模拟降雨条件下南方典型粘土坡面土壤侵蚀过程及其影响因素

采用人工模拟降雨的方法,研究了南方典型粘土坡面土壤侵蚀过程及降雨强度、降雨量、坡度对坡面产流产沙量的影响,建立了试验条件下坡面土壤侵蚀模型。结果表明:(1)试验条件下初始产流时间与降雨强度和坡度呈线性关系,随着降雨强度和坡度的增加,初始产流时间变小;(2)随着降雨时间的增加,坡面产流率先逐渐增加后达到稳定,产沙率呈先迅速增加后降低再逐渐达到稳定,产流率和产沙率随降雨强度的增加而相应增加,但随坡度变化不明显;(3)径流含沙量、总产流量、产沙量均随降雨强度和坡度的增加而增加,其中降雨强度为90mm/h、坡度为20°时总产流量为93 335ml,产沙量为636.10g,达到最大值;(4)降雨强度、降雨量、坡度都与产流量和产沙量呈极显著正相关关系,其中降雨量和降雨强度分别是产流量和产沙量最主要的影响因子,坡度对产流产沙量影响最小;(5)得出试验条件下土壤侵蚀量与降雨强度、坡度、时间的回归方程,经过验证,预测值和实测值相关性良好,说明该方程可用于试验条件下的土壤侵蚀量预测。     

湘中丘陵区典型小流域治理前期水土流失规律研究

通过对湘中丘陵区典型小流域———黄塘小流域治理前期的气象、实测水文资料的分析 ,研究了治理前期小流域内降水量年内分布对产流、产沙量的影响程度 ,降雨强度与产流量量、产沙量之间的关系 ,采用回归分析方法分析了治理前期两个试验区产流量与降雨量、产沙量与产流量之间的关系及其变化。结果表明 ,小流域径流量和土壤流失量随降雨量和降雨强度的增大而增加 ,治理前期产流量与降雨量、产沙量与径流量之间的关系为一元幂函数关系 ,且该关系受到植被覆盖度的影响 ,随着植被覆盖度的增加 ,产流量和产沙量逐年减少     

不同放牧制度草场产流产沙过程模拟试验

为研究不同降雨条件下不同放牧制度对水土流失的影响,通过在呼伦贝尔沙质草原不同放牧制度草场进行人工模拟降雨试验,得到产流及产沙过程的变化特征,同时测定土壤流失的主要成分,并对产流量及产沙量进行回归分析。结果表明:休牧、轮牧、自由放牧草场的产流率随降雨历时的增加而逐渐增大,并最后达到稳定状态,产沙过程与产流过程相反,3种放牧草场的径流总量及产沙总量均为自由放牧草场轮牧草场休牧草场,放牧制度及雨强与产流率、产沙量间存在显著的正效应。3种放牧草场的产流量与泥沙含量间存在二项式相关。在相同降雨强度下,休牧草场对水土流失的调控能力明显优于轮牧及自由放牧草场,但随降雨强度增加,但其调控优势随降雨强度的增加在逐渐变弱。放牧制度对土壤流失的质地产生显著影响,自由放牧草场粉粒及粘粒流失严重,容易出现土壤沙化现象。     

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。     

降雨因子对沂蒙山区不同土地利用方式径流小区产流产沙的影响

[目的]研究降雨量、降雨强度、降雨历时等降雨因子对沂蒙山区小流域不同土地利用方式径流小区产流产沙的影响,为该区水土流失防治、水土保持规划、生态建设等提供参考。[方法]对沂蒙山区不同土地利用方式径流小区(自然荒坡和荞麦、野生牧草和花生)两两对照并且进行连续3a的定位观测,对观测数据进行统计分析和显著性检验。[结果](1)降雨量与各径流小区产流量的相关性显著(p0.01),与荞麦小区和花生小区产沙量的相关性显著(p0.01),与自然荒坡小区和野生牧草小区的产沙量相关性较差。(2)平均降雨强度(I)与各径流小区的产流量和产沙量的相关性均不显著。10 min最大降雨强度(I10)和30min最大降雨强度(I30)与各径流小区产流量以及荞麦小区、花生小区的产沙量均具有较好的相关性,其中30min最大降雨强度(I30)的相关性最好。(3)降雨历时与荞麦径流小区的产流量和产沙量相关性显著(p0.01),与其他径流小区的产流量和产沙量虽皆呈正相关但相关性均不显著。[结论]降雨量(P),10min最大降雨强度(I10),尤其是30min最大降雨强度(I30),降雨历时等降雨因子在沂蒙山区坡面产流产沙过程中都起到了不同程度的作用,不同的土地利用方式也是影响坡面产流产沙的重要因子。     

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。     

淮北平原黄潮土多雨强变坡度产流产沙规律试验模拟

针对淮北平原黄潮土水土流失严重的问题,为揭示其产流产沙规律,利用五道沟水文实验站大型人工模拟降雨径流试验场,开展了40,60,80mm/h 3个雨强及5°,10°,15°3个坡度产流产沙规律试验模拟。结果表明:坡面初始产流时间随坡度、雨强的增大而缩短,雨强、坡度越大缩短越不明显;单位时间产流、产沙量随降雨时间变化的转折点在产流后6～15min,单位时间产流量随降雨时间变化表现为前期快速增加,中期缓慢增加,后期平稳,其中40,60mm/h雨强单位时间产流量随坡度增加而减小,80mm/h雨强随坡度的增加而增加;单位时间产沙量随雨强、坡度的增大而增大;不同坡度累计产沙量及产流量随降雨时间变化呈幂函数或线性函数关系(R20.99);坡度及雨强与坡面产流、产沙总量分别呈多元线性和多元幂函数关系。     

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。     

地形因子对陕北坡耕枣树地产流产沙的影响及模拟研究

通过人工模拟降雨,研究不同地形(不同坡度和坡长)条件下枣树坡地产流产沙规律,并采用WEPP模型对径流和产沙进行模拟。结果表明,当降雨强度一定时,水流的含沙量随着坡长的增加而增大,随着坡度(16°,21°,26°)的增加,在21°时产流产沙过程始终保持最低,而产流时间则随着坡度的增加而提前;当降雨强度逐渐增大时,径流量与坡长呈线性关系,产流时间则随坡长的增加而推后,产沙量与坡长则呈指数关系。不同坡度条件下,降雨强度大于1.15mm/min时,产流和产沙量均明显增加。WEPP模型对产流量和产沙量模拟的有效性ME分别为0.796和0.585,说明模型模拟结果合理,且产流量的模拟精度要高于产沙量的模拟精度。     

初始解冻深度对黄绵土坡面产流产沙的影响

春季解冻期土壤侵蚀受初始解冻深度影响较大,通过室内模拟降雨试验研究了降雨强度和初始解冻深度对解冻期黄绵土坡面降雨侵蚀的影响。试验处理包括3个降雨强度(0.6,0.9,1.2mm/min)和4个初始解冻深度(0,2,4,6cm)。结果表明:在不同的初始解冻深度下,雨强由0.6 mm/min增加到1.2 mm/min时,坡面产流量增加了2.79~3.63倍;相同降雨条件下,坡面产流量随着初始解冻深度的增加大致呈逐渐增加趋势;相同初始解冻深度下,雨强由0.6mm/min增加到1.2mm/min时,坡面产沙量增加了0.78~4.22倍;随着初始解冻深度的增加,不同降雨强度下的坡面产沙量变化规律较为复杂,但是当雨强和初始解冻深度均增加时,坡面产沙量增加,这表明降雨强度、初始解冻深度对坡面产沙量的影响存在交互作用。经分析后发现,坡面产流量主要受降雨强度的影响,而坡面产沙量主要受降雨强度、降雨强度—解冻深度交互作用的影响。根据试验数据,分别建立了坡面产流量与降雨强度的经验关系式以及坡面侵蚀量与降雨强度、降雨强度—解冻深度交互作用的经验关系式。该研究成果期望为完善土壤侵蚀机理研究提供一定的参考依据。     

不同下垫面径流小区次降雨侵蚀特征相关分析

在延安市燕沟流域试验区布设了裸地、荒草地和灌木地3个坡面径流小区,对次降雨雨量、历时、径流深、产沙量、入渗率等数据进行了定位观测,并运用SAS软件对不同下垫面径流小区次降雨的侵蚀特征等相关问题进行了分析研究。结果表明,无论降雨强度如何变化,3个小区的径流量、产沙量均呈依次降低趋势:灌木地<荒草地<裸地;而入渗率呈依次增大趋势:灌木地>荒草地>裸地。其径流量与降雨量之间存在着很好的相关关系;产沙量随降雨量的增大而增大,其中裸地产沙量增大最为显著;入渗率随着降雨量的增大有增加趋向,但雨强增大时,入渗率表现为降低趋势;产沙量与径流量存在较好的相关关系,相关系数最高达到0.928 4,荒草地小区产沙量与径流量的关系可用二次函数很好地描述。     

晋西黄土区不同植被覆盖小流域的产流输沙特性

为了进行不同植被覆盖小流域的产流输沙研究,以山西省吉县蔡家川流域内部嵌套的3个典型小流域为研究对象,采用对比分析的方法,探索降雨特性和植被覆盖条件对流域产流输沙的影响。结果表明:小流域产生的径流量和输沙量均随着降雨量的增大而增大,但并不成一定比例;小流域的径流量和输沙量也随降雨强度的增大而增大,泥沙量的增长幅度大于径流量;在黄土区,短历时的暴雨易产生严重水土流失,应该作为水土流失预防的重点;在不同植被覆盖条件下,以封禁植被为主的小流域产生的径流量和输沙量最小,人工植被为主的小流域次之,水平梯田为主的小流域最大;在封禁条件下自然恢复植被为主的小流域对黄土区典型暴雨的水土流失预防效果最佳。因此,如何在水土流失严重的黄土高原地区仿拟自然进行植被恢复,是有效控制水土流失的关键。     

不同尺度下冻融作用对东北黑土区产流产沙的影响

通过对东北黑土区坡面8年和小流域7年的降雨产流产沙过程观测,对比每年受冻融作用影响的降雨和其余不受冻融作用影响的降雨产流产沙的特征,研究冻融作用在坡面和小流域尺度上对东北黑土区产流产沙的影响,为东北黑土区在冻融作用下多尺度土壤侵蚀定量评价及其转换模型的建立提供科学依据。结果表明:冻融作用减小了坡面和小流域的产流,径流系数分别减小0.07和0.03,坡面产流延迟71.7%,而小流域无明显延迟。坡面和小流域土壤流失量、土壤可蚀性K值及含沙量均显著增加,更易在较小降雨侵蚀力下产生较大流失量;与不受冻融的降雨事件相比,受冻融影响的降雨事件因径流减弱,在相同降雨量下的侵蚀量低,而在相同径流深下的侵蚀量高。冻融作用在径流较小时对坡面细沟的发育及产沙影响明显,在径流较大时对小流域切沟中松散堆积物的搬运及产沙影响明显。     

土壤结皮对降雨入渗和产流产沙的影响

 依据250场次人工降雨和相应的径流、泥沙资料,采用对比法,分析结皮与无结皮土壤对降雨入渗和产流产沙的影响。结果表明,非结皮土壤的平均入渗率是结皮土壤的1.25倍,平均产沙总量为1.28倍,而结皮土壤的平均产流总量是非结皮土壤的1.15倍。因此,土壤结皮具有减缓降雨入渗、增大地表径流和抑制产沙的作用,且雨强愈小影响作用愈大,雨强愈大,影响作用愈小。     

山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征

为探究山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征,本研究选择裸地坡面径流小区为研究对象,利用小区观测法得到的降雨、径流以及泥沙等资料,通过频率分析法拟定研究区侵蚀性降雨标准,并运用数理统计方法从时间、降雨强度、降雨侵蚀力角度分析侵蚀性降雨分布特征.结果表明:1)该研究区侵蚀性降雨标准为降雨量17.3 mm;2)7月份侵蚀性降雨场次、降雨量、径流量和产沙量占侵蚀性降雨比例为42.31％、45.71％、85.78％和97.97％,其他月份侵蚀性降雨分布较少;3)大雨、暴雨以上侵蚀性降雨,高降雨强度型降雨场次分别占相应雨量等级比例为60％和100％,其产沙量所占比例分别为75.07％、100％;4)降雨侵蚀力＞1000MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨产沙量占侵蚀性降雨比例为95.26％,其径流深是≤1 000 MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨3倍以上.以上研究表明,研究区侵蚀性降雨标准为17.3 mm,其主要分布在中雨以上雨量等级,造成严重土壤侵蚀的侵蚀性降雨多为高降雨强度型降雨或降雨侵蚀力＞1 000 MJ·mm/(h.hm2)的降雨,且其多分布于7月份.本文结果有助于研究区小流域侵蚀性降雨规律分析以及土壤侵蚀规律研究.     

降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响

通过室内模拟降雨研究降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响.结果表明:整个降雨过程中,60mm/h的降雨强度下,产沙率变化相对平稳,90 mm/h和120 mm/h的降雨强度下,土壤产沙率的变化均因为有细沟而产生波动,120 mm/h的降雨强度下,细沟出现的时间较90 mm/h的降雨强度提前了5～20min;降雨强度的增加导致土壤总产沙量也显著增加,当降雨强度从90 mm/h增加到120 mm/h时,总产沙量的增加量是降雨强度从60 mm/h增加到90 mm/h时总产沙量增加量的0.83～2.82倍;随着降雨强度的增加,土壤的入渗率有减小的趋势.Kostiakov模型和Horton模型均可以很好模拟3种降雨强度下含砾石土壤的入渗过程,而在60 mm/h的降雨强度下,Horton模型优于Kostiakov模型,在90 mm/h和120mm/h的降雨强度下,Kostiakov模型优于Horton模型.     

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

基于VFSMOD模型的黄土坡面生草带产流产沙动态模拟

利用微型径流小区和人工降雨试验,探讨运用VFSMOD模型评估和预测引入不同草种生草带后黄土坡面产流产沙动态特征的可行性。通过土壤物理性质参数和生草带生长状态参数的差异,模型还原了黄土坡面引入白三叶生草带与百脉根生草带后产流产沙特征的差异及其随生长时期的变化,模拟效果可靠,纳什系数:0.93(径流系数),0.98(修正后产沙量);归一化均方根误差:6.2%(径流系数),10.9%(修正后产沙量)。当生草带在降雨集中期(如本研究中百脉根草带9月上旬)不能保证较好的生长状态和地表覆盖时,其坡面产沙量急剧增大,且明显大于VFSMOD模型模拟值。在实际生草带设计时,应避免该情况发生。综上,VFSMOD模型适用于引入生草带后黄土坡面产流、产沙量的模拟和预测。