贵州省典型喀斯特地区地表水系结构特征研究

喀斯特地区地质、地形、地貌的特殊性,导致发育形成的流域水系具有自己的典型特点。为了探讨喀斯特地区地表水系特征,以贵州省息烽县典型喀斯特地区作为研究对象,运用GIS技术与地貌侵蚀循环理论,研究了贵州喀斯特地区的地表水系结构特征。研究结果表明:从水系形态上看,该地区在负地形部位发育了相当数量的星状水系;从整个水系网的特征上看,该区发育的地表水系中低级水道数目较高级水道多,且水道平均长度较短,有大量低级地表水系向下发展汇入地下水系,其中一至四级水道均有部分水道汇入地下,形成地下水系。     

川南叙大铁路沿线岩溶区伏流、暗河对比分析

伏流与暗河均属地下暗流,是两种极为相似的现代地貌。虽然二者最终都以地下河出口的形式排泄出露,但实为不同的岩溶水文地质现象。伏流是地表水在岩溶地区的管道状潜伏段,而暗河是具有河流主要特征的岩溶水地下管道。通常在生产生活中并未严格界定,且已有研究大多也只对其概念进行了区分,二者的各项属性有何差异却鲜有提及。该文详细分析了川南古叙岩溶区14条伏流,24条暗河各要素,包括:出口出露高程、发育层位、构造、所属水系、水化学和空间展布。通过对各因子的统计后发现,伏流和暗河之间存在较大差异性,且主要体现在出口出露高程、所属构造、水系、水化学和空间展布5个方面,并在统计结果的基础上分析各差异性产生的原因。这对于维持区内生态环境平衡,合理开发、利用地下河系,展开专水专用等具有重要意义。     

岩层倾向对喀斯特槽谷区地表/地下产流过程的影响

喀斯特槽谷区在降雨过程中极易发生水土流失,这使得该区生态环境被破坏。以喀斯特槽谷区为研究对象,通过室内模拟其典型顺/逆层坡面特征及地下孔裂隙发育程度,利用人工降雨试验研究不同雨强条件下地表地下产流特征,从而揭示喀斯特槽谷区地表地下产流机制。结果表明:(1)喀斯特槽谷区地表地下产流受雨强影响,小雨强(30 mm/h)条件下地下产流量大于地表产流量,中雨强(60 mm/h)条件下地表产流量增大且裸坡条件下地表产流量大于地下产流量,大雨强(90 mm/h)条件下裸坡与顺层坡的地表产流量均大于地下产流量。(2)地下孔裂隙发育程度对地表地下产流量的分配比例产生影响,地下孔裂隙度越大则地下产流量越多,且2%～3%的地下孔裂隙度时地表地下产流量分配比例发生转变。(3)不同岩层倾向条件下,地表产流量及其分配比例最高为裸坡,最低为逆层坡,地下产流量及其分配比例最高为逆层坡,最低为裸坡。(4)不同岩层倾角条件下,顺层坡地表产流量最高为30°,最低为90°,地下产流量则相反;逆层坡地表产流量最高为90°,最低为60°,地下产流量最高为60°,最低为90°。研究结果可为喀斯特槽谷区地表及地下产流机制的进一步认识提供科学依据。     

1960-2017年贵州省不同水系降雨侵蚀力时空变异特征

[目的] 研究喀斯特生态脆弱区降雨侵蚀力区域特征,为区内水土流失防治、生态保护等工作提供科学参考。[方法] 基于贵州省33个气象站点1960-2017年逐日降雨资料,利用空间插值、线性趋势、重心模型、突变检验、聚类分析等方法,对比分析了不同水系降雨侵蚀力时空变异特征。[结果] 贵州省不同水系多年降雨侵蚀力以波动下降趋势为主,与基于聚类分区的各区域变化趋势基本一致,但突变特征不明显。降雨侵蚀力空间变异性较大,长江流域水系空间分布呈现出从东南向西北递减特征,而珠江流域水系则表现为从东向西递增。大雨与降雨侵蚀力分布密切关联,年内降雨侵蚀力重心迁移路径与大雨重心较为一致,主要集中在贵阳市及其周边县区。降雨侵蚀力与经度、纬度、海拔和坡度均呈不同程度的显著相关性（p<0.05）,与坡向的相关性不明显。[结论] 贵州省各水系降雨侵蚀力时空变异性较强,区域特征明显。应根据区域特征进行喀斯特生态脆弱区水土流失定向阻控。     

长江流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式及综合效益探讨

以三峡库区、川中丘陵区、云贵高原区、横断山区、秦巴山区为重点区域,通过对坡改梯工程的结构、功能、造价等指标进行对比分析,评估各小流域"坡式梯田+坡面水系"治理模式的水土保持效益,结果显示:坡式梯田具有截短坡长、减缓坡度、动土量少、提高治理速度、节约工程投资等特点,能有效控制坡面水土流失,并且增产作用明显;坡式梯田离不开池、渠、凼配套和蓄、排、灌结合的坡面水系措施,合理布设坡面水系是发挥梯田蓄水保土效益的重要保证。因此,"坡式梯田+水系配套"治理模式是适合长江上游陡坡耕地治理的有效模式。     

深圳市城市水土流失与城市防洪探讨

在大量调查研究的基础上，结合深圳市的水系特征，分析了现有城市水土流失特点，根据不同保护区域，确定相应的城市防洪标准，并提出了深圳市主要河流水系统的整治对策及其管理措施。     

潜江市土壤养分空间分布及其水系对它的影响

结合地统计与GIS技术研究潜江市土壤养分的空间分布特征及其影响因素,结果表明:潜江市土壤养分呈西高东低的格局,按照全国第2次土壤普查的土壤养分分级标准评估,发现潜江市有机质低于20 g kg-1的土壤占21.4%,碱解氮低于90 mg kg-1的土壤占24.9%,有效磷低于10 mg kg-1土壤占18.5%,速效钾低于100 mg kg-1的土壤占0.3%。其余部分土壤处于中等丰富状况,其中速效钾大于100 mg kg-1的土壤占到99.7%,说明潜江市不缺速效钾。定量分析水系密集区和水系稀疏区土壤养分含量,发现水系密集区土壤养分平均含量高于水系稀疏区土壤养分平均含量,有机质高1.36 g kg-1、碱解氮高10.13 mg kg-1、有效磷高0.32 mg kg-1、速效钾6.62 mg kg-1。方差分析发现,水系密集区和水系稀疏区土壤养分含量存在显著差异,说明水系对土壤养分的空间分布具有重要影响,对解释水系密集区土壤养分沿水系成带状分布具有重要价值。     

石漠化地区水土地下漏失治理

岩溶区的水土流失具有特殊性,地上与地下流失并存,而且水土的地下漏失常被忽视。本文从自然因素和人为影响两个方面简述了石漠化产生的原因。在此基础上,重点分析了石漠化地区水土地下漏失的危害、水土地下漏失的作用机制,并通过综述土壤地下漏失研究方法,提出了石漠化地区水土地下漏失防治措施建议。研究旨为岩溶石漠化水、土地下侵蚀控制提供依据和参考。     

基于M-DEM的黄土人工锄耕坡面水系分维特征研究

该文旨在微观尺度上对地表微地形水系形成过程及其几何分形特征进行研究与分析,为研究坡面流水侵蚀过程及其防治提供科学依据。通过构建90mm/h雨强、15°坡度下不同水蚀阶段(雨前—溅蚀—片蚀—细沟侵蚀)黄土人工锄耕坡面微地形数字高程模型,设置不同集水面积阈值提取微地形水系,并基于格网法计算相应的水系分维值。结果表明:(1)分形理论用于研究微地形水系及其形成过程具有可行性;(2)降雨前、溅蚀、片蚀和细沟侵蚀阶段的最适集水面积阈值分别为15,20,25,30cm2,对应的最佳分维值分别为1.067,1.088,1.068,1.079;(3)人工锄耕坡面在各侵蚀阶段均处于侵蚀发育的幼年期。该研究不仅为微观层面研究黄土耕作坡面水系分维提供方法指导,也可为进一步揭示土壤侵蚀机理提供数据支持。     

岩溶区典型根系地下生境的土壤质量分析

选择岩溶区三种不同的典型根系地下生境类型土壤为研究对象(类型Ⅵ——白云岩水平产状多层空间类型、类型Ⅸ——白云岩倾斜产状多层空间类型及类型Ⅺ——白云岩直立产状多层空间类型),根据不同类型的土壤物理、化学及生物学指标,计算土壤肥力的综合指标值,对其土壤质量进行综合分析评价。结果表明:(1)不同植物根系地下生境类型和不同空间土壤层次的土壤指标值差异极显著;(2)不同类型的土壤质量存在差异,且具有明显的层次性,土壤质量表现为白云岩倾斜产状多层空间类型最好,且三种类型的土壤质量均呈现出随土壤深度的增加而逐渐降低的趋势。该文揭示了根系地下生境的土壤质量差异,这为岩溶石漠化区的植被恢复技术研究和治理均有积极的作用。     

考虑地下水位影响的现浇混凝土梯形渠道冻胀破坏力学分析

地下水的补给与迁移是高地下水位渠道的冻胀破坏的主要影响因素。该文提出了一种考虑地下水位影响的梯形渠道衬砌冻胀力分布计算方法,推导出地下水位影响的渠道基土冻胀强度和冻结深度分布的计算公式,并得到现浇混凝土衬砌的截面最大弯矩和最易破坏截面位置的解析表达式。从整体与局部2个方面定量分析梯形渠道衬砌冻胀力分布的不均匀性,为渠道的抗冻性能评价和断面优化提供了定量指标,结果表明:渠深越浅,坡板倾角越小,冻胀力分布越均匀,越不易发生破坏,揭示了宽浅式梯形渠道抗冻性能良好的原因。以塔里木灌区某梯形渠道为原型,对不同地下水埋深的渠道冻胀特征和受力进行了分析,并与观测资料进行了对比,其中基土冻深的计算值与观测值之间的最大相对误差为3.5%,估算最大弯矩所在截面的位置为距离坡顶63.9%坡板长处,与灌区实地调查结果基本相符,表明了方法的实用性和合理性。最后,对高地下水位梯形渠道的冻害机理进行了分析,该研究可为高地下水位现浇混凝土梯形渠道衬砌的抗冻设计和相关研究提供参考。     

黄土区坡地和坝地土壤电阻率分布特征及应用

土壤水分的准确高效测定是土壤水文学研究的重要基础,以土壤电学性质为基础的电阻率成像法(ERT)为土壤水分信息获取提供了新的技术手段.为探究E RT在黄土区土壤水文过程研究中的可行性,利用高密度电法仪测定了陕北六道沟小流域典型坡地和坝地剖面土壤电阻率(ρ),分析了不同土地利用方式下ρ二维分布特征,探讨了E RT在黄土区土...     

基于斜坡发育指标的旺苍县滑坡危险性评价

四川省旺苍县是滑坡的频发区。由于特殊的地质条件与地形地貌特征,该区的滑坡呈现特殊的演变规律,传统的评价方法很难精确地获取该区滑坡的危险性分析结果,研究以该区的地层岩性、地层构造、接触面倾角、地下水类型、坡高、坡度、坡形、斜坡类型以及碎石含量9个斜坡发育指标作为评价因子,通过引入评价因子的特征函数表征各因子对滑坡的影响模式,建立基于斜坡发育指标的滑坡危险性评价模型,评价结果能够比较精确地反映旺苍县的滑坡危险性分布特征,对于该区的滑坡防治工作具有一定的实际意义。     

Influence of slope and exposition on water balance of loess soils

Laboratory and field measurements as well as deterministic simulation models were used to determine the water components of loess derived soils with different expositions and slopes in the hilly region South of Hannover, Germany. Studies were investigated from 1987-1990 on three positions of a loess slope with 8 % inclination, 200 m length and northern exposition. Crop rotation was sugar beet, winter wheat, sugar beet. Results show that the soil water budget is strongly related to slope position, relief and plant available water in the rootzone. It was found that drainage at the bottom of a slope is often higher than on top of the slope. On slopes with northern exposition groundwater recharge increases with inclination whereas actual evapotranspiration decreases. For slopes with southern exposition the opposite reaction can be expected. The thickness of loess deposits and the root depth determine the plant available water; a sensitivity study demonstrates how groundwater recharge decreases with the amount of plant available water. This reaction is independent of the exposition of the slope. Field and simulation studies show that runoff occurs under sugar beet whenever soil is bare or sparsely covered, rainfall intensity is high and topsoil is sealed. Moreover, in loess derived soils interflow may occur on sites with stagnic horizons. Sensitivity analyses show that this process probably takes place whenever saturated hydraulic conductivity of this horizon is less than 10cm/d.     

考虑基土不均匀冻胀的梯形渠道混凝土衬砌弹性地基梁力学模型

为了探究寒区高地下水位引起渠道基土不均匀冻胀对梯形渠道混凝土衬砌冻胀的影响作用，该研究在前期提出的弹性地基梁模型基础上，将基土不均匀冻胀对边坡衬砌板的作用等效为作用在衬砌板上的荷载，给出在边坡衬砌板在基土发生不均匀冻胀的情况下其冻胀量，冻胀反力，弯矩和剪力的计算方法。以甘肃省高液限土壤，地下水位5 m地区的边坡系数为1的渠道为例，探究不同边坡衬砌板长度和不均匀冻胀基土之间的相互作用。结果表明，边坡衬砌板长度每增加1 m，冻胀反力最大值增大142%，弯矩最大值平均增大223%。同时，弯矩最大值点会从原来的距坡脚1/3左右处向坡脚偏移。因此，在寒区的高水位地区进行渠道设计的过程中，建议尽可能设计为宽浅式横断面，以减少由地下水引起的基土不均匀冻胀对渠道衬砌板的影响。同时，以边坡衬砌板长度为4 m为例，探究了基土均匀冻胀和不均匀冻胀对边坡衬砌板影响的差异，得出基土不均匀冻胀的冻胀反力最大值和弯矩最大值，分别比基土均匀冻胀大264%和170%。因此，在寒区高水位地区进行渠道抗冻胀衬砌设计时，宜按基土非均匀冻胀弹性地基梁模型计算。     

梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基板模型

为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,采用 Winkler弹性地基板理论建立了考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌板几何参数的影响规律进行了分析。通过与已有现场观测值和计算值进行对比,验证了弹性地基板理论计算结果的正确性。研究结果表明：坡板在非均匀分布的冻胀力作用下,挠度、弯矩和剪力也表现为非均匀分布,挠度最大值在坡顶距坡脚2/3处,弯矩最大值靠近底板位置,拉应力分布与内力分布规律一致,与已有研究结果吻合。与梁理论相比,板理论计算结果表明衬砌板的挠度和内力沿板宽方向为非均匀分布,挠度和弯矩在自由边界（纵向伸缩缝）处增大,扭矩主要分布在衬砌板的拐角处。切向冻结力对渠道冻胀影响较小,在原渠道工况下,不考虑切向冻结力与考虑最大切向冻结力之间,最大挠度相差0.7 mm。针对不同地下水位的渠道,给出了衬砌板的安全厚度,可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。     

漓江水陆交错带不同立地类型草本植物根系特征

在漓江流域水陆交错带选取缓坡、陡坡、江心洲、人工岸坡4种典型立地类型,对主要优势草本植物的根长、根表面积、根系生物量、地上生物量、根冠比等指标进行了调查和比较研究。结果表明:(1)同一立地类型不同优势草本植物根系生物量、地上生物量、根冠比差异性均显著。各立地类型不同优势草本植物根长、根表面积均存在一定的差异性,其中不同优势草本植物根长度和表面积在陡坡和人工岸坡立地类型均存在显著性差异(p<0.05);根表面积在江心洲立地类型存在显著性差异(p<0.05)。(2)水蓼(Polygonum hydropiper)、小蓬草(Conyza canadensis)最适合生长的立地类型是缓坡类型;白背黄花稔(Sida rhombifolia L.)、土牛膝(Achyranthes bidentata Bl.)最适合生长的立地类型是陡坡类型;紫菀(Aster tatarian)、艾草(Artemisia argyi)最适合生长的立地类型是江心洲类型;葎草(Humulus scandens Merr.)最适合生长的立地类型是人工岸坡类型。     

水库防渗措施及坝后排水沟距离对周边农田地下水埋深的影响

干旱区平原水库渗漏对下游农田土壤的水盐动态变化影响较大,易造成土壤的次生盐渍化和沼泽化。水库常采用"上防下排"措施来降低坝后农田地下水埋深,但排水沟参数如何选择,与坝基防渗体如何联合使用,治理效果如何等都值得深入研究。该文基于非饱和土体渗流理论,以恰拉水库周边农田为研究对象,针对"上防下排"措施进行数值模拟,分析恰拉水库采用水平铺盖、悬挂式防渗墙或无防渗措施时,坝后农田地下水埋深与坝后排水沟位置及深度的关系,并针对下游坝坡稳定及坝后积水进行分析,并通过田间试验进行验证。研究表明:在不同的渗流控制方案下,农田地下水埋深均以排水沟中轴线为对称轴呈现"漏斗形"降落趋势,排水沟前地下水埋深逐渐增大,排水沟后的地下水位有一小幅度的减小,因此,"上防下排措施"从"源头"处减小渗水进入坝后农田,增大农田地下水埋深。3种方案对比显示,不同"上防下排"渗流控制方案在遏制水库渗漏和减小坝后农田地下水的效果不同。悬挂式防渗墙和无防渗体工况不能有效减小水库的渗漏量,联合排水沟使用效果较差。22倍水头的水平铺盖在渗流控制方面优于悬挂式防渗墙和无防渗体时的工况,联合坝后排水沟及时排水后,可有效的将地下水埋深控制在2.72 m左右,大于当地的地下水临界水位2.45,有效遏制坝后土壤的盐渍化趋势。排水沟设置的位置和深度对大坝稳定存在一定影响,计算实际工况(22倍水平铺盖)时下游坝坡抗滑安全系数为1.358,大于下游坝坡最小抗滑安全系数1.242,下游坝坡处于安全状态。排水沟设置后,坝趾至沟间的积水长度是产生坝后沼泽化的主要原因。计算和实测实际情况下的积水长度为0.27 m,沼泽化面积较小。此外,计算还发现避免农田沼泽化对应的排水沟最小深度为5.18 m,实际工程中排水沟深度为6 m,可见当前的防渗形式以及排水沟至坝趾的距离及深度是合理的。库水位变动、排水沟排水的及时性对坝后地下水埋深也有较大的影响,排水沟作为辅助措施应与农田排水沟(渠)、水库防渗体以及农田灌溉制度配合使用,才能更加有效的发挥作用。     

渠井用水比对灌区降水响应及其环境效应分析

渠井结合灌区适宜渠井用水比例关系灌区地下水环境和区域农业可持续发展。该文以人民胜利渠灌区为例,集合了灌区1954-2014年农业用水量及降水量、研究区域2008-2014年渠井用水比、地下水埋深、地下水水化学特征数据,分析了降雨量、地下水动态特征与渠井用水比例的相关性,以期探明渠井结合灌区渠井用水比对降雨的响应及其对土壤和地下水环境的影响。结果表明,典型渠井结合灌区渠井用水比与年降水量呈线性正相关;渠系上游地下水水位变化较下游更为剧烈,在用水水平、用水方式一致条件下,渠井用水比例越大,地下水埋深超过11 m区域增幅越小,较大的渠井用水比例对于上游地下水位下降减缓效果明显;平水期、枯水期,由于渠井用水比例不合理,地下水无序开采且超采严重,区域地下水碱化趋势明显;受气候变化影响,近5 a渠灌水量仅为多年均值的75.52%,未来区域降水量具有减小趋势,这势必进一步加剧农业水资源紧缺的形式。为了满足农业的正常生产,增加灌区地下水开采成为唯一解决途径,这势必加剧地下水的碱化趋势及地下水超采区的扩大。因此,确定灌区适宜的渠井用水比例对于灌区水资源的科学利用与农业的可持续发展具有重要意义。     

井灌区地下水限量开采自动控制系统的研制与应用

地下水超采造成了一系列的环境问题，地下水限量开采是井灌区急需解决的重要问题之一。利用计算机技术、遥控遥测技术和通讯技术开发研制的井灌区地下水限量开采自动控制系统在有效控制地下水开采的同时，结合数学模型，可提高灌区管理水平，为井灌区灌溉管理的信息化奠定了基础。应用试验结果表明，系统在实现地下水限量开采的同时，提高了水资源的利用率，促进了灌区节水工作的开展。