人工模拟降雨条件下紫色土陡坡地侵蚀泥沙变化特征研究

基于人工模拟降雨研究了三峡库区25°径流小区侵蚀泥沙对0.285,0.978,1.737 mm/min 3种不同降雨强度的响应特征。结果表明:在降雨过程中径流泥沙量,随产流历时的增加呈现先增加后逐渐减少,最终趋于稳定。侵蚀泥沙峰值量出现的时间随着雨强的增大在整个产流历程中不断提前。坡面径流的累积产沙量随产流历时的增加呈幂函数规律,相同降雨历时大降雨强度的累积产沙量明显高于小降雨强度的累积产沙量。在降雨强度为0.285,0.978,1.737 mm/min时,侵蚀泥沙中大颗粒的砂粒含量随产流历时的增加大致呈现降低趋势,侵蚀泥沙中细颗粒的粘粒及粉粒含量随着产流历时的增加呈现增加的趋势,但不同降雨强度下侵蚀泥沙机械组成的波动性有显著差异,雨强越大,侵蚀泥沙机械组成与产流历时回归模型拟合越好。     

华北土石山区水源保护林小流域土壤侵蚀过程的模拟研究

根据对试验流域土地利用现状的实地调查 ,在GIS技术的支持下 ,结合林冠截留模型、枯落物糙率系数模型、SCS水文模型、径流小区产沙量经验模型、栅格单元泥沙输移量模型 ,以试验流域空间数据库和属性数据库为基本参数输入 ,对试验流域 1996～ 1998年 8场典型降雨土壤侵蚀量的空间分布进行了模拟。模拟结果显示 ,裸荒地场降雨产沙量占场降雨侵蚀总量的 92 4 7%～ 10 0 % ,水源保护林地 (包括刺槐和油松林地 )的产沙量占总侵蚀量的 15 2 3%～ 7 5 3% ,水源保护林的土壤侵蚀控制效应非常显著。对试验流域 1997 0 7 31和 1998 0 7 0 5两场典型降雨径流量和侵蚀量的模型检验显示 ,模拟误差分别为 - 3 2 4 %、 10 %和 32 3%、 39 34%。     

重力侵蚀黄土沟壑区沟坡产沙特性

沟坡是黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙的主要来源,其侵蚀规律的研究可为流域水土保持措施优化配置提供科学依据,对该地区的防灾减灾和可持续发展具有重要现实意义。在多种坡度、坡高的陡坡模型上进行了模拟降雨试验,分别采用地貌仪和径流泥沙采样装置对次降雨过程中沟坡的重力侵蚀量和产流、产沙过程进行了动态监测和定量分析。结果表明:重力侵蚀在高含沙水流的形成中起着十分重要的作用,但不是每次重力侵蚀的发生都能导致高含沙水流;次降雨过程中,含沙量和输沙率均随降雨历时呈现上升趋势,特别是次降雨的中后期,含沙量和输沙率的增大趋势都比较明显;历次降雨事件中,次降雨30min全过程出口径流的平均产沙量和次降雨中后期出口径流平均产沙量的变化趋势一致;次降雨过程中,出口径流含沙量与输沙率随坡度的增大呈整体波动式增大,但与坡高关系不显著。总之,在黄土沟坡区,重力侵蚀对产沙过程有显著影响。     

坡面侵蚀泥沙来源立体分布研究

采用REE-INAA方法,采取沿坡面分层分段的新型试验布设方法,研究次降雨条件下坡面侵蚀泥沙来源立体分布规律。结果表明:坡面侵蚀形态演变过程可划分为面蚀、细沟发育和细沟稳定3个阶段。细沟侵蚀是坡面侵蚀产沙的主要原因,试验中的细沟侵蚀产沙量约为面蚀产沙量的9.9倍。可以利用侵蚀产沙贡献率来表征不同试验区域产沙量对总产沙量贡献作用的大小。处于坡面底部的Eu区和Yb区是面蚀量最大区域,其侵蚀产沙贡献率分别为3.1%和3.3%。处于坡面底部的Nd区和Ce区是细沟侵蚀量最大区域,其侵蚀产沙贡献率分别为42.8%和37.5%。坡面中下部是坡面侵蚀泥沙来源的主要区域。     

人工模拟降雨下花岗岩崩岗区不同层次土体产流产沙特征

选取湖北通城县五里镇发育典型的崩岗作为研究对象,利用室内人工模拟降雨试验,分析花岗岩崩岗区各层次土体的产流产沙状况和泥沙各粒径流失规律。结果表明,各层次土体入渗率和累积入渗量在整个降雨时段内差异显著。随着降雨时间的延长,各层次土体入渗率均表现出先快速减小后逐渐趋于稳定,累积入渗量则相差越来越大;淀积层的稳定入渗率最大为328.75ml/min,是淋溶层的1.13倍,母质层的1.76倍;Horton模型能对各层次土体入渗率很好的拟合(R20.922),且拟合结果证实了模拟降雨条件下各层次土体入渗速率随时间变化规律。各层次土体产沙率和累积产沙量在整个降雨时段内差异显著。母质层平均产沙率为40.43g/(L·min),是淀积层的1.79倍,淋溶层的3.11倍;淀积层的累积产沙量增加较快,淋溶层的累积产沙量增长缓慢,母质层的累积产沙量在整个降雨时段内不断增加且远大于淋溶层和淀积层的累积产沙量。各层次土体0.2mm粒径的流失量最多,0.2~1mm粒径次之,1~2mm粒径和2mm粒径流失量最小;随着降雨时间的延长,淋溶层各粒径流失量均逐渐减小,淀积层各粒径流失量逐渐增多,母质层各粒径流失量逐渐趋于稳定。该研究对揭示崩岗区各层次土体侵蚀的产流产沙机理及侵蚀规律的研究具有重要的理论和实践意义,为崩岗水蚀过程物理模型的建立奠定基础。     

长期野外监测红壤裸露坡地侵蚀性降雨分布及产沙分析

侵蚀性降雨及其侵蚀泥沙分布特征研究是掌握土壤侵蚀规律的基础,同时也可为水土保持综合治理提供理论依据。研究选择红壤裸地坡面径流小区为研究对象,利用实际观测法收集到2001-2016年的565次长序列侵蚀性降雨及其径流泥沙资料,运用数理统计方法分析侵蚀性降雨及其泥沙的发生频率和强度的分布特征,在此基础上分析降雨类型对侵蚀产沙的影响。研究结果表明,研究区侵蚀性降雨量占总降雨量的87.82%,主要分布在降雨量为25 mm以上和降雨强度5mm/h以下的降雨事件。次降雨侵蚀强度小于100t/km~2的侵蚀次数占总次数的76.81%,而其侵蚀总量只占总量的7.28%;侵蚀强度大于500t/km~2的降雨侵蚀次数只占总次数的6.36%,但其侵蚀泥沙量可占总量的60.96%,次降雨侵蚀产沙量分布极为不均。降雨量25～100mm且平均雨强小于20mm/h的降雨类型造成研究区土壤侵蚀量最大。次降雨量100 mm和降雨强度20 mm/h可作为红壤裸露坡地水土流失防御的设计暴雨特征值。研究结果有助于揭示红壤坡地次降雨侵蚀规律和水土保持措施布设。     

不同降雨强度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究不同雨强对紫色土坡面侵蚀过程的影响,通过人工模拟降雨试验和室内分析,采用降雨总量(30mm)一定、降雨历时不定的原则,在2种覆盖度(50%和75%)下,分析了3个雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)对紫色土土壤坡面产流产沙的影响。结果表明:在50%和75%覆盖度下,(1)雨强越大紫色土坡面产流总量和径流率越大。相同时间内,不同雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)下的2种覆盖度产流量分别占坡面产流总量的18%,30%,52%。(2)雨强越大紫色土坡面产沙量和侵蚀率越大。相同时间内,不同雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)下,2种覆盖度产沙量分别占坡面产沙总量的13%,33%,54%。(3)紫色土坡面侵蚀泥沙中的水稳性团聚体的粒径主要集中在0.25,3mm,分别占泥沙总量的74%和67%,0.25~3mm粒径的水稳性团聚体分别占泥沙总量的30%和26%。(4)相关分析表明,雨强和紫色土坡面产流产沙量均为极显著正相关(P0.01)。雨强与产沙量之间均拟合为一次线性方程;雨强与产流量之间分别拟合为一次线性方程和二次方程。研究结果为控制紫色土坡面水土流失和揭示其相关侵蚀机理提供参考。     

基于土壤颗分粒径的泥沙来源量化研究

[目的]揭示黄土高原风水复合侵蚀区风力作用对水蚀的影响,为具有不同泥沙粒径侵蚀物质来源识别提供一种有效的方法支撑,也为风水复合侵蚀区侵蚀泥沙来源辨识提供理论参考。[方法]以覆沙模拟风蚀产物,基于室内模拟试验,研究覆沙之后坡面侵蚀发育特征,同时为了有效区分不同时刻侵蚀物质的来源,尝试采用泥沙粒径作为指纹因子进行侵蚀泥沙来源贡献的辨识。[结果]不同泥沙粒径组的3个指纹因子(粒径范围分别为：26.303～34.674,104.713～138.038,138.038～181.970μm)通过检验被确定为最佳指纹因子。基于最佳指纹因子,通过多元混合模型计算得出,在对同一土槽进行的3个阶段模拟降雨试验中覆沙层和黄土层的平均泥沙贡献率分别为48.2%和51.8%,24.8%和75.2%,6.8%和93.2%,且MAF>0.8。覆沙层的泥沙贡献率为第一阶段试验>第二阶段试验>第三阶段试验,计算结果与DEM相吻合。[结论]泥沙源地和侵蚀泥沙中的不同泥沙粒径组可作为指纹因子进行泥沙来源辨别,复合指纹法具有较好的适用性。     

坡面降雨侵蚀和径流侵蚀研究

降雨侵蚀过程包括径流侵蚀作用和雨滴打击作用两个方面,传统的单径流小区降雨试验难以区分二者对坡面侵蚀的贡献。通过双土槽人工降雨试验,研究了降雨侵蚀和径流侵蚀的关系及二者对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明;在坡度和降雨强度一定时,坡上方来水量引起坡下方侵蚀产沙量随着上方来水量的增大而增大;在坡度一致和坡面径流量基本相同时,降雨侵蚀产沙量大于供水径流的侵蚀产沙量,降雨强度增大１倍时,坡面侵蚀产沙量增大约５０     

流域次降雨侵蚀产沙的BP神经网络模拟

在分析黄土高原韭园沟流域多年观测资料的基础上,应用BP神经网络建模方法,建立了流域次降雨侵蚀产沙的神经网络模型。通过输入模型变量流域次降雨量、平均降雨强度、径流深和洪峰流量模数,对流域次降雨侵蚀产沙量进行了训练和预测。预测结果表明,所建BP神经网络模型预测精度较高,可近似揭示复杂非线性流域次降雨侵蚀产沙系统的产沙规律,为建立较高预报精度的黄土高原流域次降雨侵蚀产沙预报模型提供了依据。     

神木六道沟气候及地面组成物质特征对侵蚀产沙影响分析

在野外调查与试验研究的基础上,分析了六道沟及其相邻流域降雨、径流、气温、风力等气候因素及地面组成物质特征对侵蚀产沙的影响。认为暴雨强度大,疾风多、植被少,地面组成物质复杂松散,以及不良的土壤理化特性,是该区侵蚀产沙特别强烈的根本原因,该区的侵蚀具有复杂多样的特殊性,在时间与空间上差异较大,分布不均;地面物质粗、产沙量大、是粗沙的主要产区;掌握侵蚀特点,控制风沙直接入沟,入河及坡耕地的改造,防治沟头,沟壑崩塌,扩大草灌,发展多样性农业为治理重点。     

沙层厚度和粒径组成对覆沙黄土坡面产流产沙的影响

片沙覆盖黄土区是水蚀风蚀交错带内土壤侵蚀最为强烈的区域,研究该区内土壤侵蚀特征可对水蚀风蚀交错带水土流失的预报及防治提供理论依据。采用室内模拟降雨,研究黄土坡面不同覆沙厚度(2 cm、5 cm和10 cm)和沙层粒径组成(100%0.25 mm、75%0.25 mm+25%0.25mm、50%0.25 mm+50%0.25 mm、未处理原沙和100%0.25 mm)对坡面产流产沙的影响。结果表明,覆沙黄土坡面较黄土坡面的初始产流时间明显延长,产流速率和产流量减小,产沙速率和产沙量增大,降雨过程中产流产沙波动性增大,且这些变化随覆沙厚度增加而明显加强;沙层粒径组成在不同覆沙厚度下对坡面产流产沙的影响不同,2 cm覆沙厚度坡面在降雨前期随粒径变粗产流产沙呈增大趋势,降雨后期无明显变化;5 cm覆沙厚度坡面随沙层粒径变粗产流速率呈增加趋势,降雨前期上覆粗粒径沙层坡面的侵蚀速率高于细粒径沙层坡面,降雨后期恰好相反;10 cm覆沙厚度的坡面产流产沙随沙层粒径组成变化不明显。典型覆沙黄土坡面的产流过程为雨水垂直入渗―沙土界面潜流―沙层边缘渗流―地表径流,产沙过程为沙层边缘渗流侵蚀―沙层坍塌重力侵蚀―地表径流输移,明显不同于无覆沙黄土坡面的超渗产流方式及溅蚀―片蚀―细沟侵蚀的侵蚀发展过程。     

土壤结皮对乌拉山矿山废弃地客土坡面侵蚀特征的影响

土壤结皮对坡面水分入渗及侵蚀产沙具有重要影响,但其具体作用过程和机理尚存在一定争论。以乌拉山矿山废弃地客土坡面为研究对象,采用原位冲刷试验,研究不同坡长(2,4,6,8,10 m)和产流产沙过程中,土壤结皮对径流泥沙的影响。结果表明：(1)2 m土壤结皮坡面总径流和泥沙量显著增加,分别是对照坡面的2.17,1.56倍;4～10 m土壤结皮坡面总径流量和总泥沙量降低,其中总径流量为对照坡面的67.17%～78.45%,总泥沙量为对照坡面的54.53%～83.56%。(2)土壤结皮坡面与对照坡面产流速率随产流时间变化基本一致,呈现波动稳定或略微提高趋势;产沙速率在对照坡面随产流时间呈下降趋势,而在结皮土壤坡面呈现下降与稳定2种趋势。(3)累积径流量、累积泥沙量与产流时间关系均可用线性函数和幂函数表达。随产流时间变化,土壤结皮坡面对累积径流量的影响可分为全程提高、全程降低、先提高后降低3种类型,对累积泥沙量的影响可分为提高与降低2种类型。因此,土壤结皮对坡面产流产沙过程的抑制或促进作用与坡长和侵蚀发生过程密切相关。     

黄土高原泾河流域1960—2000年的年输沙量时空变化

为制订合理有效的水土流失治理政策,需定量了解流域的泥沙输移总量及其时空变化。以黄土高原多泥沙的典型流域泾河为例,按有连续水文观测数据的11个水文站的控制范围,把流域划分为11个河段,统计分析1960—2000年间的年均输沙量和输沙模数在不同年代的变化和空间上的差异。结果表明:1)20世纪60年代泾河流域年均输沙量为3.024 9亿t/a,年均输沙模数为6 672 t/(km2.a);输沙等级为强度,但空间分布不均匀,其中输沙等级为极强度和强度的河段面积占流域面积的72.6%,其年均输沙量占流域总量的86.0%;输沙等级为中度和轻度的河段面积占流域面积的27.4%,其年均输沙量占流域的14.0%。2)20世纪70年代以来,泾河流域年均输沙量开始减少,90年代已减至2.657 8亿t/a,较60年代下降了12.1%,减沙主要发生在输沙等级为极强度的河段,其减沙量占流域总减沙量的93.5%,尤其以降水较高、植被较好的西部地区为主要贡献区,而其他输沙等级河段的年输沙量基本保持不变。因此,在侵蚀性暴雨增加的气候变化背景下,植被稀疏、抵抗暴雨侵蚀能力差的半干旱地区应列为水土保持重点地区。     

内蒙古砒砂岩地区水土流失规律研究

内蒙古砒砂岩地区是黄河重要的粗沙来源区,该地区具有水蚀、风蚀及重力侵蚀交互的特点。利用三个试验流域1983～1997年的天然观测资料,分析得到了砒砂岩侵蚀交互作用的时空分布规律;通过对砒砂岩的理化及侵蚀产沙特性的分析表明,砒砂岩的产流和产沙能力均高于当地的黄土和风沙土。本研究建立了砒砂岩地区的水蚀模型,并对水力侵蚀过程进行了模拟。     

黄河河口-龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系

[目的]揭示黄土高原典型多沙粗沙区河口—龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系,为区域水土保持规划的制定提供科学依据。[方法]基于降雨和产沙模数资料,采用泰森多边形加权变差系数法、K-means聚类分析以及线性回归分析,系统研究河口—龙门区间降雨和产沙的空间变异规律。[结果] 1959—2015年期间,河龙区间汛期降雨和汛期降雨侵蚀力具有相同的空间分布特征,但是汛期降雨侵蚀力表现出更强的空间变异性,两者在年内和年际时间尺度上分别表现出相同的空间分布特征,并且具有纬度地带性(p0.01)。汛期降雨和汛期降雨侵蚀力在支流尺度上的空间变异性差异不大,具有同增同减的变化趋势。[结论] 1959—2015年期间,水土流失大规模治理以前,河口—龙门区间流域产沙主要受降雨的影响(p0.01),水土流失治理以后,流域产沙量锐减,降雨和流域产沙模数无显著相关关系。     

弃土场侵蚀产沙模拟试验研究

鉴于目前很多学者对弃土场的研究,主要集中在室外天然降雨和人工模拟降雨监测上,而在室外由于受到工程建设时限和其他因素制约,并不能对各影响因素做定性研究的实际,利用室内模拟降雨对弃土场侵蚀产沙过程进行模拟试验研究,寻求侵蚀产沙规律及主要影响因素。试验结果为:弃土坡面侵蚀沟出现时间随降雨强度的增加而缩短;产沙量随降雨强度的增加而增加,但在雨强较小情况下,坡面产沙量最初随降雨的持续而逐渐增加,达到一个峰值后,便开始减少,并趋于稳定,而在大雨强条件下,坡面产沙量随降雨的持续呈波动增加状态,侵蚀量增加较快;在同一降雨强度条件下,坡面产沙量随坡度的增加而增加。     

东北黑土区融雪径流对流域产沙的贡献及因素分析

[目的]揭示流域融雪期径流产沙特征及对全年总产沙的贡献,阐明东北黑土区影响融雪期产沙贡献的主控因素,并进而为东北黑土区流域综合治理提供科技支撑。[方法]基于东北地区203个气象站点数据以及15个流域水文站点径流泥沙资料,通过提取流域降水、地形、气候、土壤和土地利用等因子,采用多因素相关分析的方法,开展融雪期产沙贡献影响因素研究。[结果]东北黑土区不同流域年均降雪量占年均降水量的比例为3.7%～23.9%,空间分布差异较大,呈东南多、西北少的分布特点。融雪期径流深占全年径流深比例为13.7%～32.5%,融雪期产沙量对全年产沙量的贡献3.8%～23.47%,融雪期产沙模数占全年产沙模数的3.1%～35.9%,且它们空间分布规律性差。年均降水量、降雪量占降水量比例、融雪期径流深占全年径流深比例3个因素与融雪期产沙贡献在0.05的水平上呈显著相关。降雪量占降水量比例对流域融雪期产沙量和产沙模数的贡献率分别为25.41%和30.22%。最大高程对流域融雪产沙量和产沙模数的贡献率分别为24.36%和20.38%。[结论]东北区融雪期产沙对流域全年产沙有较大贡献,且受多重因素影响,未来应加强融雪期的侵蚀产沙观测研究。     

江西省河湖泥沙的主要来源及防治对策

 从江西省现状出发,分析其水土流失特点、森林林分状况、降雨特征、地形地质等自然条件和不合理经营等人为因素的影响,找出河流泥沙和江湖淤积的主要根源。认为花岗岩侵蚀区是主要产沙根源,集中高强度降雨为泥沙搬运提供了动力,地形地势为泥沙汇聚创造了条件,林分、林龄结构不合理,难以保护地表不受侵蚀,不合理经营加速了土壤冲刷和泥沙汇聚。据此,提出了针对性较强的防治对策,为系统研究江西省河湖泥沙提供了依据。     

用粒度分析法计算砒砂岩区小流域泥沙来源的探讨

小流域泥沙来源是土壤侵蚀研究的重要内容 ,目前国内外主要利用径流泥沙资料 ,采用统计分析方法来确定小流域不同地貌部位及不同侵蚀类型的产沙量。采用粒度分析法对砒砂岩不同侵蚀类型区典型小流域泥沙来源进行分析计算的结果表明 :小流域泥沙主要来自于沟谷地 ,其产沙量占小流域总产沙量的 79 39%～ 84 89% ;沟间地产沙量占15 86 %～ 2 0 16 %。