反坡梯田造林整地工程对坡面产流的作用机制

从产流、汇流的机制与理论模型出发，结合理论分析与微型径流小区观测，对反坡梯田造林整地工程在改变微集水区地形特征，以及由此而引起坡面产流状况发生变化的内在机制进行了研究。结果表明，反坡梯田造林整地工程可显著增大微集水区的平均坡度。其增幅与斜坡水平距成反相关，与田面水平宽度成正相关。集水区斜坡水平距每减小1 m，微集水区平均坡度增加0.5°～7.0°，集水区斜坡水平距越小，增幅越大；田面水平宽度每增加1 m，平均坡度增加2.5°～11.5°。在斜坡水平距一定时，微集水区平均坡度虽然随着原地面坡度和田面水平宽度的增加而增大，但增幅与原地面坡度的增幅基本一致。在造林允许的坡度、坡长范围内，集水区斜坡水平距对产流总量影响最大，而地面坡度还具有提高坡面产流率的作用。产流量与坡长、坡度均成正相关。反坡梯田造林整地对坡面产流的作用机制，在于造林整地缩短了坡长、改变了坡形、增大了微集水区的平均坡度，从而使微区坡面的产流、产沙状况发生了变化。依据传统径流小区观测资料，不考虑整地对微区地形与产流的影响，由此设计的造林整地工程，难以达到预期效果。     

金沙江干热河谷典型区段水土流失特征

以金沙江干热河谷典型区段不同处理坡面和林地、农地集水区为研究对象,采用坡面径流小区和集水区卡口站三角形薄壁堰实测法,在坡面径流小区和集水区土地利用现状调查基础上,通过降雨、径流及泥沙观测,分析金沙江干热河谷典型区段水土流失特征。结果表明:(1)不同处理坡面径流小区产流量、产沙量大小依次为坡耕地>自然坡面>水平阶整地>反坡台整地,表明反坡台和水平阶造林整地以及植被良好的自然坡面对地表径流的拦蓄和对泥沙的削减都起到较好效果;(2)大暴雨对集水区尺度产流产沙贡献值大,产流降雨量在4.8～27.6mm区间,农地集水区径流深小于林地集水区,大于27.6mm时,农地集水区径流深反超林地集水区,而产沙量不受降雨量影响,为林地集水区低于农地集水区;(3)径流小区尺度与集水区尺度雨季水土流失起止时间一致,集水区径流系数小于径流小区,集水区产沙量大于径流小区。     

西南山区林地空间格局和微地形对坡面地表产流的影响

为明确柏木空间格局和微地形对坡面地表产流的影响,该研究测定了西南山区10个径流小区的柏木空间格局及微地形特征,并观测其降雨和坡面产流过程,利用响应面分析法解析柏木空间格局和微地形对产流特征的影响。结果表明:1)中长历时大雨和中长历时暴雨条件下,地形起伏度、地表粗糙度、径流路径密度、柏木角尺度及柏木密度5个因子均与洪峰流量存在显著相关关系(P0.05);而在短历时暴雨条件下,上述因子均与洪峰流量无显著相关关系;2)中长历时大雨和中长历时暴雨条件下,当柏木空间格局综合指数(V)小于20.5且微地形综合指数(U)小于10.5时,不会对洪峰流量产生显著影响;当U9.0时,在一定范围内V值增加不仅不对洪峰流量起削减作用,反而会起促进作用;当V18,U7.5时,V值增加能够削减洪峰流量,将V值调整至41时,洪峰流量削减幅度可达到84%。该研究可为西南山区坡面植被格局调整与水土流失防治提供理论支撑。     

森林与坡面产流研究

20世纪以来，森林与坡面产流的研究取得长足进展，尤其是在我国研究得比较深入与广泛。观测实验仍然占绝对优势，径流小区实验仍是最广泛采用的方法。森林对坡面产流机制、坡面流态、产流量、产流过程、产流I临界值、地表径流与地下径流分割都有影响，以及森林枯落物层对径流都有重要影响。同时，坡面产流模型在森林水文学领域得到了应用。     

陇东黄土高塬沟壑区坡面径流调控造林效益研究

以典型小流域坡面径流调控工程为研究对象,通过观测分析水平阶整地造林、鱼鳞坑整地造林与对照不整地造林的土壤水分、养分与树木生长量等,对径流调控工程的抗旱性能及其生产效益进行了研究。结果表明,坡面20~80cm土层的土壤含水率水平阶鱼鳞坑对照;20~40 cm土层土壤养分含量总体上为水平阶鱼鳞坑对照,土壤容重水平阶鱼鳞坑对照;水平阶整地的造林保存率和树木年生长量均高于鱼鳞坑整地;整地投入水平阶鱼鳞坑对照。综合考虑,在黄土高塬沟壑区条件比较好、比较完整的坡面应采用水平阶整地,在条件一般的坡面及陡坡地可采用鱼鳞坑整地,以提高造林成活率和保存率,有效发挥水土保持生态服务功能和作用。     

整地与植被调整对紫色土区坡面产流产沙的影响

基于川北紫色土区3个径流小区整地前后近20a实测数据,通过建立降雨因子和产流产沙的关系对其降雨特征及产流产沙规律进行对比研究。结果表明:整地后年均降水量较整地前减少约10%,但径流系数和含沙率分别减少了88%和83%。其中,自然破坏小区经过混交造林调整后产流、产沙分别减少95%和88%(P0.05),封坡育草小区经过人工补植调整后分别减少90%和80%,荒坡垦种小区经过青砖护埂调整后分别减少78%和81%,说明混交造林水土保持效果最明显。整地前产流、产沙均表现为荒坡垦种自然破坏封坡育草,整地后表现为青砖护埂人工补植混交造林;荒坡垦种小区与其他小区间整地前后产流产沙差异均显著(P0.05);由产流产沙量与降雨特征指标的相关分析和回归分析可知,整地后的相关系数均较小,且产流的相关性明显高于产沙。说明降雨因子对整地后的产流、产沙影响较小,水土保持措施起到关键作用。植物措施和耕作措施结合有效减少该区的产流产沙量,可在该区水土保持建设中推广应用。     

冀北土石山区坡面尺度径流特征及其影响因素

为了揭示区域水土流失规律,以冀北土石山区坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面尺度产流特征与地形因子、降雨因子、植被覆盖、水土保持工程措施等主要影响因素的关系进行分析,拟为该区水土流失防治及生态建设提供科学参考。研究结果表明:坡面径流小区的年径流量随坡度的增加出现先增后减的趋势,坡度临界值在11°00′左右;坡面径流小区的年径流量随坡长的增加而增加;不同坡度和不同坡长条件下,径流量与有效降雨量及平均降雨强度都成正相关,但与有效降雨量的相关系数要大于平均降雨强度的相关系数且在0.01水平上显著,与平均降雨强度的相关系数不显著;坡面径流小区的年径流量随着植被覆盖度的增加而减少,但覆盖度为60%和90%的草地径流小区的年径流量相差甚小,说明在水土保持治理过程中存在着临界植被覆盖度;水平阶、鱼鳞坑、梯田等水土保持工程措施通过改变下垫面状况,可以有效拦蓄径流,从而削弱降雨特征对径流的影响。     

地表粗糙度对黄土坡面产流机制的影响

为探明地表粗糙度对坡面产流机制的影响,该研究通过室内与室外径流小区模拟降雨试验相结合,分析在3种雨强(60、90、120 mm/h)下粗糙坡面与平整坡面(坡度5°、10°、15°、20°)产流点位空间分布和坡面产流时间特征,阐明地表粗糙度对坡面产流机制的影响。结果表明:粗糙坡面与平整坡面产流点位沿径流方向的变异系数分别为34.4%~52.9%、15.5%~31.1%,即粗糙坡面产流点位较平整坡面更为分散。相较于平整坡面,地表粗糙度具有推迟坡面产流效应,且推迟效应随坡度、雨强增大而逐渐减弱。表明地表粗糙度在小坡度、小雨强条件下具有较强延迟坡面产流能力。地表粗糙度影响坡面产流一方面通过地表填洼的直接作用;另一方面通过增加降水入渗水头,增强坡面入渗能力的间接作用。通过坡面地表填洼量预测的初始产流时间与实测坡面产流时间比值范围为2.2%~36.2%,表明地表粗糙度间接作用为延迟坡面产流的主导作用。因此,该研究结果阐明了粗糙坡面的点状产流与坡面产流特征,进一步为粗糙坡面产流机制的揭示及地表粗糙度对坡面土壤侵蚀机理的影响提供了科学依据。     

黄丘5副区复兴流域不同治理措施的产流产沙规律

 以黄土丘陵沟壑区5副区的甘肃省定西市安定区复兴流域为平台,通过土壤入渗试验和径流观测,研究该区径流、泥沙的产生条件,据此确定合理布局水土保持措施,以减少流域侵蚀量。通过径流小区实验观测,各种下垫面的平均径流系数依次为:荒坡>坡耕地>乔木林地>灌木林地>人工草地;平均含沙率为:荒坡>坡耕地>人工草地>乔木林地>灌木林地;下垫面入渗能力依次为:梯田>林地>草地>荒坡地>村镇道路。改变微地形,布设拦蓄地表径流的工程措施,以及增加人工植被等,是提高土壤入渗能力、调控径流泥沙最为有效的途径。     

元谋干热河谷坡地水平阶整地的效益分析

在元谋干热河谷地带分别布设水平阶整地径流小区与对照径流小区,观测两个小区在2009年雨季的产流量、产沙量以及N、P输出浓度和输出量。定点野外监测与实验室试验研究结果显示:水平阶的应用拦蓄了大量的地表径流和泥沙,对径流的拦截率和对泥沙的削减率分别为69.74%和76.67%,起到了良好的保持水土作用;N、P的流失量也分别减少了45.26%和65.11%,水平阶整地对控制面源污染物具有重要意义。     

贵州省喀斯特地区坡面产流产沙特征

土壤侵蚀和石漠化严重影响了贵州喀斯特地区的可持续发展。为了有效防治该地区的土壤侵蚀,利用径流小区观测法,通过布设经济林地(梨树)、水保林地(香樟、柏树)、坡耕地(农作物)和裸地(对照)5种径流小区,对该地区不同地类坡面产流产沙特征进行研究。结果表明:坡度为13°的坡耕地和经济林地减流减沙效果显著,产流量分别减少了47.5%和25.8%,产沙量分别减少了78.5%和58.9%,香樟、柏树减流效果不明显,但产沙量分别减少了44.7%和79.3%;坡度为18°时,经济林地(梨树)、水保林地(香障)、水保林地(柏树)、坡耕地(农作物)4种地类的产流量减少45.8%,4.9%,3.8%,16.6%,产沙量分别减少了91.3%,81.1%,77.4%,61.6%。25°的坡耕地产沙量是对照的8.9倍,土壤侵蚀量大幅度增加。产流产沙量与降雨量(P)、最大30min雨强(I30)和坡度(s)均呈幂函数关系,产沙量与产流量呈线性关系。     

寒旱环境黄土区植物护坡原位模拟降雨试验研究

在自建试验区内为研究植物护坡水文效应,本项研究采用野外模拟降雨试验的方法,分别对种植柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii Kom.）、霸王（Zygophyllum xanthoxylon Bunge Maxim.）2种灌木植物边坡和种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）、细茎冰草（Agropyron trachycaulum Linn. Gaertn.）2种草本植物边坡,以及作为对照组未种植植物的裸坡开展相同试验条件的模拟降雨试验。试验结果表明,在相同试验条件下裸坡的稳定径流量和泥沙量均相对较大其值为450.0～475.0 ml/min,8.28～8.36 g/min;种植霸王、柠条锦鸡儿边坡稳定径流量和泥沙量为307.0～355.5 ml/min,3.12～4.07 g/min;种植细茎冰草边坡、垂穗披碱草边坡稳定径流量和泥沙量为24.0～41.3 ml/min,1.52～2.40 g/min,该试验结果说明了坡面产生的稳定径流量和稳定泥沙量与边坡的覆盖度之间呈负相关关系以外,还进一步反映出种植草本植物的边坡其坡面产生的稳定径流量、泥沙量则显著小于种植灌木植物边坡,即种植灌木边坡其坡面产生稳定径流量、泥沙量分别是种植草本边坡的1.338～1.466倍、2.054～2.654倍;裸坡坡面以下0—20 cm处及坡面以下20—40 cm处含水率增幅分别为38.94%,11.08%;种植柠条锦鸡儿、霸王边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为42.24%～44.19%,10.63%～11.76%,种植垂穗披碱草、细茎冰草边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为47.27%～48.11%,13.98%～14.74%,坡面以下40—60 cm处的（c层）含水率变化相对不显著,表明在边坡种植的草本和灌木植物,在降雨坡面雨水入渗的过程中,阻止和减少了坡面径流的形成,同时亦反映出生长草本植物的边坡其阻止和减少坡面径流形成的作用相对显著于灌木植物;裸坡的径流系数为63.40%,种植柠条锦鸡儿和霸王边坡径流系数则分别为18.00%和20.33%,细茎冰草和垂穗披碱草径流系数分别为6.57%和1.71%,草本植物边坡径流系数相对最小,反映出草本植物其抵挡坡面雨水冲刷和侵蚀以及抑制地表径流作用等方面较灌木植物显著。     

汾河上游不同土地利用方式对坡地水土流失的影响

以汾河上游阳坡小流域为研究区,在2015—2017年进行了天然降雨条件下的坡面产流产沙小区试验,结果表明:(1)研究区的侵蚀性降雨在年内和年际间分布很不均匀。少数几次强降雨对降雨侵蚀力的贡献很大。(2)不同侵蚀性降雨条件下,鱼鳞坑+乔木或灌木拦蓄径流或泥沙能力最强,裸地最弱;坡面产流量大小依次为:裸地坡耕地草地油松黄刺玫鱼鳞坑+油松鱼鳞坑+黄刺玫。坡面产沙量大小规律为:鱼鳞坑+乔或灌草地乔或灌坡耕地裸地。(3)随着雨量增加,各植被小区的径流调控率和泥沙调控率均呈下降趋势;相近雨量时,随着雨强的增加,径流调控率和泥沙调控率明显下降。(4)各小区的降雨量和产流量、产流量和产沙量之间呈现显著正相关(P0.05)。在裸地、黄刺玫及草地小区,I30与产流量之间是均无显著相关。在裸地、油松、黄刺玫、耕地小区,I30和产沙量之间无显著相关。     

草地开垦人为加速侵蚀的人工降雨试验研究

通过野外人工降雨试验分析了人为破坏草被对土壤加速侵蚀的影响。研究结果表明天然草地基本上不发生径流和土壤流失。天然草被破坏开垦后径流量增加1273～3050m³/km²,产沙量增加500～1700t/km²。撂荒地（4年）的径流量明显高于天然草地,但土壤侵蚀量很小,撂荒地开垦后径流和流失量明显高于天然草地开垦后的径流量和侵蚀量,其中产沙量为新开垦天然草地的6.2倍。草地的地上部分吸水量占降雨量的15.5%,天然草地上地形、降雨因子对土壤侵蚀的影响甚微。草地开垦后,土壤侵蚀量随雨强和坡度的增加而增大。     

坡长对侵蚀产沙过程影响的模拟研究

通过室内模拟降雨试验探讨了坡长对侵蚀产沙过程的影响规律。实验结果表明 ,坡长是影响径流、侵蚀产沙的重要因素 ,径流量与坡长呈线性关系 ,侵蚀量与坡长基本呈指数关系。累积径流量与累积侵蚀产沙量均与降雨历时呈明显的直线关系 ,其斜率随坡长的增加而增大。坡长对侵蚀形态的演化也有重要作用 ,在试验条件下 ,0 .72 mm/ min雨强下 2 .5 ,5 ,7.5 ,10 m坡长小区均未发生细沟侵蚀 ;雨强增至 1.14mm / min时 ,10 m小区发生了细沟侵蚀 ;雨强大于 1.14mm / min时 ,7.5 m以上的小区均有细沟侵蚀发生。细沟发育时 ,坡面径流、侵蚀产沙量猛增 ,水流含沙量也出现了跳跃性增加     

黑背山小流域保护性耕作防治坡耕地水土流失效应的研究

通过坡面径流小区试验,对黑背山小流域2009年和2010年5—8月径流小区径流量、侵蚀量和养分流失量进行了研究。结果表明,在天然降雨条件下,各径流小区的径流量、侵蚀量和养分流失量具有相似性,从大到小依次为裸地、垄作区田、等高垄作、地膜覆盖和等高深松。与裸地小区相比,保护性耕作措施可减少小区径流量29.8%～63.3%,减少侵蚀量64.6%～96.6%,减少全氮流失量54.0%～89.5%,减少全磷流失49.4%～92.2%。说明保护性耕作措施具有很好的保持水土和减少养分流失的作用。     

模拟降雨条件下林木裸露根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响

为探究喀斯特地区林木根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响,采用人工模拟降雨方法,研究林木根系3类分布方式：根系横坡方向局部裸露（横向）、根系顺坡方向局部裸露（顺向）、根系垂直坡面（垂直）的土壤侵蚀特征。降雨强度为75 mm/h,降雨历时为90 min,坡度为25°。结果表明：（1）降雨过程中,横向和垂直生长根系影响土壤入渗,壤中流和地下径流产流时间表现为顺向>横向>垂直;顺向坡面地表径流初始产流时间比横向和垂直坡面略有提前,但差异不显著（p>0.05）;（2）横向、顺向及垂直坡面地表径流总量大小表现为顺向>垂直>横向,壤中流与地下径流产流速率在降雨过程中缓慢增加,降雨停止后急剧减小;（3）林木根系3类分布方式坡面间的地表减沙效益表现为横向>垂直>顺向。综上所述,顺向坡面的汇流作用促使地表产流产沙增加,垂直坡面增加土壤降雨入渗并减少侵蚀,横向坡面对坡面径流泥沙的拦蓄作用最为明显。研究结果对认识喀斯特石漠化坡地土壤侵蚀机理和水土流失防治措施提供了参考。     

不同立地条件下坡面水土流失的差异性试验研究

耕作活动和植被建设是人类活动的重要组成部分,以裸地、农地、草地和灌木林地(刚栽植)为研究对象,以人工降雨试验为研究手段,研究不同立地条件下的水土流失差异,并对坡面侵蚀形态进行分析.研究表明:草地的减水减沙作用最明显,坡面产生跌坎和细沟的时间最晚,与裸地相比,减少产沙量97.24%～99.63%、减少径流量62.04%～80.46%,受栽植活动扰动影响,刚栽植的灌木林地没有水土保持作用,且坡面上栽植密度越大水土流失越严重,坡面侵蚀沟贯通且呈宽深的“V”型;农地的水土流失与裸地相比与降雨强度有关,小雨强条件下农地产沙量和径流量均小于裸地,大雨强条件下产沙量和径流量大于裸地;因此科学栽植并做好耕作或植被建设活动期间的水土流失预防工作十分必要.     

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。