紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

黄丘区野外草被坡面土壤入渗参数变化规律与模拟研究

利用黄丘区第三副区野外坡面模拟降雨试验,研究了3种覆盖度(30%,60%,90%)和5种降雨强度(1,1.5,2,2.5,3mm/min)下15°草地坡面土壤入渗过程变化规律。结果表明:(1)土壤入渗率随着草被覆盖度和降雨强度的增加不断增大,草被覆盖度越大,土壤入渗率的增加效果越显著,土壤初始入渗率与降雨强度呈指数函数关系,土壤稳定入渗率与降雨强度呈幂函数关系。(2)土壤累积入渗量与降雨时间呈良好的幂函数关系,草被覆盖度越大,土壤累积入渗增量越明显,降雨强度对土壤累积入渗量的影响存在阶段性差异。(3)草被覆盖度的增加能明显提高土壤入渗系数,随雨强的增大,土壤入渗系数不断减小,自然草被覆盖度(60%)下,草被增加土壤入渗系数的有效降雨强度为1~1.5mm/min。(4)利用4个入渗模型对土壤入渗速率与降雨时间的关系进行拟合,研究结果表明Horton公式能较好的模拟该区土壤入渗过程。     

施加PAM的坡地降雨入渗过程及其模型研究

作为一种新型高效的土壤结构改良剂 PAM,在一定条件下能显著地提高土壤入渗能力 ,减小坡面径流。采用室内人工模拟降雨试验 ,研究了不同 PAM覆盖度下降雨产流随时间的动态变化及其与雨强、坡度的关系 ,以及入渗率随时间的变化规律 ,分析了 PAM、坡度、雨强对入渗率的影响。结果表明 ,地表施加 PAM后土壤的入渗率及稳定入渗率都比未施 PAM显著提高。通过对比施加 PAM后 Kostiakov入渗模型与 Horton入渗模型的显著性 ,表明 Horton入渗公式的适用性更好     

(土娄)土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区。本文基于室内坡地降雨实验,分析了塿土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓。雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显。     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。     

模拟降雨入渗对岷江流域红壤坡面产流产沙的影响

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对岷江流域红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响。结果表明:在不同降雨强度下,随坡度的增加,初始产流时间趋于提前;随降雨强度的增大,产流时间提前,降雨强度对初始产沙时间的影响大于坡度变化的影响。在同一坡度条件下,径流强度随降雨强度的增加而增加,平均入渗率随降雨强度的增加表现为先增大后减小的趋势。50mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后20min开始趋于稳定;75mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后15min开始趋于稳定;100mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后10 min开始趋于稳定,径流强度和平均入渗率趋于稳定的时间均随雨强的增大而明显提前,各个时刻的径流强度和入渗率的稳定值在降雨过程中并不稳定,表现为随降雨强度和坡度的增大,波动愈剧烈。坡面产沙量随坡度和降雨强度的增大而增大,当坡度由5°增大到10°时,产沙量急剧增加;当坡度由10°增加到30°时,产沙量增速趋缓,侵蚀产沙量没有出现临界坡度。坡面产流强度和入渗率随时间的变化关系分别服从幂函数和对数函数规律,不同降雨强度下的径流深和产沙量也呈现出显著的正线性关系。     

前期土壤含水量对坡面产流产沙特性影响的模拟试验(简报)

为了研究黄土区降雨前期土壤含水量对不同土壤坡面降雨入渗、产流和产沙特性的影响,采用室内降雨模拟试验方法,探讨了前期土壤含水量从风干土状态至近饱和条件下塿土和砂黄土坡面降雨入渗、产流产沙的特征。研究结果表明：在雨强（80 mm/h）和坡度(10°)较大情况下,前期土壤含水量对塿土坡面产流时刻、入渗和产流过程影响不明显;砂黄土坡面产流时刻受前期土壤含水量影响显著,随着前期土壤含水量的增大先延长后缩短,其极差值达到28.91 min;前期土壤含水量在风干土～10%和15%～25%两段范围内,砂黄土坡面入渗产流规律差异十分显著。基于土壤水分累积入渗过程特征,塿土前期含水量可分成“三区”,砂黄土则可分成“两区”;利用前期土壤含水量与坡面土壤流失量的二次多项式关系,分别确定出塿土和砂黄土坡面土壤流失量最少的前期含水量值为11.25%和12.74%,为黄土区坡地水土管理提供理论依据。     

土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区.本文基于室内坡地降雨实验,分析了(土娄)土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓.雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显.     

Jag C162对黄土坡面降雨入渗的调控效应研究

在土壤中添加高分子化合物是一种新兴的水土保持措施,阐明其对水土流失的影响可为黄土坡面水土流失治理及其措施选择提供科学依据。采用人工模拟降雨试验,研究新化学材料Jag C162对黄土坡面降雨入渗的调控效应。主要结果有:(1)撒施不同剂量Jag C162后,随着降雨时间的增加,入渗率呈减少的趋势,撒施Jag C162的入渗率减小速率均小于裸土;降雨过程中裸土达到了稳渗阶段,而撒施Jag C162的入渗率没有达到稳定状态;初始产流的时间也相应的推迟。(2)同坡度不同雨强和同雨强不同坡度下,撒施Jag C162后,入渗率显著提高。随着雨强和坡度的增大,裸土的稳定入渗率增加,3种不同撒施剂量下的平均入渗率减小。(3)撒施Jag C162的入渗量明显高于裸土的入渗量,在不同剂量下,入渗量随雨强的增加而呈现递增变化总趋势;入渗量随坡度的增加而减小。(4)撒施Jag C162可增加入渗率,减少地表径流和土壤侵蚀。     

神东矿区堆积弃土坡地入渗规律试验研究

选择了神东矿区内土壤类型一致、土壤初始含水率、坡度相似而弃土时间分别为2002～2003年、1996～1997年、1990～1991年的小区和原状土,以及弃土时间为1990～1991年、植被覆盖度相似的不同坡度及坡度、植被覆盖度相似而坡长不同的10个试验小区进行强度为2.0 mm/min人工降雨模拟试验。通过对各场降雨进行入渗率计算,获得10场入渗率变化曲线。结果表明,不同时间堆积弃土具有不同的稳定入渗率,新堆积坡地入渗率要明显高于原状土,达到稳定入渗时间要比原状土长。随着堆积时间的延长,稳定入渗率逐渐下降到原状土水平。坡度、坡长的变化影响弃土坡地入渗过程。坡度越大,产流越快、入渗过程越不稳定;坡长越长,产流越慢、入渗率变化越大。但在其它条件相似的情况下,坡度、坡长的改变对稳定入渗率的影响较小。     

解冻期坡面降雨入渗特征及模拟试验研究

通过室内人工模拟降雨试验和水量平衡方法,研究解冻期坡面降雨入渗规律。试验处理包括4个初始解冻深度(0,2,4,6cm)和3个降雨强度(0.6,0.9,1.2mm/min)。结果表明:(1)在坡面的降雨入渗过程中,随降雨历时的延长,入渗率呈由高到低的变化,波动性明显;(2)坡面初始入渗率受降雨强度的影响较大,0.9,1.2mm/min雨强下的初始入渗率显著大于0.6mm/min下的初始入渗率(p0.05);不同初始解冻深度下的稳定入渗率相差较小,平均入渗率的变化趋势与稳定入渗率的变化趋势相似,均随初始解冻深度的增加呈现先减小后增大,临界解冻深度为4cm;初始解冻深度为6cm时的累计入渗量显著大于解冻深度为0,2,4cm的累计入渗量(p0.05);累计入渗量在0.6mm/min雨强下随初始解冻深度的增加而增加,而在0.9,1.2mm/min雨强下呈先减小后增大的变化趋势,临界解冻深度分别为2,4cm;(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、蒋定生模型和Philip模型对试验结果进行模拟后发现,Horton模型最能反映解冻期坡面土壤降雨入渗的特征。研究结果可为揭示解冻期产流机制变化以及土壤侵蚀规律提供参考。     

喷施中性多聚糖对黄土坡面降雨入渗的影响

中性多聚糖(Jag S)是一种新型高聚物,研究该高聚物对黄土坡面降雨入渗的影响可对采用土壤侵蚀化学调控技术措施防治黄土坡面土壤侵蚀提供新的理论基础。通过人工模拟降雨试验,研究不同雨强(1.0、1.5、2.0 mm min-1),不同坡度(10°、15°、20°)条件下,坡面降雨入渗及产流时间与喷施不同剂量(1、3、5 g m-2)Jag S之间的关系。结果表明:在不同坡度不同雨强下,与裸露坡面相比,喷施3种剂量的高分子化学材料Jag S均减少了前期降雨入渗率,但1及3 g m-2剂量Jag S处理能够明显提高黄土坡面入渗性能,减缓入渗在整个降雨过程的下降趋势,提高稳渗率,强化入渗效应均值分别为21.53%及9.17%,大剂量(5 g m-2)Jag S反而降低了土壤入渗性能(小雨强下除外)。喷施不同剂量Jag S的坡面其产流开始时间差异很小,但均早于裸露坡面,且表现为Jag S喷施剂量越大,坡面越早产流,大坡度大剂量对降雨产流时间影响较大。三个剂量对应产流时间提前百分比均值分别为47.26%、50.47%及66.28%。总之,Jag S在一定程度上能改善黄土坡面土壤结构,提高黄土坡面降雨入渗性能,从而降低土壤侵蚀,为采用高聚物进行水土保持提供了科学依据。     

湿润速率和粘粒含量对红壤沟间侵蚀的影响

An aggregate stability test and a simulated rainfall test were conducted on four representative Ultisols from southeastern China. The soils selected, with clay contents ranging between 117 and 580 g kg-1 , were derived from shale and Quaternary red clay. The stability of aggregates (2–5 mm in diameter) obtained from the soil samples were determined by the Le Bissonnais method. For determination of infiltration, runoff, and erosion, the soil samples were packed in 30 cm × 60 cm trays, wetted at rates of 2, 10, and 60 mm h-1 , and then exposed to simulated rainfall at 60 mm h-1 for 1 h. The results indicated that both aggregate stability and slaking caused by fast wetting increased with increasing clay content. The effect of wetting rate (WR) on infiltration and seal formation varied with clay contents. In the soil with low clay content (sandy loam), the infiltration rate was affected slightly by WR due to low aggregate stability and slaking. In the soils with medium clay content (silt clay loam and clay), WR affected infiltration significantly due to the high aggregate slaking force. In the soil with high clay content, the effect of WR on infiltration was significant, but not as evident as in the soils with medium clay content, which may be related to high aggregate stability by wetting partially compensating for slaking force. The effect of WR on soil loss was similar to that of runoff, but more pronounced. The findings from this study indicated that the relationship between wetting rate and clay content should be considered when predicting interrill erosion in Ultisols.     

黄土区坡耕地土壤结皮对入渗的影响

黄土高原地区,坡面土壤水分是生态建设的关键问题。以黄土高原坡耕地人为管理方式为背景,在室内人工模拟降雨条件下采用等高耕作和人工掏挖两种措施,并且设计直线坡作为对照,研究不同耕作措施下土壤结皮的形成特征,同时从降雨-入渗的角度研究两种类型结皮(结构结皮和沉积结皮)对坡面土壤水分入渗的影响。研究结果表明:土壤结皮阻碍坡面土壤水分入渗,结皮坡面产流时间早,且土壤累积入渗量明显低于无结皮坡面;采用Kostiakov模型、Horton模型、蒋定生模型对坡面土壤水分入渗过程进行优化模拟的结果表明蒋定生模型适用于描述本研究坡面土壤水分入渗的特征;耕作措施造成的微地形对土壤结皮的类型有很大影响,在洼地径流携带泥沙堆积形成沉积结皮,地势较高处降雨雨滴直接打击形成结构结皮。研究两种类型结皮发现,沉积结皮相对于结构结皮密度高且孔隙度低,并且两种类型结皮对坡面土壤水分入渗的影响存在差异,沉积结皮平均减渗效应为37.13%,结构结皮平均减渗效应为19.79%,因此,沉积结皮更大程度影响坡面土壤水分入渗。     

暴雨条件下典型红壤区不同恢复方式侵蚀过程与特征分析

采用空间替代时间的方法,探究暴雨条件下典型红壤区不同恢复方式侵蚀过程与特征。选取不同恢复年限的低效林改造(R1)、乔灌草结构(R2)、自然恢复(R3)和对照(DZ)样地,设计1.5mm/min雨强,进行野外模拟降雨试验,分析坡面初始产流时间、径流率、侵蚀率、累积产沙量、入渗率等特征。结果表明:(1)3种恢复方式初始产流时间表现为R2R1R3,且R1、R2样地初始产流时间随治理年限的增加而延长;(2)3种恢复方式径流率、侵蚀率、累积产沙量均表现出R3R1R2,且R1、R2样地径流率、侵蚀率、累积产沙量随治理年限增加呈下降趋势;(3)同一恢复年限,3种恢复方式初始入渗率、累积入渗量、减流减沙效益均表现出R2R1R3;(4)3种恢复方式,恢复年限对侵蚀过程的影响表现为R1R2R3;累积产沙量与累积产流量成幂函数关系。研究结果为揭示典型红壤区不同治理方式的侵蚀过程研究提供参考,为典型红壤区水土流失治理提供科学依据。     

Effect of rock fragment cover on interrill soil erosion from bare soils in Western Andalusia, Spain

It is known that rock fragments on the surface of soils can enhance infiltration and protect the soil against rainfall erosion. However, the effect of rock fragments in natural forest soils is less well understood. In this article, we studied the influence of rock fragment cover on run‐off, infiltration and interrill soil erosion under simulated rainfall on natural bare soils in a Spanish dehesa (managed holm oak woodland). We studied 60 plots with different rock fragment cover ranging from 3% to 85% under three simulated rainfall intensities (50, 100 and 150 mm/h). Surface run‐off appeared later and sediment yield values were smaller in soils with greater rock fragment cover. Rock fragment cover also increased infiltration rates. The final infiltration rates were 54–98% at a rainfall intensity of 50 mm/h, 31–88% at 100 mm/h and 20–80% at 150 mm/h. The interrill soil loss rates were decreased by rock fragment cover and increased with rainfall intensity. The soil loss rate was always small (0.02–1 Mg ha/h) when rock fragment cover was 75% or more. Rock fragment cover was related to soil loss rate by an exponential function.     

降雨入渗对黄土斜坡土体含水率时空分布特性的影响

为了对降雨入渗引起黄土斜坡土体含水率的变化有较深入的了解,在陕西省延安市宝塔山选取了一个典型的黄土自然斜坡进行土体含水率和降雨联合监测。监测结果表明,斜坡土体中的含水率对降雨入渗的响应具有时间上的滞后性与空间上的差异性。当日降雨量达到10mm或10d累计降雨量达到70mm时,降雨入渗对土体含水率的影响深度小于1.0m;当日降雨量达到50mm或10d累计降雨量达到140mm时,降雨入渗对土体含水率的影响深度小于2.0m。同时,当小时降雨量达到10.4mm时,降雨入渗至0.2m的入渗速率为0.04m/h,由0.2m入渗至1.0m的入渗速率为0.033m/h,降雨入渗速率随着土层深度的增加而减小。     

聚丙烯酰胺增加土壤降雨入渗减少侵蚀的模拟试验研究 Ⅰ.入渗

土壤 (特别是黄绵土 )在雨水作用下 ,表面会形成结皮 ,显著地降低降雨入渗率 ,聚丙烯酰胺 (PAM)能有效地抑制降雨过程中土壤结皮的形成 ,提高降雨入渗率。为了获得PAM使用量和覆盖率与入渗率之间的关系 ,进行了一系列的人工降雨模拟试验。试验采用了三个雨强 :5 0、1 0 0和 1 5 0mmh- 1,四个坡度 :8.74%、1 7.63 %、3 6.4%和 46.63 % ,及五种地表处理 :对照、秸秆覆盖和三个PAM覆盖率 (A、B和C) ,试验设三次重复。试验分Ⅰ、Ⅱ两个降雨阶段进行 ,第Ⅱ阶段在第Ⅰ阶段降雨结束土壤放置 2 4h后进行。分析建立了降雨入渗率与PAM的覆盖率间的相关关系 ,确定了PAM的覆盖率对降雨入渗的影响。     

湿润速度和累积降雨对土壤表面结皮发育的影响

土壤表面强度和微结构显微照片是研究表土结皮的重要指标和直接表征。以两种典型的土壤(垆土和黑土)为研究对象,采用2mmh-1(慢速)和50mmh-1(快速)两种速度湿润后进行雨强为60mmh-1的降雨,研究不同湿润速度和累积降雨对结皮发育的影响。结果表明:湿润速度对垆土结皮发育过程的影响不明显,土壤表面强度主要由累积降雨打击夯实引起;快速湿润对黑土结皮发育有显著的影响,慢速湿润后黑土在60min降雨过程中没有明显的结皮,累积降雨的打击起次要作用;湿润速度和累积降雨的对结皮发育的影响取决于土壤团聚体稳定性。     

深层干化黄土自然降雨入渗特征试验研究

为探讨自然降雨在黄土区干化土壤中的入渗性能,研究干化黄土的降雨入渗机制,在陕北米脂试验站,建立野外10 m大型土柱模拟枣林地深层干化土壤,利用CS650-CR1000土壤水分自动监测系统对2014-2019年的土壤水分状况进行了连续定位监测。结果表明:(1)日降雨量为33.6,35.6 mm的大雨(降雨强度分别为3.73,2.97 mm/h,降雨历时9.0,12.0 h)状况下,最大入渗深度为140,100 cm,累积入渗量达20.05,16.10 mm;日降雨量为19.0,16.8 mm的中雨(降雨强度分别为2.24,1.53 mm/h,降雨历时8.5,11.0 h)状况下,最大入渗深度为90,60 cm,累积入渗量达8.12,9.77 mm;日降雨量为9.6,8.8 mm的小雨(降雨强度分别为1.48,0.76 mm/h,降雨历时6.5,11.5 h)状况下,最大入渗深度为30,20 cm,累积入渗量仅为1.05,0.23 mm。(2)降雨入渗的湿润锋运移深度(Z_i)随时间(T)呈幂函数Z_i=aT^b增加。(3)雨水的入渗历时包括降雨历时、自降雨停止至入渗结束两个时段。6次降雨(33.6,35.6,19.0,16.8,9.6,8.8 mm)在降雨停止后时段内的入渗深度分别为100,60,70,40,30,20 cm,入渗量依次为9.86,10.78,2.09,8.42,1.05,0.23 mm。在总入渗历时内,6次降雨入渗补给系数分别为0.60,0.45,0.43,0.58,0.11,0.03。黄土区降雨入渗深度受降雨量、降雨强度、入渗历时影响较大,提高单次降雨的雨量有助于提升雨水入渗补给系数,促进干化土壤得到有效水分修复。