶平台有车辆碾压的弃土堆置类型为研究对象,采用人工模拟降雨试验,研究4种土石比例弃土堆置体在4种降雨强度条件下的产流产沙特征。研究表明:4种土石比例的弃土堆置体的开始产流时间随着砾石含量的增加而缩短;相同土石比例条件下,径流率和侵蚀速率随着降雨强度的增大而增大;相同降雨强度条件下,径流率和侵蚀速率随着土石比例的减小而减小;径流率随着降雨时间的推移在一定范围内呈波动式变化,侵蚀速率随时间推移呈稳定、波动两种变化趋势。不同土石比例弃土堆置体平均径流率、平均侵蚀速率随着砾石含量的增大而增大;总产沙量随着总径流量的增大而增大。     

生产建设项目弃土堆置体下垫面仿真模拟标准化参数

室内模拟降雨实验是进行生产建设项目人为弃土水土流失特征研究的重要方法。为了使实验下垫面设计更加科学合理,实验结果应用范围更加广泛,通过对陕西关中平原区和秦巴山区各类生产建设项目弃土堆置体的实地调查,结合室内实验,运用经典统计学有关原理对堆置体的坡度、坡长、坡面物质组成进行统计分析。结果表明:秦巴山区生产建设项目弃土堆置体在不同坡面位置上,块石和土壤结构体的含量均明显大于关中平原区;两研究区内细粒土含量极少且均未超过2%;块石和土壤结构体重力分选作用明显,D<10mm的坡面物质在不同坡位的含量数据变化较小且无明显规律;因此在室内进行下垫面仿真设计时,对D<10mm的坡面组成物质可不考虑坡面位置的差异性。两研究区内弃土堆置体坡度多集中在26°～35°之间,贡献率分别为90.2%和88.8%;弃土堆置体坡长多集中在2～8m之间,贡献率分别为100.0%和79.4%。因此,在室内进行下垫面仿真设计时应重点对上述坡度、坡长范围进行实验测试。     

不同土石比例弃土堆置体产流产沙模拟研究

根据对野外弃土堆置体的调查结果,以前期概化的散乱锥状堆置体为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验,研究4种土石比例弃土堆置体在4种不同降雨强度下的产流产沙特征。结果表明:各土石比例弃土堆置体的径流率随降雨时间呈波动式增大,侵蚀速率随降雨时间呈稳定、波动2种变化趋势;平均径流率、平均侵蚀速率与降雨强度呈线性关系。在相同降雨强度下,平均径流率和平均侵蚀速率均随含石量的增大而减小。总产沙量与总径流量呈线性关系。在相同降雨强度下,随着砾石含量的增大,弃土堆置体的总径流量和总产沙量减小。在降雨强度为2.5mm/min条件下,土石比例为9∶1,8∶2,7∶3弃土堆置体的总产沙量与纯土堆置体相比分别减少了29%,41%,42%。     

生产建设项目弃渣场物理性质变化特征及类型划分

各种生产建设项目在建设过程中产生的大量弃土弃渣场,由于其失去了原生土壤的结构且具有较陡的松散堆积面,是人为水土流失的主要地貌单元。以重庆典型生产建设项目弃渣场为研究对象,在分析弃土弃渣物理力学性质变化特征基础上,划分了弃渣场类型并分析其生态修复特征。结果表明:1)不同生产建设项目弃土弃渣物质组成特征差异明显,矿产资源开发建设工程物质组成复杂,砂粒(2 mm)含量为39.24%;线性建设工程以石砂质渣体居多,而城镇建设工程弃渣以土质弃渣为主。2)与原状土壤相比,弃土弃渣受人为机械扰动而其物理力学性质特征显著;紫色土弃渣平均紧实度(1.86 g/cm3)远大于原状土壤(1.27 g/cm3),渗透性(0.28~26.03 mm/min)高于原状土壤(0.73~6.22 mm/min),抗剪强度和液塑限指数相比土壤也明显降低,直接影响其自身稳定性和抗侵蚀性能。3)在生产中可根据弃渣场物质组成、原地貌类型、上游有无汇水面积进行类型划分,并以堆放方式作为主要依据评价弃土弃渣堆积体的土壤侵蚀特征和稳定性。     

生产建设项目弃土弃渣资源化利用及生态修复研究

在当前水利行业"强监管、补短板"的大背景下,生产建设项目造成的人为水土流失危害已成为全社会关注的焦点,针对弃土弃渣存量大、潜在地质灾害频发等问题,急需开展弃土弃渣资源化利用和生态修复等方面的深入研究。基于对弃土弃渣现状的调研分析,有针对性地提出了不同类型生产建设项目弃土弃渣减量优化的建议,总结了目前弃土弃渣资源化利用的主要方向,构建了弃土弃渣资源化利用潜力评价体系,建议加快构建渣土调配信息中心,实现弃土弃渣高效利用。引进无人机、探地雷达和高密度电法等物探技术实现弃渣场原位识别,指导弃渣堆置优化设计。集成"坡脚加固→内部增强→表面减蚀→植被优选"于一体的工程弃渣场水土保持和生态修复技术体系,可有效保障弃渣场安全稳定,降低水土流失危害和滑坡、泥石流等地质灾害发生频率,改善工程建设区域的生态环境。研究成果紧密结合国家"生态文明建设""无废城市建设"等重大需求,高度契合《中华人民共和国长江保护法》和美丽中国建设提出的水土保持率指标实现等要求,可为工程弃土弃渣资源化和生态修复提供科学指导。     

涩北-西宁-兰州输气管道工程的土壤流失预测与防治

以国家重点建设项目涩北、西宁、兰州输气管道工程主体设计弃土、弃渣和水土保持外业勘测成果为依据，对管道工程和伴行公路土壤流失量进行了预测，并根据其侵蚀和流失规律，划分不同的类型区，提出相应的防治措施。     

轻壤土散乱锥状堆置体侵蚀产沙规律研究

采用人工模拟降雨的方法,研究轻壤土散乱锥状堆置体在不同土石比和不同雨强条件下堆置体的侵蚀速率、产沙量、径流量的变化。结果表明:相同雨强条件下,土石比越大,产流时间越长;产流时间与降雨雨强呈负幂函数关系;相同土石比条件下,雨强从1.0mm/min增大至2.5mm/min时,总体趋势为随雨强的增大,侵蚀速率增大;在研究的4种土石比范围内,弃土堆置体总侵蚀产沙量随雨强的增大呈指数变化趋势,其相关关系显著。单位时间径流量的变化基本保持平稳状态,并在小范围内上下波动。     

生产建设项目弃土弃渣特性及资源化利用潜力评价

20世纪以来,我国经济进入了蓬勃发展阶段,各类建设项目大量开展,加剧了人、地、资源之间的矛盾。生产建设项目弃土弃渣尤其是土石混合堆弃体不合理处置,不仅浪费大量的土(石)资源,还侵占大量土地,造成环境污染,甚至导致滑坡、泥石流等灾害。目前,我国正大力推行生态文明建设,土壤污染防治行动计划、无废城市建设试点工程等陆续开展,弃土弃渣资源化利用更是水土保持法的明确要求,因此开展弃土弃渣特性分析及资源化利用潜力评价具有重要的意义。以现有资料为基础,预测我国目前已有的弃土弃渣量已接近400亿t;弃土弃渣的物质组成主要是土、砂和石块,实现资源化利用的方法、材料更易实现且成本低,更具资源化利用潜力。目前为止,针对弃土弃渣的管理和研究主要是从政策方面制定指导意见,对于实现资源化利用的途径、方法及潜力评价等方面的研究仍较薄弱。研究从弃土弃渣类型、现状、物质组成及利用潜力评价等方面总结分析,指明以土石混合为主的弃土弃渣实现资源化利用的重要性及可行性,为生产建设单位及相关行政管理部门切实有效减少弃土弃渣产生及实现资源化再利用提供科学指导。     

堆存时间对开发建设工程弃土流失特征的影响

工程弃土是开发建设项目新增水土流失的重要来源。以沈阳农业大学水利学院综合试验基地扩建工程弃土为研究对象,研究弃土堆存时间对其坡面产流产沙特征的影响。试验在沈阳农业大学水利学院综合试验基地的人工模拟降雨大厅内进行。共设置5个雨强,分别为0.64,0.82,1.05,1.24,1.52mm/min;5个堆存时间,分别为新堆积、3个月、6个月、9个月、12个月。研究结果表明,随着弃土堆积时间的增长,堆积1年的弃土抗剪强度、含水率及植被覆盖度均最大,分别为0.35kg/cm2,14.3%和10%,土体细粒成分最低,抵抗水流冲击破坏的能力最强。对于同一降雨强度,新堆积的弃土径流量最小,随着堆存时间延长,不断增加,最后趋于平稳;在不同降雨条件下,坡面含沙率随弃土堆存时间的增长而呈现波动性降低,坡面累计产沙量均随弃土堆存时间的增长而逐渐降低。     

模拟降雨条件下锥状工程堆积体侵蚀水动力特征

为了确定描述锥状工程堆积体坡面侵蚀动力过程较好的水力学参数,以赣北红土为主要试验材料,在人工模拟降雨条件下,系统地分析了水流剪切力、水流功率、单位水流功率以及过水断面单位能同坡面剥蚀率之间的关系。结果表明:1)除过水断面单位能外,其他各个水蚀因子无论是平均值还是瞬时值均能较好的描述坡面侵蚀动力过程;2)赣北红土工程堆积体坡面剥蚀发生的临界单位水流功率为6.8×10-3 m/s;工程堆积体坡面剥蚀发生的临界瞬时单位水流功率为3.8×10-3 m/s,由赣北红土与砾石混合而成的堆积体材料的可蚀性参数介于0.0053~0.0059 s2/m2之间,要比纯红土的可蚀性参数大20~30倍;4)瞬时过水断面单位能与剥蚀率之间相关性不密切(R2=0.130),故瞬时过水断面单位能不适合作为描述锥状工程堆积体坡面侵蚀动力过程的参数指标。4)在各个水蚀因子中,水流功率与剥蚀率相关性最好(R2=0.972),故认为水流功率是描述锥状工程堆积体侵蚀动力过程最好的水力学参数。     

农田土壤机械压实研究进展与展望

土壤机械压实是威胁全球农业可持续发展的重要因素之一。从农田土壤压实的检测、危害、缓解和预防四个方面系统介绍当前国内外土壤压实的最新研究进展与不足。指出检测方法的创新和突破是实现田间尺度下压实土壤空间分布检测的关键;压实土壤危害的研究多集中在耕层土壤,但忽视了深层土壤压实危害及其在应对气候变化中可发挥的生态服务功能;提倡采用轮作轮耕等合理田间管理措施缓解压实土壤;深层土壤压实具有存在时间久和恢复难度大的特征,因此重点应以预防为主,但当前对土壤压实预防重视不足且预防技术体系尚不成熟。鉴于我国农业机械化正处在快速发展期,采取有效预防措施是避免重蹈发达国家土壤压实退化的有效手段。     

中捷农场滨海盐碱地立地类型划分及其植被恢复技术

 为了指导滨海盐碱地因地制宜地进行植被恢复,通过野外调查、室内分析测试与因子分析等方法,对中捷农场45块样地的土壤类型、土壤含盐量、地下水位、距海距离、盐分类型、土壤质地、pH值、海拔等因子进行测定与分析。结果表明:影响盐碱地立地类型划分的主导因子为盐渍化土壤形成因子、土壤因子和碱化度因子;对立地类型划分贡献大小的变量依次为距海距离>地下水位>土壤类型>土壤质地>海拔>盐分类型>土壤含盐量>pH值;中捷农场的滨海盐碱地可划分出滨海盐化潮土、滨海盐化草甸土和滨海盐土3类立地类型和11类立地亚型,不同立地类型可以采取不同的植被恢复措施。研究结果可为中捷农场盐碱地造林与植被恢复提供理论依据。     

不同水土保持临时措施下工程堆积体坡面减流减沙效应

为量化城市生产建设项目水土保持相关规范中对于水土保持临时措施的布设要求,并为水土保持监管提供科学依据,该研究以深圳市生产建设项目工程堆积体为例,基于工程堆积体特征及其水土保持临时措施实施情况现场调查结果,结合深圳市多年自然降雨强度,概化设计室内人工模拟降雨试验,研究临时苫盖和拦挡措施在不同降雨强度及坡度下对工程堆积体坡面的减流减沙效应。结果表明：1）坡度为20°,降雨强度为1.45～3.33 mm/min,单一临时拦挡与苫盖措施平均径流率较裸土条件降低幅度分别为22.46%～38.22%和20.59%～38.34%,其减流效应随降雨强度的增大而减弱,且两者减流效应大体相当;2）单一临时苫盖措施减沙效应较拦挡措施更为明显,其平均侵蚀速率较裸土条件降低幅度为70.06%～97.35%,是临时拦挡措施减沙效应的1.2～7.6倍;3）采用临时拦挡+不同覆盖率的临时苫盖（25%、50%、75%、100%）措施体系,堆积体坡面平均流速及侵蚀速率随苫盖覆盖率的增大而降低,侵蚀速率较裸土条件降低幅度为32.98%～97.79%。临时拦挡+苫盖措施体系下,工程堆积体坡面减流减沙效应达到最佳时的临时苫盖覆盖率阈值为50%~75%。考虑生产建设项目水土保持监管工作的开展,建议生产建设项目施工区布设临时拦挡+覆盖率50%以上的密目网苫盖措施体系。研究成果可为生产建设项目水土保持监管提供参考。     

拉萨河流域不同植被类型坡面砾石形态与分布特征

坡面砾石的分布特征显著影响着地表土壤侵蚀及水文过程,而目前针对高寒区坡面砾石形态与分布特征的研究较为薄弱。为此,在西藏拉萨河流域选择9个典型坡面的山坡及其下堆积坡,将其按山坡—堆积坡的植被类型分为草—草坡面(A)、灌草—草坡面(B)和灌草—灌草坡面(C)3类,并对各坡面样点进行现场拍照采样,利用ImageJ软件获取砾石粒径、圆度、形状比率以及覆盖度,分析不同类型坡面砾石的粒度组成、形态特征以及覆盖度,研究坡面砾石的形态与分布特征。结果表明：(1) A类坡面山坡砾石平均粒径显著大于堆积坡,B类坡面山坡和堆积坡砾石平均粒径无显著性差异,C类坡面山坡砾石平均粒径显著小于堆积坡;同一类坡面之间的砾石粒度组成存在差异。(2)整体上A,B,C这3类坡面的山坡和堆积坡砾石圆度和形状比率无显著性差异。(3) A类坡面山坡砾石覆盖度大于堆积坡,B类坡面山坡和堆积坡砾石覆盖度相差不大,C类坡面山坡砾石覆盖度小于堆积坡;同一类坡面之间的砾石覆盖度大小存在差异。(4)同一坡面山坡和堆积坡砾石平均粒径及覆盖度主要受坡度的影响,而同一类坡面之间的砾石粒度组成及覆盖度大小因受植被、气候、岩性、海拔等的影响也存在差异...     

Determinants of the degradation of soil structure in vineyards with a view to conversion to organic farming

In perennial crops such as grapevine, there is a considerable risk of soil degradation caused by mechanization. Organic farming may increase traffic and result in more intensive soil structure degradation, especially on wet soil. Soil structure was observed in 69 soil profiles from 12 vineyards (Languedoc‐Roussillon, Bordeaux, Provence, Burgundy, Rhône Valley) to study the relationships between permanent soil characteristics (texture, stoniness, waterlogging), cultivation practices (technical operations, traffic, farm equipment) and soil structure. Compaction zones were identified in soil profiles viewed perpendicularly to the grapevine rows. The percentage of compacted area and a score for compaction intensity were assessed in the top 0.5 m of the soil profile in three soil compartments defined by the distance from the grapevine row: (1) 0 to 0.2 m (2) 0.2 m to 0.5 m and (3) 0.5 m to the middle of the inter‐row. Most soil profiles exhibited considerable compaction: 75% of the soil profiles were compacted in compartments 2 or 3. Intensity correlated with depth of compaction in compartment 2 – the deeper the compaction, the greater the compaction intensity. Four types of soil profiles could be identified, depending on the location of compacted zones and of their intensity of compaction. The factors that determined the types of soil profiles were as follows: soil vulnerability to compaction, use of moderating practices (practices that limit the risk of compaction) and traffic geometry. A statistical analysis resulted in a decision tree that provides a useful basis to choose cultivation practices that limit damage to or improve soil structure.     

陕北不同地貌部位土壤抗冲性特征研究

以陕北吴起县为例,采用原状土冲刷法,对各地貌部位不同植被类型问的土壤抗冲过程进行测试研究,结果表明:(1)在抗冲过程初期土壤抗冲值均较小,且随时间逐渐增大,随后抗冲值随时间呈波浪式变化,呈现单峰、双峰和多峰变化,除农地外所有土样在整个抗冲过程均有突变值的存在;(2)在梁(峁)顶、梁(峁)坡、沟坡和沟底,抗冲性最强的植被类型分别为沙棘林(草地)、油松小叶杨山杏混交林、柠条林和旱柳小叶杨混交林,农地的抗冲性能最差;(3)草地和灌木林在各地貌部位问的抗冲刷系数都表现为:梁峁顶>梁峁坡>沟坡>沟底,乔木林总体上表现为:梁峁坡>梁峁顶>沟坡>沟底,林分类型间的抗冲性表现为:针阔混交林>阔叶混交林>针叶纯林>阔叶纯林;(4)不同整地方法下的土壤抗冲性也表现出很大的差异,以油松林为例,表现出水平阶整地的抗冲性能优于鱼鳞坑,另外水平阶阶坎上的土壤抗冲刷系数要高于水平阶阶面,其他整地方法的抗冲性能有待进一步研究.     

韩城市西山废弃采石矿山环境恢复治理的途径

[目的]探索废弃采石矿山生态环境恢复治理模式及治理成本,为陕西省韩城市西山一带其余废弃采石矿山和煤矿山的生态环境恢复治理提供借鉴。[方法]通过现场调查、勘探及室内试验,分析韩城市西塬废弃采石矿山的环境地质问题,即采石不稳定边坡地质结构及变形破坏特征与废弃渣石占用耕地及泥流等问题。[结果]提出采石不稳定边坡与废渣的工程治理及生态恢复治理方案。采石不稳定边坡选用削方压脚与坡面植被混凝土技术,植面的植被类型应耐旱、耐寒和耐贫瘠;废弃渣石以挖高填低与分级填筑压实,坡脚修筑挡墙,坡面覆盖土壤并栽植乔灌花草等进行环境恢复治理。[结论]研究区的采石不稳定边坡和矿区堆积废渣应采用"削高填低"的工程治理方案,坡面采用植被技术的生态环境恢复治理方案。