福建省长汀县不同水保措施的减流减沙效应

[目的]揭示福建省长汀县不同水保措施的减流减沙效应,为南方红壤侵蚀区治理水土流失提供科学的依据。[方法]以福建省长汀县水土保持科教园7种水保措施为研究对象,利用K均值聚类的方法将降雨特征划分为4类雨强和雨型定量研究径流泥沙,分析不同水保措施及雨型下的减流减沙效益。[结果](1)小区ZG(小平台+种果)与MWS(马尾松纯林)减流率最为显著;小区BC(全坡面种植+播草)和ZG减沙效果最为显著。(2)径流量与降雨量呈显著正相关,径流泥沙量在不同雨型下差异不显著,径流量与植被盖度显著相关;(3)同一雨型下,不同水保措施处理的减流减沙效果均显著。[结论]水保措施与对照小区的年径流量差异极其显著,减流减沙率受雨型影响较小,径流泥沙量与植被盖度、土壤有机质存在显著相关。     

地面覆盖条件下雨强和坡度对红黏土坡面侵蚀过程的影响

为揭示地面覆盖条件下第四纪红黏土坡面在不同雨强和坡度时的侵蚀变化规律,选取3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min)和3个坡度(10°,15°,20°),通过人工模拟降雨试验,分析坡面产流、产沙、入渗特征,并以15°为例计算覆盖坡面的减流减沙效益。结果表明:(1)坡面产流时间随雨强和坡度增加而提前,覆盖对产流时间有明显的滞后作用,雨强的增加会削弱覆盖延缓产流的作用;坡面径流率呈现前期增长,后期趋于稳定的变化特征;(2)当坡度一定,雨强从1.0 mm/min增加至2.0 mm/min,累积侵蚀量增加1.89～2.96倍;雨强一定,坡度从10°增加至20°,累积侵蚀量增加1.91～3.45倍;(3)坡面初始入渗率和入渗总量随坡度的增加而减小,而雨强的增大会增加坡面初始入渗率,减少入渗总量;(4)15°条件下覆盖坡面的径流量和泥沙量较裸坡平均减少50.26%和95.31%,松针覆盖的水土保持效益显著,且减沙效应大于减流效应;(5)坡度对覆盖坡面累积产流量和累积产沙量的影响程度大于雨强,不同雨强、坡度下累积径流量与累积产沙量呈现幂函数关系(R~20.97)。研究结果可为南方红壤丘陵区林下水土流失治理与生态恢复提供参考。     

施加PAM和PG对坡地产流产沙的影响研究

在人工降雨条件下,研究吕梁地区混合施加不同量的聚丙烯酰胺(PAM)和磷石膏(PG)对坡地产流和产沙的影响,结果表明:单独施加PAM可以明显减少产流量和产沙量,施加1、2 g/m~2PAM处理分别比CK总产流量减少58.6%和21.2%,总产沙量减少41.7%和54.1%;单独施加PG对产流量影响不明显,而且产沙量会增加,施加100、200 g/m~2PG处理比CK总产沙量增加7.8%和10.3%;PAM与PG混施可提高土壤的稳定入渗率,具有比单独施加等量PAM更佳的减流效果,但产沙量会有所增加;1 g/m~2PAM和200 g/m~2PG混施具有最优的减流、减沙综合效果,相比CK总产流量减少71.2%、总产沙量减少33.2%。实践中建议采用1 g/m~2PAM和200 g/m~2PG混施以达到最佳的蓄水减沙效果。     

施加NPD对黄土坡面径流流速和侵蚀产沙的影响

天然聚合衍生物(NPD)是一种新型的高分子聚合物,是坡面土壤侵蚀化学调控措施所采用的一种新型材料,通过室内人工模拟降雨试验,以裸坡为对照,研究了不同NPD施加措施(撒施和喷施)及不同施加量(1.0,3.0,5.0g/m2)条件下径流流速特征以及对侵蚀产沙的影响。结果表明:(1)施加NPD的坡面径流流速随降雨历时的变化与裸坡一致,均呈先增大后逐渐趋于稳定的趋势,且流速随降雨历时的变化过程可用对数方程描述。撒施在1.0mm/min雨强下,延迟降雨初始产流时间8～19min,而喷施在3个雨强下,初始产流的时间整体上较裸坡提前1～2min;(2)与裸坡相比,施加NPD具有显著减小流速的效应,且雨强越大,减小流速的效应越差;施加不同剂量NPD减缓坡面径流流速的效益范围13.2%～54.3%。其中撒施3g/m2剂量和喷施5g/m2剂量对坡面径流流速的减小效应相对较好;(3)与裸坡相比,施加NPD具有显著的减沙效应,且减沙效应范围为30.6%～71.2%。无论是撒施还是喷施,整体表现为5g/m2计量的减沙效应最好。(4)裸土坡面的侵蚀模数对平均流速的响应关系与撒施和喷施NPD坡面的侵蚀模数对平均流速的响应关系皆可用对数方程表示,且撒施和喷施对流速的减小作用均大于减沙作用。     

聚丙烯酰胺(PAM)对三峡库区紫色土坡面片蚀的影响

设置不同PAM施加量(0,0.4,0.8,1.6 g/m²),在不同坡度(15°,20°,25°)条件下开展不同雨强(60,90,120 mm/h)的模拟降雨试验。研究不同PAM施加量紫色土坡面片蚀产流产沙过程及其对产流产沙量的影响程度和主要因素,并分析了PAM对坡面片蚀可蚀性的影响。结果表明:坡面产流过程呈现先持续增加后趋于波动稳定的变化趋势,产沙过程则呈现先迅速减少并趋于稳定的变化趋势,PAM对片蚀的产流产沙过程变化趋势没有影响。和空白对照组相比,PAM施加量为0.4,0.8,1.6 g/m²的产流总量平均分别减小7.71%,35.16%,21.12%,产沙总量平均分别减小35.80%,49.39%,17.85%,PAM施加量为0.8 g/m²时产流总量和产沙总量最小。同种雨强下,不同施加量减流效益的大小顺序为0.8 g/m²>1.6 g/m²>0.4 g/m²,而减沙效益则受到坡度影响,在15°坡面减沙效益大小顺序是0.8 g/m²>1.6 g/m²>0.4 g/m²,在20°和25°坡面减沙效益大小顺序为0.8 g/m²>0.4 g/m²>1.6 g/m²。施加PAM能有效降低片蚀可蚀性,与空白对照组相比,施加PAM后降低效果依次为0.8 g/m²>0.4 g/m²>1.6 g/m²,片蚀可蚀性依次降低54.40%,40.94%,18.21%。     

北京北部褐土区2种典型植物措施减流减沙效应

为了对比沙打旺和紫花苜蓿的减流减沙效果,设置3种流量(1,2,3m~3/h),5种植被覆盖度(100%,75%,50%,25%和0),利用潜水泵进行径流冲刷试验。结果表明:(1)种植沙打旺和紫花苜蓿的坡面入渗系数大于对照组,径流量及产沙量小于对照组,说明沙打旺和紫花苜蓿均具有减流减沙效果。(2)沙打旺的减流减沙效果优于紫花苜蓿,以流量为3m~3/h时为例,种植紫花苜蓿、沙打旺的坡面入渗系数分别比对照组增加了5.8%和45.3%;径流总量分别比对照组减少了3.7%和11.2%;对照组产沙量分别是种植紫花苜蓿和沙打旺的坡面产沙量的6.40倍和9.19倍;沙打旺组坡面入渗效果、减沙效益均优于紫花苜蓿组,而紫花苜蓿组的径流量稳定值、径流总量优于沙打旺组。(3)植被的减流减沙效益存在临界现象,50%~75%是本地区草本植物减沙效益的临界盖度。     

湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。     

林火前后坡面覆盖类型对产流产沙影响的模拟试验

通过室内模拟降雨试验,设置3种降雨强度(30,60,90 mm/h)和3种地表覆盖类型(裸土坡面、1 cm马尾松枯落物覆盖、1 cm马尾松灰烬覆盖),研究林火发生前后不同地表覆盖下的坡面产流产沙过程,明确枯落物和植物灰烬覆盖的减流减沙效益。结果表明:(1)相比裸坡,枯落物和灰烬覆盖下的坡面初始产流时间分别延长33%~80%和51%~200%,灰烬覆盖对延缓产流的效果更为明显;(2)相比裸坡,枯落物覆盖的减流效果稳定在12%~36%,而灰烬覆盖在中小雨强的减流效果高于70%,在90 mm/h雨强时减流效果降低至7%;(3)裸土坡面产流呈现先快速升高后稳定的趋势,而枯落物和灰烬覆盖坡面产流效果呈现"阶梯"形上升趋势;(4)枯落物覆盖能够减小径流携沙量和总产沙量,在3种雨强下减沙效益均高于85%,且高于同雨强下灰烬覆盖的减沙效益。枯落物覆盖的减流减沙效果在不同雨强下表现较为稳定,而灰烬覆盖的减流减沙效果受降雨强度的影响显著,且枯落物覆盖的减沙效益在3种雨强下均优于灰烬覆盖,说明在林火发生后地表覆盖改变是引起土壤侵蚀增加的重要因素之一。     

表土堆置体不同覆盖措施坡面流失特征

通过人工模拟降雨试验,研究不同覆盖措施对坡面土壤侵蚀的影响。试验表土堆置体坡度比为1∶1.5,进行3种覆盖措施(未处理、覆盖土工网和种植白三叶草(Trifolium repens L.))处理,设计0.5,1.0,1.5mm/min 3种雨强,对比分析不同降雨强度条件下表土堆置体不同覆盖措施处理后坡面的径流和产沙规律,并定量研究覆盖土工网与种植白三叶草在减少坡面径流和侵蚀产沙中的效益。结果表明:在不同降雨强度条件下,3种覆盖措施对坡面侵蚀影响显著,未处理的试验坡面产生的径流量和含沙量最高,覆盖土工网次之,种植白三叶草最低。整个试验过程中覆盖土工网减流效益为50%,种植三叶草的减流效益更显著,达82%以上;而二者的减沙效益均在94%以上。总体来说,覆盖土工网和种植白三叶草均可控制雨水对坡面土壤的侵蚀,具有较好的减流、减沙效益,且种植白三叶草的作用更显著。     

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度（15°和25°）、2个降雨强度（60和120 mm/h）和3个坡面条件（裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系）,开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明：植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。     

退耕背景下北洛河上游水沙变化分析

为探明黄土丘陵沟壑区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以1980--2009年期间植被重建规模较大的北洛河上游为研究区域,采用双累积曲线法和Pettit突变检验法,探讨径流输沙的变化趋势和跃变时间,同时结合气候和水土保持措施的资料,对不同时段的水沙过程进行对比分析。结果表明：1）径流量和输沙量变化可以分为2段（1980--2002年和2003--2009年）,年时间尺度上,后段较前段径流量减少0．32亿m^3、输沙量减少0．29亿t,并且后段波动较前段小;2）在月时间尺度上,2个时段的月降水量与月均流量过程基本相同,月均流量和输沙率关系基本呈现8字形,但是变幅及变率不同;3）相对于1980--2002年,2003--2009年年均降雨量、降雨侵蚀力分别减少10．06％和10．28％,降水具有减少径流和输沙的潜在条件。剔除降雨的影响,林草措施的减水和减沙效应分别为41％和81％。     

土壤翻耕对坡地水分转化与产流产沙特征的影响

坡耕地严重的水土流失是导致黄土高原土壤质量退化与生态环境恶化的重要原因。采用模拟降雨的方法研究了翻耕与压实对休闲黄绵土坡耕地水分转化与产流产沙特征的影响。结果表明，(1)与压实相比，土壤翻耕导致入渗率下降40%～60%，产流强度增加1至3倍，降雨向土壤水分的转化率降低50％以上。(2)翻耕条件下流失径流的平均含沙量增加近70％，坡地产沙量增加3倍，径流流失量增加1倍，因此对坡地实行免耕休闲可以有效减轻水土流失、遏制坡地土壤质量退化的态势。(3)降雨过程中，随着产流时间的延长，坡地产沙量呈加速增加的趋势，而且增加速度显著快于坡面径流，因此采取适当措施延长初始产流时间、减少产流量以及提高降雨向土壤水分的转化率均可有效减少坡地土壤流失量。     

连续降雨作用下褐土坡面侵蚀及其水动力学特征

为研究在长时间降雨侵蚀过程中北京褐土坡面侵蚀特征及其水动力学机制,通过室内人工模拟降雨试验,分别在60,90 mm/h雨强下对褐土坡面进行连续10场次降雨试验,探讨了坡面侵蚀过程中的产流产沙特征及其与水动力学参数间的关系。结果表明:(1)在雨强及次降雨量较一致的条件下,随降雨场次增加坡面次降雨产流量变动较小,而次降雨产沙量变化较大,60,90 mm/h雨强下次降雨产沙量的变异系数为23.94%和59.88%,且第10场降雨的产沙量仅为第1场降雨的59.74%和22.28%;(2)连续降雨条件下,平均次降雨产沙速率随雨强增大而增大,径流含沙量随降雨时间呈幂函数下降趋势;(3)受褐土坡面细沟形态变化和土壤粗化的影响,60,90 mm/h雨强下坡面径流平均流速分别随降雨时间呈指数函数和幂函数下降趋势,弗劳德数亦表现出相同趋势;坡面径流阻力系数随降雨历时均呈对数函数增加;(4)长时间降雨侵蚀条件下径流含沙量与平均流速、弗劳德数、阻力系数、径流功率相关关系极显著,其中平均流速是径流含沙量变化过程中与其关系最为密切的水动力学参数,径流含沙量的变化深刻受到坡面径流平均流速的动力作用过程影响。     

三峡库区坡耕地不同施肥水平与耕作模式径流泥沙流失规律

为有效防治坡地水土流失,减轻农业面源污染,以原位径流小区长期（2010—2012年）观测试验为基础,以“冬小麦—夏玉米”种植模式为研究对象,设置对照（T0）、常规（T1）、优化（T2）、增量（T3）、横坡垄作（T4）5个处理,分析了三峡库区紫色土坡耕地不同施肥水平与耕作模式下径流泥沙流失规律及其对降雨的响应。研究发现:（1） 各处理5月份的径流量占观测时段内总径流量的16.39%～21.96%,侵蚀量占观测时段内总侵蚀量的12.53%～25.56%,产生侵蚀性降雨的最小降雨量为20.5 mm。（2） 不同施肥与耕作模式下降雨量与径流量、侵蚀量均呈y=ax+b（a > 0）的线性关系;通径分析表明,侵蚀量的变化是径流量直接作用的结果,施肥对土壤侵蚀及产流的影响是通过改变土壤理化性质和作物地面覆盖度而实现的。（3） 不同施肥水平与耕作模式下径流总量与侵蚀总量的变化趋势一致,在不同施肥水平下径流总量与侵蚀总量均表现出:T0 > T1 > T3 > T2,不同耕作模式下径流总量与侵蚀总量均表现出:T2 > T4。横坡耕作和优化施肥模式能够更有效地减少地表径流,降低土壤侵蚀量,是三峡库区防治坡耕地水土流失的有效途径。     

紫色土坡地果草种植模式的水土流失特征研究

紫色土坡耕地是三峡库区重要的土地资源。以研究降雨强度对紫色土坡地产流产沙的影响为基础,以紫色土坡地示范推广的果草模式为研究对象,对其水土流失特征进行了野外定点监测研究。研究结果表明:(1)短历时、高强度降雨对紫色土坡地的产流产沙影响最强烈,降雨历时与产流产沙存在明显的负相关,而雨强参数与产流产沙则存在明显的正相关;(2 )在降雨特征参数中,平均雨强是反映紫色土坡地径流系数、泥沙量和径流含沙量的最好特征参数,I3 0 则能最好的反映紫色土坡地径流量的变化;(3)在不同降雨强度下,果草模式对产流量、径流系数、产沙量和径流含沙量都有非常明显的减少或降低作用,特别在低强度降雨时,其减水减沙效应更明显,种植年限对其效应也有影响;(4)在短历时、高强度典型次降雨情况下,果草模式具有明显延迟产流时间和延缓产流过程的作用;(5 )果草模式降低了紫色土降雨前后表土养分的衰减,减少了表土养分的流失;(6 )果草模式对速效养分的流失具有较好的减弱作用,因而其对保持地力,提高土地生产力具有较好的作用     

公路边坡绿化覆盖物水土保持效果试验研究

公路施工过程中产生大面积裸坡,植物无法迅速生长,土壤流失量也特别大,铺设覆盖物是一种有效而廉价的保持水土的方法。为了研究不同覆盖物在坡面的水土保持效果,该文基于自制的室内人工模拟降雨器,在对其进行标定后,对已覆盖无纺布、遮阳网或草帘子的正在进行绿化喷播施工的模拟公路边坡进行人工模拟降雨试验,对3种覆盖物在公路边坡的水土保持效果进行了详细描述。3种覆盖物下坡面的径流量、径流系数、泥沙浓度以及产沙量均明显(P=0)小于裸坡的,说明无纺布、遮阳网和草帘子均可以有效的减少公路边坡喷播绿化过程中的水土流失。其中,草帘子覆盖下坡面的径流量(1.9mL/s)比裸坡减小69.9%,径流系数(6.4%)比裸坡减小14.9%,坡面产沙量(1.5g/m2)仅为裸坡的3.4%,且远小于无纺布和遮阳网覆盖下的,说明草帘子对公路边坡的水土保持效果较好。该文为公路边坡绿化施工中覆盖物的水土保持效果提供理论依据,为覆盖物的选择提供科学参考。     

黄丘一区水土保持单项措施及综合治理减水减沙效益研究

通过对大量实测与调查资料进行分析,得出了水土保持单项措施水平梯田、造林、种草的减水效益分别为86.0％、63.5％、33.7％,减沙效益分别为94.8％、83.0％、74.6％,年拦蓄径流量分别为213m~3/hm~2、154m~3/hm~2、105m~3/hm~2,年拦蓄泥沙量为94.0t/hm~2、63t/hm~2、45t/hm~2。淤地坝是主要的治沟工程措施,平均每公顷坝地的拦泥指标为6万m~3。11条综合治理的小流域,无论其治理措施实施年代的长短,均具有明显的减水减沙效益,减水效益平均为45.41％,减沙效益平均为59.22％。     

高分子聚合物防治坡地土壤侵蚀模拟试验研究

通过人工模拟降雨试验，研究了坡面施加不同浓度的聚丙烯酸、聚乙烯醇、脲醛树脂3种聚合物对防治土壤侵蚀的效果。结果表明：高分子聚合物能推迟坡面产流时间、降低产流速率；与对照坡面相比，径流量减少42.05%、土壤侵蚀量减少58%以上；试验确定了3种聚合物有效施用浓度范围分别为：116～145 mL/m²，36～40 g/m²，180.0～240.0 mL/m²，并筛选出聚丙烯酸为综合作用效果最佳的高分子聚合物。上述3种高分子聚合物在防治水土流失方面有广泛的应用前景，今后还需对其效果持续性、最佳施用量等进一步研究。     

粗质地土壤坡度和前期含水量对土壤侵蚀的影响

利用野外模拟降雨试验,研究了粗质地土壤裸地和苜蓿地在不同坡度(5°,15°,25°)、不同前期含水量(低、中、高)条件下坡面降雨产流、产沙的过程及其特征,以此探究该区退耕还草效益。结果表明:3种坡度条件下裸地和苜蓿地的产流过程在不同前期含水量下均为先增大后趋于稳定,不同坡度之间的径流量差异不显著,但泥沙流失量随着坡度的增大而显著增加,在降雨过程中先增大达到峰值趋于稳定波动,裸地的波动幅度大于苜蓿地。2种处理的前期含水量对径流量以及平均入渗率的影响均达显著水平,裸地在相同的坡度下,前期含水量由低水平增加到中水平、低水平增加到高水平,径流量分别增加38.2%~52.8%,39.7%~42.8%,苜蓿地径流量分别增加27.3%~77.8%,45.5%~91.1%。坡度对泥沙流失量及含沙率影响显著,在相同的前期含水量下,裸地由5°增加到15°,15°增加到25°的泥沙流失量分别增加96.3%~268.7%,6.9%~40.3%,苜蓿地的泥沙流失量分别增加81.1%~384.2%,61.7%~169.9%。在相同坡度和前期含水量下,苜蓿地的径流量和泥沙流失量均显著低于裸地。研究结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量,植被不但因为冠层拦截而减少径流,而且因为耗水量增加,降低了土壤前期含水量而减水减沙。     

紫色土坡面植被覆盖度对水土流失影响研究

植被是防止地面水土流失的积极因素,但在三峡库区紫色土关于植被对水土流失的影响还相对比较薄弱。本研究通过人工模拟降雨试验,分析不同草地覆盖度对紫色土坡地径流产沙的影响,定量研究不同草地覆盖度的减水减沙效益。结果表明:流量随草地植被覆盖度的增加而减小,小雨强时表现特别显著。特别是当植被覆盖度 > 60%后,径流量明显低于裸地及20%,40%植被覆盖度;植被覆盖度越高,植被降低径流含沙率的作用也就越明显,径流含沙量就越低;与草地的减沙功能相比,其削减径流作用明显弱于减沙效应,且盖度对坡面的减水特征值影响不太明显;植被覆盖的减流减沙效益在中小雨强时随雨强的增加而增加,在大雨强时,其减流减沙效益反而降低。