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。     

模拟降雨下坡面草带分布对产流产沙过程的影响

为深入探讨坡面植被分布对产流产沙过程的影响,定量分析植被分布与坡面产流产沙的关系,通过人工降雨试验,在15°坡面条件下,对不同植被覆盖度（40%,60%）、不同降雨强度（30,60,90 mm/h）和不同植被分布位置（相对距离为0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0）条件下的坡面产流产沙进行观测,分析不同植被分布条件下的水土保持作用,提出了不同覆盖度下控制水土流失的植被优化配置。结果表明：（1）在一定坡度和降雨强度条件下,不同植被分布条件下坡面产流率和产沙率均表现为先迅速增加后趋于稳定的变化趋势;（2）坡面平均产流率和产沙率随着相对距离的增加表现出先减小后增大的趋势,植被相对距离为0.2的坡面的平均产流率在不同实验条件下均为最小;（3）通过随机森林算法发现,降雨强度和植被覆盖度对产流具有重要影响,降雨强度和植被相对距离对产沙具有重要影响;（4）当植被覆盖度为40%时,以减少径流和泥沙为主要目标的最优化植被相对位置分别为0~0.36,0~0.31;当植被覆盖度为60%时,以减少径流和泥沙为主要目标的最优化植被相对位置分别为0~0.43,0~0.22。表明坡面植被分布对产流产沙有重要的影响,在相同植被覆盖度条件下,草带的相对距离越小,对减少径流和泥沙的作用较好。研究成果可为生态恢复过程中植被的优化配置提供理论依据和数据支撑。     

坡面草被覆盖对侵蚀产沙影响的模拟试验

为了探究坡面植被及其布设位置对坡面侵蚀动力过程的影响,通过室内放水冲刷试验,分析了不同植被覆盖度(0,30%,50%,70%,90%)和不同坡面覆盖位置(坡上、坡中和坡下)下的坡面产沙及其水动力学参数的变化。结果表明:植被覆盖度、径流动能、径流流速、弗汝德数、阻力系数、糙率系数、剪切力等与坡面侵蚀产沙量密切相关。随覆盖度的增加,径流流速、径流剪切力、单位水流功率和径流动能逐渐降低,曼宁糙率系数和阻力系数逐渐增加,产沙量呈直线下降。当覆盖度从0增长到50%时,植被的减沙效益显著提高,当盖度增加到70%时,植被保持水土的作用不随覆盖度的增加显著提高,不同坡面覆盖位置下坡面侵蚀产沙表现为植被位于坡面中下部的产沙量小于植被位于坡面上部的,可用包含植被覆盖度、单位水流功率和径流动能等参数建立的联合公式模拟预测坡面侵蚀产沙量。研究结果可为阐明植被减沙的临界盖度和合理位置以及黄土高原水土流失治理和黄河流域高质量发展提供参考。     

北方土石山区坡面水土流失特征研究

[目的]揭示北方土石山区坡面水土流失规律，为山区土壤侵蚀防治和生态建设提供科学依据。[方法]利用1988—1991年坡面径流小区观测数据，运用统计和相关分析等方法，对不同下垫面条件下坡面水土流失特征进行了分析，并探讨了坡面径流深度、土壤侵蚀模数、土壤入渗率与有效降雨量、平均降雨强度、降雨历时、降雨等级的关系。[结果](1)在5°08′～24°08′坡度范围内，坡面径流深度随坡度增加逐渐减小，土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡度增加逐渐增大；(2)在2.18～33.19 m坡长范围内，坡面径流深度随坡长增加逐渐减小，土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡长增加呈现先增后减的变化趋势，存在临界坡长；(3)随着植被覆盖度增加，坡面径流深度、土壤侵蚀模数迅速减小，土壤入渗率逐渐增加；裸地的坡面径流深度和土壤侵蚀模数显著高于30%植被覆盖度坡面，但植被覆盖度由30%增加到60%,90%时，坡面水土流失过程的影响差异并不明显，说明在水土流失治理中存在临界植被覆盖度；(4)坡面径流深度、土壤侵蚀模数主要受到有效降雨量和平均降雨强度影响，且均呈显著正相关；而土壤入渗率主要受到平均降雨强度和降雨历时影响，与平均降雨强度...     

模拟降雨条件下崩积体坡面产流产沙特征及其响应关系

[目的]研究崩积体坡面产流产沙特征及其响应关系,为崩岗治理提供理论基础与科学依据。[方法]通过室内模拟降雨试验,探讨不同覆盖度(0%,25%,50%,75%,100%)和坡度(25°,30°,35°)组合坡面在90mm/h雨强条件下的产流产沙时空特征及其响应关系。[结果]不同覆盖度和坡度条件下,坡面产流时间的变化范围在33~292s;同一坡度条件下,坡面产流时间与覆盖度呈线性正相关关系;同一覆盖度条件下,坡面产流时间与坡度呈幂函数关系。通过双因素方差分析可知,坡度对径流量的影响达到极显著水平,覆盖度对产沙量的影响达到显著水平。当坡度为25°时,坡面产沙总量的临界覆盖度为50%;当坡度为30°时,坡面产沙总量的临界覆盖度为75%;当坡度为35°时,坡面径流量的临界覆盖度为50%。[结论]针对不同坡度崩积体坡面,可以选择合适的秸秆覆盖度以达到较好的水土保持效果。     

不同植被盖度对三峡库区边坡减蚀的室内模拟降雨研究

为探究气候和植被覆盖度变化对三峡库区消落带库岸边坡的影响,通过开展人工模拟降雨试验,分析不同雨强和植被覆盖度(0,30%,50%,70%,90%)下坡面侵蚀规律及变化特征。结果表明：(1)在不同雨强下,植被边坡侵蚀累计产沙量均随植被覆盖度的增加呈现下降趋势,整体下降演变的趋势可分为迅猛—平缓—稳定3个阶段,三峡库区消落带库岸边坡的临界盖度为50%～70%,维持植被覆盖度在此区间可以有效抑制坡面的泥沙损失。(2)同一植被覆盖度条件下地表径流相对系数与雨强呈正相关。同一雨强条件下地表径流相对系数与植被覆盖度呈负相关,说明坡面植被可以有效地阻滞地表径流,对水土流失具有一定的抑制作用。(3)选用Horton降雨入渗模型分析不同植被覆盖度对降雨入渗速率影响,发现不同植被覆盖下边坡降雨入渗大体分为降雨初期迅速减小,中期减小幅度变缓,后期逐渐趋于稳定3个阶段。植被覆盖度越大,稳定入渗率越高。研究成果可为三峡库区库岸边坡水土流失治理与推动长江生态环境保护修复提供理论参考。     

室内模拟降雨条件下径流侵蚀产沙试验研究

降雨及其产生的径流是引起黄土高原土壤侵蚀的主要动力,开展黄土区降雨产流产沙过程研究可为土壤侵蚀过程模型研发奠定基础,为水土保持与生态建设提供重要科学依据。利用室内模拟降雨试验,研究了不同植被格局条件下的坡面侵蚀产沙、径流、入渗规律及相关关系。研究结果表明,裸坡坡面下,雨强是影响径流的主要因素,径流贡献率为87%;坡度是影响产沙的主要因素,产沙贡献率为76%;在大雨强或陡坡条件下,这种趋势更加明显。模拟降雨条件下,坡面含水量以坡面中下部最大,坡面中部居中,坡面上部最小。坡面植被覆盖对侵蚀产沙的影响大于坡度因素的影响;相同覆盖度条件下,植被空间位置对水沙调控作用大小顺序依次为:坡底>坡中>坡顶。随植被覆盖率的增加,径流总量呈幂函数减小趋势,产沙总量和径流含沙量呈指数函数减小趋势,植被对水沙调控作用逐渐增强。本文研究成果对于深入理解流域径流产流产沙过程具有重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持。     

植被对含碎石土壤坡面产流产沙的影响

在建立的径流小区内铺设三峡地区含碎石土壤,并配置不同种类和不同覆盖度的植被,通过人工降雨试验方法,研究了植被对含碎石土壤坡面产流产沙的影响。结果表明:产流量及产沙量均为裸坡灌木坡面草本坡面草灌混合坡面;80%覆盖度的灌木坡面产沙量小于覆盖度为60%的坡面,而产流量正好相反;60%覆盖度的草本坡面的减沙效益已经相当于80%的覆盖度;累计产流量和累计产沙量均随降雨历时的增加呈线性变化;当灌木覆盖度从80%降至60%时,含沙量有显著的升高,但当草本覆盖度从80%降至60%时,2个覆盖度对应含沙量差异很小,且含沙量都很低。     

黄土坡面不同植被覆盖度下产流产沙与养分流失规律

植被与降水是决定坡面产流产沙及养分流失的主要因素,为探求植被覆盖度对土壤侵蚀和养分流失的影响,采用野外黄土坡面放水冲刷试验,在30L/min冲刷流量条件下,对不同苜蓿覆盖度下黄土坡面的径流量、产沙量和养分流失量进行研究。结果表明:当植被覆盖度分别为0%,33.5%,43.2%和68.8%时,坡面径流量分别为693.35,362.51,324.65,266.64L;产沙量分别为16.3,5.9,0.16,0.091kg;溴离子流失量分别为5 852.07,1 274.51,397.29,178.56mg。利用幂函数对径流溶质浓度变化过程进行拟合,结果显示幂函数可以很好地反映田间坡面溶质随地表径流变化过程,为进一步描述径流溶质变化过程的数学模型提供指导。平均坡面糙率能够反映土壤侵蚀量的变化。植被覆盖度增加使得平均坡面糙率增大,从而减小了土壤侵蚀量和养分流失量。     

紫色土坡面植被覆盖度对水土流失影响研究

植被是防止地面水土流失的积极因素,但在三峡库区紫色土关于植被对水土流失的影响还相对比较薄弱。本研究通过人工模拟降雨试验,分析不同草地覆盖度对紫色土坡地径流产沙的影响,定量研究不同草地覆盖度的减水减沙效益。结果表明:流量随草地植被覆盖度的增加而减小,小雨强时表现特别显著。特别是当植被覆盖度 > 60%后,径流量明显低于裸地及20%,40%植被覆盖度;植被覆盖度越高,植被降低径流含沙率的作用也就越明显,径流含沙量就越低;与草地的减沙功能相比,其削减径流作用明显弱于减沙效应,且盖度对坡面的减水特征值影响不太明显;植被覆盖的减流减沙效益在中小雨强时随雨强的增加而增加,在大雨强时,其减流减沙效益反而降低。     

红壤坡地水土保持措施减流减沙效果研究

根据多年定点观测数据,定量分析了不同水土保持措施的减流减沙效果及差异。地面植被尤其是近地表植被的覆盖有着极其显著的减流减沙作用,只有当不同层次的植被优化配置时,才能达到最佳的减流减沙效果;等高横坡间作的减流减沙作用较顺坡间作更为明显;梯田的减流减沙效果明显,梯壁植草效果更好。     

次生马尾松林下植被恢复措施的水土保持效益

通过采集江西省赣县花岗岩区次生马尾松纯林地不同植被恢复措施坡面径流小区2010—2011年的降雨产流产沙资料,分析不同模式的水土保持功能及其植被恢复的水土保持效益。结果表明:1)次生马尾松稀疏纯林地水土流失严重,年产流系数为0.50～0.60,侵蚀模数在2 700～6 000 t/(km2.a)之间。2)植被恢复可以降低林地土壤侵蚀强度,但植被恢复的水土保持效益与林冠结构和地表覆盖度密切相关,当形成乔草或乔灌复合层时,可以起到50%～60%的年蓄水效益和65%～70%的年固土效益。3)植被恢复的水土保持效益亦受植被和降雨类型的影响,百喜草蓄水效益随降雨量先增后减,暴雨是蓄水效益变化的转折点,而胡枝子蓄水效益变化规律不一;植被恢复措施固土效益随降雨量的增加而降低,特别是在大暴雨情景时急剧下降。     

典型水土保持措施对红壤坡地柑橘园水土保持效益的影响

为研究红壤坡地果园不同水土保持措施的水土保持综合效益,该研究采用野外标准径流小区试验方法,通过对江西水土保持生态科技园柑橘园小区长期定位观测,分析了植物措施、耕作措施、工程+植物措施和工程措施等4种不同水土保持措施的径流、泥沙、养分流失情况以及对土壤理化性质的影响。结果表明:1)各项水土保持措施的年均减流效益依次为,工程措施耕作措施工程+植物措施植物措施;减沙效益依次为,工程措施耕作措施植物措施工程+植物措施。植物措施减流效益最佳,为71.43%;工程+植物措施减沙效益表现最优,为95.88%。减氮效益为工程措施工程+植物措施耕作措施植物措施。减磷效益趋势与减沙效益一致。植物措施减氮效益最佳,为19.84%;工程+植物措施减磷效益最佳为68.94%。2)各项水土保持措施土壤理化指标,田间持水量依次为:工程措施工程+植物措施植物措施耕作措施。其中耕作措施田间持水量提高幅度最大,为14.60%;植物措施其次,提高7.19%。土壤含水率依次为,耕作措施工程+植物措施工程措施植物措施。其中植物措施土壤含水率提高幅度最大,为18.94%。土壤≥0.5mm水稳性团聚体(WSA,water-stable aggregates)质量分数值依次为,工程措施工程+植物措施耕作措施植物措施。其中植物措施WSA值提高幅度最大,为4.42%。土壤养分综合趋势与WSA值一致。土壤养分以植物措施中的百喜草全园覆盖提高最大,有机质、全氮和全磷分别增加34.53%,78.26%,12.24%。由此可知,植物措施稳定后,在减流减沙、减少养分流失及土壤改良等水土保持综合效益方面表现最优。该研究可为南方红壤丘陵区果园开发选择适合的水土保持治理措施,以及提高果园土壤质量、解决水土流失与环境问题提供参考。     

红壤侵蚀退化坡面植被恢复过程中的水土保持效益演变

为探究花岗岩红壤侵蚀退化坡面植草措施实施中植被在不同生长阶段水土保持效益的演变规律，设置条带型（D1）、随机型（D2）、斑块型（D3）3种不同植草格局坡面，并以侵蚀退化裸地坡面（CK）作为对照开展试验，在天然降雨条件下监测整个植被生长过程中的坡面土壤侵蚀变化特征。结果表明：（1）植被的生长可显著提升坡面的水土保持能力，随着植被生长阶段的推进，坡面的产流产沙量明显下降，减流效益达20.74%~79.03%，减沙效益达97.42%~99.40%，但在不同降雨类型下，随着植被生长，坡面减流减沙效益表现出的递增变化规律具有差异。（2）植被生长能逐渐削弱降雨因素对坡面产沙的影响，使得坡面减沙率在不同雨型间的差异逐渐减小，最终稳定在一个较高水平，不同雨型间坡面减流率的差异在植被生长各时期皆较大。减流率、减沙率与植被生长时间二者之间存在对数函数关系，相关系数分别大于0.491和0.792。植被生长指标（分蘖数、盖度、株高）与坡面产流产沙量之间呈显著或极显著负相关关系。（3）从整个植被生长过程来看，3种植草格局的水土保持效益大小表现为D1>D3>D2，在植被生长的前期以及前中期，高植株密度的分布格局强于低植株密度分布格局，后期各格局差异较小。研究结果为南方红壤水土流失区严重侵蚀退化地植被恢复提供科学依据及技术支撑。     

南水北调中线水源区(陕南段)水土保持效益分析

依据2007—2010年的统计与调查资料,在对典型流域进行调查的基础上,采用有无水土保持项目对比法,对南水北调中线水源区陕南安康、商洛、汉中三市水土保持措施及其效益进行了分析。结果表明:治理后与治理前相比,各地类拦蓄径流量、保土效益明显增加,植被覆盖度增加,生态环境改善,当地居民生活水平也随之提高。不同措施对拦蓄径流的作用顺序依次为:封育措施>水土保持林草措施>坡面整治措施>能源替代措施>保土耕作措施;不同措施对保土效益的作用顺序依次为:水土保持林草措施>封育措施>坡面整治措施>能源替代措施>沟道防护措施>保土耕作措施。研究结果可为类似水源区的水土保持综合治理工作提供借鉴。     

密云水库周边板栗林下不同水土保持措施效益评价

为探究密云水库周边板栗林下的土壤侵蚀规律以及适合于当地板栗林下的水土保持措施,选取发生于2021年8月的10次降雨事件作为研究样本,通过对比不同水土保持措施配置下产流产沙对降雨因子的响应,采用径流小区法对不同水保措施配置模式的水土保持效益进行了评价,进而筛选出水土保持效果更好的水土保持措施。结果表明:(1)在仅布设植被措施的条件下,减轻地表径流及泥沙运移作用最大的植被类型为卷柏,其次为自然坡面。(2)在同时布设植被措施与工程措施的条件下,工程措施相同、植被措施不同时,自然坡面减流减沙效果最好。工程措施不同、植被措施相同时,减流效果最好的为鱼鳞坑。(3)马齿苋+鱼鳞坑、自然坡面+鱼鳞坑的水土保持效益最佳。(4)对产流产沙量影响最大的因子为降雨量,其与径流量、泥沙量的相关系数分别为0.533,0.557(p<0.01)。由此可知,进行密云水库板栗林水土保持工作时,可优先种植卷柏、布设鱼鳞坑,或布设马齿苋+鱼鳞坑、自然坡面+鱼鳞坑等水土保持措施。     

闽北锥栗林经营过程中的水土流失防治效果研究

采用侵蚀针与径流小区定位观测相结合的方法,比较黑色薄膜覆盖与绿肥覆盖、割草覆盖、生物篱、施用除草剂等传统经济林水土流失治理措施的水土保持效果,探讨在锥栗林中黑色薄膜覆盖防治水土流失的可行性。结果表明:不同处理的水土及养分流失量总体上均显著小于对照。其中,绿肥覆盖与施用百草枯2种处理的液体径流量在试验期间均低于其他3种处理措施。由于覆膜减少了降雨的入渗量,与其他处理相比,黑色薄膜覆盖的液体径流量较大,其固体流失量则在不同月份均最低,施用百草枯处理的固体流失量也显著小于其他传统处理。通过对不同处理的坡面侵蚀空间分异特征进一步分析得出,与对照相比,绿肥覆盖、生物篱、施用百草枯3种处理的坡面净侵蚀现象随着处理时间的延长而逐渐减少,而黑色薄膜覆盖与割草覆盖处理的坡面净沉积作用明显。因黑色薄膜覆盖可实现"肥与水隔离",大量的液体流失并未造成过多的养分损失,仅5—6月的液体全P、全K和铵态N大于对照,7—10月,液体养分流失量也显著小于对照,且黑色薄膜覆盖在试验期间固体养分流失量总体上均显著小于其他处理。此外,黑色薄膜覆盖大大缩短了果实捡拾时间,降低了人工成本。黑色薄膜覆盖措施在减轻坡面土壤侵蚀、减少土壤养分流失方面效果显著,相对其他措施在锥栗林的水土保持方面具有优势,但较强的膜上径流具有加剧侵蚀的倾向,限制其实际应用。可结合设置覆膜比例,采用有孔薄膜、坡面微工程等减少液体径流,以达到薄膜覆盖的最佳效果。     

甘肃省长江流域水土保持综合治理效益分析

[目的]揭示甘肃省长江流域调水保土效益、经济效益和生态效益,为实现水土流失区社会经济的可持续发展提供依据。[方法]运用甘肃省长江流域水土保持综合治理评价体系以及水土保持综合治理效益计算方法(GB/T15774-2008)计算分析了甘肃省长江河流域水土保持综合治理效益。[结果]甘肃省长江流域各措施累计调水2.01×1010 m3,其中坡面措施减水2.01×1010 m3,占总调水量的99.99%,累计保土3.59×108 t,其中坡面措施减蚀2.96×108 t,占总保土效益的82.45%;梯田、水保林、经济林、人工种草经济效益分别为58.08,180.02,29.69和15.20亿元,合计279.99亿元。[结论]通过水土保持措施对降雨径流的拦蓄,有效缓解了甘肃长江流域以及各类型区干旱、洪涝灾害及下游防洪压力,减轻了下游河道的泥沙淤积,同时改善了土壤肥力,增强土壤抗侵蚀能力。植被覆盖度由1980年的1.47%增长到2011年的29.83%,增长了28.36%,植被覆盖度增长幅度较大。     

南方红壤区不同植被措施坡面的水土流失特征

植被是南方红壤区水土流失治理的主要措施,为了研究不同的植被措施对坡面产流产沙的影响,以及对坡面侵蚀的抑制效果,在福建省长汀县选择乔灌草、灌草、草本、农作物、乔灌、封山育林、经济林等各植被措施下的标准径流小区,通过观测各种植被措施坡面的产流产沙情况,分析比较各小区的水土流失特征。结果表明植被能较好地调控坡面地表径流和土壤侵蚀。不同植被措施下坡面产流产沙分异规律明显,相对裸地,盖度高的乔灌草、灌草、草本等措施的水土流失量最小,水土保持效果最为明显。在不同的降雨量条件下,不同植被措施的坡面水土流失情况也表现出显著的差异。因此,在未来南方红壤植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种植被治理措施的逐步实施,对改善当地的生态环境和水土流失的防治具有重要的意义。