水文条件对紫色土坡面土壤侵蚀及养分流失的影响

采用人工模拟降雨试验,研究水文条件对紫色土坡面土壤侵蚀及氮和磷养分流失的影响。试验处理包括2个施肥水平（低肥和高肥水平）,4个水文条件（自由下渗、土壤水分饱和、壤中流、壤中流＋降雨）和一个降雨强度（60 mm/h,历时60 min）。结果表明：壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下的土壤侵蚀量分别是自由下渗条件下的3.1和1.7倍,同自由下渗相比,壤中流、壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下,地表径流中NO3-N、HPO4-P的浓度和流失量有显著增加;低肥水平条件下,自由下渗、土壤水分饱和、壤中流和壤中流＋降雨地表径流中,NO3-N的浓度分别是0.88、58.90、698.41和87.80 mg/L,对应水文条件下地表径流中,HPO4-P的浓度分别是0.252、0.322、0.811和0.383 mg/L,高肥水平条件下,径流中的NO3-N和HPO4-P的浓度也有相同的趋势;土壤水分饱和条件下,地表径流中NO3-N和HPO4-P的流失量分别是自由下渗条件下的27～39和1.3倍,壤中流＋降雨条件下,地表径流中NO3-N和HPO4-P的流失量分别是自由下渗条件下的100～114和1.5～1.7倍,同时,壤中流＋降雨和土壤水分饱和条件下,泥沙中NO3-N和HPO4-P的流失量也比自由下渗条件下显著增加。     

紫色土坡面壤中流养分输出特征

壤中流作为紫色土坡面一种产流形式,其引起的养分流失往往被忽视,针对这一问题.采用人工模拟降雨法,在3.0 m长、1.0 m宽的土槽上.通过4个不同坡度(5°,10°,15°,20°)、5个不同雨强(0.6,1.1,1.6,2.12,2.54mm/min)的组合实验,对三峡库区紫色土坡面壤中流养分输出特征进行了研究.结果表明:实验条件下,壤中流占总径流量的0.2%～2.7%,且紫色土坡面壤中流的产生存在着一个临界坡度和临界雨强,临界坡度大约在10°左右,临界雨强约为2.1 mm/min.实验条件下.紫色土坡面壤中流养分含量为地表径流养分含量的4.32～63倍,因此,尽管壤中流总量在总径流量中的比例并不高,但由其携带而流失的养分仍不容忽视.壤中流携带而流失的总氮量占坡面总氮流失量的0.36%～7.82%,因此,要控制紫色土坡面氮素流失,不仅要控制地表径流,更重要的是要提高土壤的持水能力,减少壤中流.磷素迁移流失主要与侵蚀产沙量有关.在地表径流及壤中流中的含量都很低,由此而引起的总磷流失量也较小,二者合计占总磷流失量的不足7%,甚至不足1%,控制紫色土坡面磷素流失的关键是控制坡面侵蚀产沙.     

放水冲刷条件下紫色土细沟侵蚀特征

细沟侵蚀对于坡面侵蚀量的贡献很大.以长江中上游典型侵蚀性土壤紫色土为研究对象,采用变坡限定性细沟径流土槽放水冲刷试验,研究不同流量、坡度和坡长情况下,紫色土细沟侵蚀特征.结果表明:相同坡度和流量情况下,清水流速大于浑水流速,坡度和流量影响流速的变化;不同流量情况下,5 °坡面流速随坡长增大变化幅度很小,基本稳定.15°和23°坡面流速呈现随坡长增加而减小的趋势,并趋于稳定.在给定的坡度和流量条件下,产沙量随着坡长的增加而增加,但增加的幅度越来越小,且趋近一个稳定值.5 °坡面含沙量稳定所需的坡长在5、15和25 L/min情况下,分别为7、5和5m.15°和23°坡面在5和15 L/min情况下,含沙量稳定所需的坡长分别为7和6m,25 L/min情况下坡长到试验坡长10m时,含沙量还没稳定,含沙量与坡长成对数函数关系.其研究结果为紫色土坡面侵蚀物理模型的建立提供参数支持.     

玉米苗期横垄坡面地表糙度的变化及其对细沟侵蚀的影响

通过野外人工模拟降雨试验,研究玉米苗期紫色土坡耕地地表糙度的变化特征,并分析地表糙度对细沟侵蚀过程中产流及侵蚀产沙的影响。结果表明,细沟侵蚀阶段,与降雨前相比,降雨后地表糙度整体呈减小的变化趋势。不同坡度下,地表糙度变幅(Rr)均随雨强的增大而增大,其中15°坡面变化较为明显,1.0,1.5,2.0mm/min雨强下地表糙度变幅(Rr)分别为0.50,5.82,12.96。地表径流随雨强的增大而增大,壤中流变化不明显。15°坡面,1.5,2.0mm/min雨强的地表径流显著高于1.0mm/min;20°坡面,各雨强间地表径流量差异显著。坡面侵蚀产沙量随雨强的增大而增大,15°坡面,1.5,2.0mm/min雨强的侵蚀产沙量均显著高于1.0mm/min,其侵蚀产沙量较1.0mm/min条件下分别提高9.74倍和16.91倍;20°坡面,各雨强间侵蚀产沙量差异显著,1.5,2.0mm/min雨强的侵蚀产沙量较1.0mm/min条件下分别提高5.38倍和8.96倍。地表糙度变幅(Rr)、雨强与地表径流量和细沟侵蚀产沙量均呈极显著相关,可较好地实现坡面径流和侵蚀产沙的预测。     

地形因子对紫色土坡耕地土壤侵蚀作用的试验研究

地形因子在坡耕地土壤侵蚀过程中起着重要作用,重庆市紫色土坡耕地的地形具有坡度陡、坡长短的特点。该文采用野外人工模拟降雨方法研究了不同地形因子条件下紫色土坡耕地的产流产沙特征,结果表明:(1)径流输沙率过程与雨强变化表现为具有一定相关性和一致性的动态响应过程,随着坡长增加,产流量增加很快,4m坡长的产流量约为2m坡长的2.7倍;在20.6°坡度以下,随着小区坡度增大,产流量以接近直线的关系增长,在20.6°时产流量增加到最大。(2)相同坡长小区不同降雨条件下的产沙量存在一定波动性,相同坡度和降雨下4m坡长小区的产沙量约为2m小区的1.3倍,经推导,4m坡长坡耕地径流输沙率大致为2m坡长的0.48倍。(3)在相同坡长条件下,坡度与土壤流失量可拟合为二次多项式关系,紫色土坡耕地土壤侵蚀的临界坡度约为22°。研究成果可为重庆市三峡库区坡耕地水土流失量预测和坡耕地综合整治提供参数和依据。     

近景摄影测量技术在坡耕地土壤侵蚀速率研究中的应用

以5°,10°,20°的紫色土坡耕地为研究对象,分别进行5,10,15次强度的模拟耕作试验,在此基础上采用60L/min的流量进行3轮放水冲刷试验,采用近景摄影测量技术监测试验前后紫色土坡耕地小区的地形变化,通过生成高精度DEM数据计算土壤流失体积,并采用插钎法测量土层深度变化,验证近景摄影测量技术测定地形变化的准确度,进而推算不同坡度条件下的紫色土坡耕地耕作侵蚀速率和水力侵蚀速率。结果表明:(1)采用近景摄影测量技术能够准确监测地形变化,其测算结果与插钎法的结果比较接近,且通过计算土壤流失体积推算土壤侵蚀速率的方法比较可靠,精度较高;(2)紫色土坡耕地在坡度为5°,10°,20°条件下平均耕作侵蚀速率分别为69.85,131.45,155.34t/(hm2·tillage pass),耕作侵蚀速率随坡度增加呈增加趋势,随着耕作次数增加则呈逐渐减小的趋势;(3)紫色土坡耕地在坡度为5°,10°,20°条件下平均水力侵蚀速率分别为1 892.52,2 961.76,4 405.93t/(hm2·h),水力侵蚀速率与坡度呈正相关关系,与此同时,随着耕作强度的增加,水力侵蚀也呈逐渐增大的趋势,表明耕作侵蚀对水力侵蚀有加速作用。该研究为紫色土坡耕地耕作侵蚀和水力侵蚀交互作用下的土壤侵蚀研究提供技术支撑和数据基础。     

紫色土丘陵区典型坡地产流及产沙模拟试验研究

应用人工模拟降雨实验,对紫色土丘陵区坡地产流及产沙特征进行了研究.(1)地表径流初始产流时间随着雨强和坡度的增加而加快,在0.7～9.5 min之间变化;壤中流初始产流时间变化复杂,在2.6～46.4 min之间变化,雨强是影响低坡度壤中流初始产流时间的主要因子;(2)地表径流累积量与雨强、坡度均成正比关系,壤中流累积量随着坡度和雨强的增大呈现出减小趋势;(3)地表径流雨后消退迅速,退水常数k(Barnes法)值为0.41～0.66,壤中流消退缓慢,退水常数为0.91～0.99;(4)同一降雨历时下,相对坡度而言,雨强是决定产沙量的主要因子,产沙量在23.4～972.3 g/(m2·h)之间变化;在同一雨强下,产沙量随着坡度的增大而增加.就紫色土坡地而言,改良耕作制度和耕作措施,实施因地制宜的水保措施,提高坡地土壤入渗率和持水量,使降雨径流以壤中流形式产生,能更有效地防治水土流失.     

不同立地条件下坡面入渗与侵蚀关系试验研究

通过黄土坡面的冲刷试验,研究了不同立地条件、坡度、流量条件下坡面的侵蚀特征及坡面入渗与侵蚀的关系,研究结果表明,在其它条件相同时,裸坡的侵蚀量分别是草被覆盖度为30%,80%坡面的4倍和20倍;80%草被覆盖度坡面的稳定入渗率为30%覆盖度坡面的2倍,是裸坡的9倍;10°坡面的侵蚀产沙量只有20°,30°坡面的1/10;20°,30°坡面的入渗率约是10°坡面的1/10;1 L/min流量下的相对稳定侵蚀量是5 L/min和7.5 L/min流量的1%左右,而3 L/min的稳定侵蚀量则为后者的20%左右;在不同的流量条件下,坡面侵蚀量随入渗率的增加呈线性减少,两者之间有很好的相关性。     

模拟降雨条件下三峡库区紫色土坡地产流入渗特征

为了研究三峡库区紫色土坡地产流与入渗特征,进一步明确在外界因素影响下的紫色土抗侵蚀程度以及坡面水量平衡关系,设置0.38、0.75和1.10 mm/min 3种降雨强度与5 °、10°、15°和20°共4个坡度,采用室内人工模拟降雨系统对紫色土坡地进行降雨产流试验.结果 表明:1)起始产流时间与降雨强度和坡度均呈负相关...     

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。     

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%。     

紫色土细沟剥蚀率对近地表水流作用的响应

近地表水流的存在会加剧土壤侵蚀过程,剥蚀率是土壤侵蚀预报模型的重要物理参数,其对近地表水流的响应值得进一步研究。采用限定性细沟模拟冲刷试验,探讨不同工况条件(3个近地表水流饱和深度5,10,15 cm; 3个坡度5°,10°,15°;3个流量2,4,8 L/min)下紫色土细沟剥蚀特征。结果表明:不同近地表水流饱和深度下细沟剥蚀率随沟长和含沙量分别呈指数和线性下降,剥蚀能力在近地表水流饱和深度为15 cm时最大,随着近地表水流饱和深度减小而减小;多元非线性回归方程分析表明,细沟剥蚀率与流量、坡度和近地表水流饱和深度均呈正相关关系,其标准化系数分别为1.14,0.72,0.36,说明细沟剥蚀率在近地表水流存在的条件下对流量的敏感性大于坡度。研究结果为紫色土近地表水流作用下细沟侵蚀机理提供一定的理论依据。     

土壤侵蚀物理模型中紫色土细沟侵蚀参数研究

以长江中上游典型侵蚀性土壤紫色土为研究对象,采用变坡限定性细沟土槽,研究不同流量、坡度和沟长情况下,紫色土细沟侵蚀特征,并量化了细沟侵蚀参数。结果表明:细沟侵蚀受水流水力特征、土壤性质和坡面影响,随着水流含沙量的增大,细沟侵蚀速率呈现减小趋势;流量越大,坡度越陡,细沟水流的剥蚀率越大,造成细沟侵蚀速率也越大。在5L/min的小流量下,细沟侵蚀速率受剥蚀率限制与含沙量没有出现线性关系,15,25L/min流量下,细沟侵蚀速率与含沙量呈线性相关。侵蚀速率在细沟开始处最大,随沟长的增大,水流能量消耗于挟带泥沙而迅速减小,相关性分析得到侵蚀速率与沟长呈指数递减,相关系数R2变化于0.45~0.98之间。通过回归分析得到试验条件下,紫色土细沟土壤可蚀性均值为0.005 3s/m,临界剪切力均值为2.92Pa。研究结果对于坡面土壤侵蚀物理模型的建立和推广应用提供数据支撑,为紫色土坡面侵蚀研究提供借鉴。     

饱和与非饱和黄绵土细沟径流水动力学特征及侵蚀阻力对比

近地表水文状况显著影响坡面土壤侵蚀过程。土壤饱和状态作为一种特殊的近地表水文状况,其细沟侵蚀特征较之非饱和状态存在明显的差异。以黄绵土为研究对象,采用限定性细沟模拟冲刷,对比研究了饱和与非饱和状态下黄绵土的水动力特征和侵蚀阻力。结果表明:饱和黄绵土径流流速与坡度、流量之间符合良好的幂函数关系,坡度对流速的影响更甚;饱和黄绵土径流流速约为非饱和黄绵土的1.17倍,其坡面摩擦阻力仅为非饱和黄绵土的70.3%;同种工况下,非饱和黄绵土的径流含沙量和细沟径流动能明显偏低,随着径流动能增大,2种土的径流含沙量均呈现对数型增长,径流含沙量峰值稳定在400,280kg/m~3内;饱和与非饱和黄绵土的细沟可蚀性参数分别为0.088,0.057kg/(m~2·s),相应的土壤临界剪切力分别为0.773,1.561Pa,表明饱和黄绵土更易剥蚀、流失。     

干热河谷冲沟发育区土壤细沟可蚀性及主要影响因素

为探明我国干热河谷区不同活跃程度冲沟不同空间部位土壤细沟可蚀性(Kr值)在不同近地表水文条件下的差异,在云南省元谋县选择不同活跃程度的冲沟,采集其不同空间部位(集水区、沟壁、沟床)的土壤样品,利用“V”形细沟模拟冲刷装置进行放水冲刷试验,流量设置为150,300,450,600,750,900 mL/min,分别进行排水、饱和、渗流3种水文状态的模拟试验。结果表明:(1)干热河谷冲沟发育区土壤砂粒含量明显高于粉粒和黏粒,占50%以上,土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量较低;(2)不同活跃程度冲沟土壤机械组成、有机质含量之间均存在显著差异,且随着冲沟稳定性增加,土壤砂粒含量呈逐渐降低趋势,土壤粉粒、黏粒、SOM、TN含量则呈不同程度的增加趋势;(3)在不同近地表水文状态下,土壤Kr值(s/m)均随冲沟稳定性的增加而呈递减趋势,表现为Kr(活跃型)>Kr(半稳定型)>Kr(稳定型),而不同活跃度冲沟土壤临界剪切力τc值之间具有一定差异性,但无明显规律;(4)冲沟不同部位土壤Kr值之间也具有显著的空间异质性,表现Kr(集水区)相似文献   

不同人为管理措施坡面地表微地形变化特征及其对渗流的响应

探究不同人为管理措施坡耕地地表微地形变化特征,阐明地表微地形变化对渗流响应,以期为紫色土坡耕地水土流失的有效防治与人为管理措施的合理布设提供科学依据。以平整坡面、穴播坡面和垄作坡面为研究对象,基于室内人工模拟渗流试验,开展5°和15°紫色土坡面微地形变化特征研究。结果表明：(1)渗流试验前后平整坡面、垄作坡面和穴播坡面微地形半方差函数在0～135°和180°～315°方向上呈中心对称分布,随地表坡度的增加分布范围逐渐缩小,且具有明显的方向性。渗流条件下,平整坡面和穴播坡面微地形各向异性的变化趋势较为一致,而垄作坡面微地形空间变异性较强。(2)渗流条件下,3种人为管理措施坡面高程均集中于-20～0 mm的变化区域,穴播坡面和垄作坡面高程值的分布较平整坡面离散。(3)与5°坡面相比,15°平整坡面地表糙度的变化对渗流的响应更为明显,且糙度变化率呈平整坡面>穴播坡面>垄作坡面;渗流作用下,各坡面中、下坡位地表糙度变幅较大。坡面初始起伏程度越剧烈,微地形对渗流侵蚀作用的骤变响应越明显。地表糙度可作为刻画坡面微地形响应渗流变化的指标,可较好地实现中、下坡位土壤侵蚀—沉积空间分布的表征...     

连续模拟降雨下岩溶区含砾石堆积体坡面径流产沙特征

为明确砾石含量对岩溶区石灰土质堆积体坡面径流产沙特征的影响,以土质坡面为对照,采用室内模拟降雨试验方法,研究了递增型降雨(0.5,1.0,2.0,2.5,3.0 mm/min)条件下偏土质(砾石含量30%)和偏石质(砾石含量70%)石灰土坡面的径流特性及侵蚀特征。结果表明:(1)随雨强增大,各坡面径流率呈稳定增长—波动的变化趋势,且土质坡面径流率整体小于2种含砾石坡面;偏土质、偏石质坡面累计产流量较土质坡面增加了0.49,0.37倍;(2)1.0~3.0 mm/min雨强下,土质坡面侵蚀速率在0.16~5.4 g/(m^2·s)范围内波动,整体呈稳定—波动增加的变化趋势;偏土质和偏石质坡面分别为0.16~5.4,0.06~0.74 g/(m^2·s),前者侵蚀速率变化范围大且波动剧烈,后者变化范围小且稳定;随砾石含量的增加,各坡面累计侵蚀量呈先增后减的变化趋势,偏土质坡面侵蚀量较土质坡面增加2.5倍,偏石质坡面较其减少了0.9倍;(3)土质、偏土质和偏石质坡面的侵蚀速率与径流率分别呈极显著正相关幂函数、线性函数和线性函数关系。研究结果可为桂西北岩溶区弃渣场水土流失治理提供一定的科学依据。     

石漠化区薄土层坡地雨水转化及土壤侵蚀影响因素分析

为了探究影响喀斯特坡地雨水转化及土壤侵蚀的影响因素,该研究采用人工模拟降雨方法,降雨强度选取50、75和100 mm/h,降雨次数为相同降雨强度下的连续3次降雨,坡度为5°、15°和25°,坡地包括地下基岩具有裂隙的地下裂隙坡地和地下基岩无裂隙的无地下裂隙坡地,研究了不同降雨强度、降雨次数和坡度下喀斯特坡地地表-地下的径流和土壤侵蚀变化。结果表明：1）两种坡地的地表径流率随降雨强度、降雨次数和坡度的增加而增加;壤中流率随降雨强度和坡度的变化也呈相同的趋势,但随降雨次数增加,两种坡地的壤中流率减少;岩土界面流率和地下裂隙流率随坡度和降雨次数增加而减少,随降雨强度增加先增大后减小。2）在降雨强度（50和75 mm/h）、降雨次数（第1场）和坡度（5°和15°）较小时,坡地径流以岩土界面流和地下裂隙流为主,分别占总雨水的24%～39%和28%～51%;随着影响因素增强,两坡地径流转变为以地表径流为主,分别占总雨水的30%～50%和25%～43%。3）降雨强度和坡度是驱动两个坡地地表土壤侵蚀的主要驱动力（P<0.01）,但降雨强度、降雨次数和坡度对两坡地地下土壤侵蚀的影响较小（R2<0.3,P>0.05）;总体上,无地下裂隙坡地和地下裂隙坡地土壤侵蚀以地表土壤侵蚀为主,分别占总侵蚀量的54%～97%和39%～96%;以岩土界面侵蚀或地下裂隙侵蚀为辅,分别占总侵蚀量的1%～45%和2%～60%。研究结果可为理解识别喀斯特坡地雨水转化和土壤侵蚀驱动因素以及喀斯特石漠化防治提供参考。