桂西北喀斯特峰丛不同土地利用方式坡面产流产沙特征

由于缺乏长期定位观测资料,西南喀斯特山区坡地水土流失规律一直不明确,严重影响了该区石漠化综合治理和水土流失防治工作的成效和进程。该文基于13个大型径流小区(宽20m、投影面积>1000m2)5a(2006-2010年)的定位观测资料,分析了桂西北喀斯特峰丛洼地不同利用方式坡面降雨产流规律和地表侵蚀产沙特征。结果表明:观测期内年降雨量为1300～2000mm,无论平水年还是丰水年,不同利用方式坡面次降雨径流系数<5%,地表产流很少,降雨几乎全部入渗。不同利用方式地表侵蚀产沙模数虽有较大差异,但土壤侵蚀以微度(<30t/(km2a))为主,部分甚至只有0～5t/(km2a)。植被类型、土地利用方式对坡面降雨产流的影响较小,但人为干扰会增加地表侵蚀产沙量。该文为喀斯特坡地植被恢复重建和水土流失防治提供参考。     

喀斯特坡地侵蚀性降雨阈值初探

喀斯特坡地表层岩溶带发育，入渗强烈，产流机制与非喀斯特坡地有较大差异，为提高喀斯特坡地土壤流失模型预测准确性，以贵州省普定县陈旗小流域6个不同土地利用类型径流小区为观测对象，分析2007—2010年、2015—2019年2期泥沙和地表径流数据，了解产流产沙规律，并利用降雨侵蚀力偏差法计算各小区侵蚀性降雨量。结果表明：(1)植被覆盖率与喀斯特坡地地表产流产沙量呈负相关，高植被覆盖下，暴雨和极端暴雨是造成喀斯特坡地水土流失的主要降雨事件；(2)植被恢复十余年随着覆盖度的提高，年均土壤流失量呈显著下降趋势，多小于10 t/km²;(3)喀斯特坡地裂隙发育，地下漏失严重，土壤量少且不易被侵蚀，除少数极端暴雨外，多数降雨不产流不产沙，因此建议将喀斯特坡地侵蚀性降雨量阈值定为50 mm,该阈值显著高于非喀斯特地区。     

黄丘一区一次降雨条件下的产流产沙计算

根据黄丘一区有关水保科研站(所)实测资料和研究成果,结合该区暴雨特性及产流、产沙特点,探讨了黄丘一区一次降雨条件下的产流产沙计算方法,建立了小流域产流产沙多元回归模型.     

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。     

湘西北小流域坡面尺度地表径流与侵蚀产沙特征及其影响因素

根据湖南西北部武陵山区女儿寨小流域2004-2008年间坡面径流小区降雨产流产沙的定位观测资料,对流域坡面尺度产流产沙特征及其影响因素进行了分析,为评价流域植被恢复提供参考。结果表明:灌木林和润楠林具有良好的保水减沙效益,油桐林相对较差,自然植被恢复同样带来良好效益,坡耕地年均产流产沙均为最高,反衬了植被与自然恢复措施较好的水土保持效应。降雨因子中,降雨量P与坡面产流产沙相关性最强,其次是降雨侵蚀力R,最大10 min雨强I10与坡面产流产沙相关性最小,其相关系数不到0.5;多元逐步回归分析表明,降雨因子对产流产沙的影响明显。坡耕地产沙随产流的变化趋势最大,其决定系数R2达到0.7693,灌木林最小,其R2仅为0.425。通过灰色关联分析,植被、地形、土壤相关因子对坡面产流产沙影响显著,关联度值均在0.5以上,植被总盖度对坡面产流产沙的影响均为最大,说明植被具有很强的水土保持功能,植被恢复仍是该区域今后改善生态环境的重要措施。     

甘肃天水市对比小流域暴雨洪水侵蚀产沙特性

 为分析黄土丘三区水土保持综合治理对小流域典型暴雨产汇流特性的影响,依据桥子东、西沟对比小流域暴雨洪水泥沙观测资料,结合实地调查对比分析雨、洪、沙特性。结果表明:在降雨差异很小的情况下,其水沙特性差异明显,桥子东沟较西沟洪峰削减率达66.9%,单位面积减洪量1万3336m3/km2,减沙量8534t/km2,2流域的流量和含沙量过程变化趋势基本一致,但西沟变率均大于东沟,且西沟流域侵蚀模数是东沟的3.5倍。桥子东沟流域各项水土保持措施发挥了显著的蓄洪拦沙作用,减洪效益59.9%,减沙效益79.5%;桥子西沟的林草措施减洪效益为6.9%,减沙效益8.4%。     

黄土丘陵沟壑区坡向对产流产沙影响的研究

坡向是坡面产流产沙的重要影响因素。以黄土高原岔巴沟流域新庄径流试验场阴坡和阳坡2个径流小区为研究对象,根据发生在阳坡农地和阴坡荒坡地上的11场降雨事件,对阳坡和阴坡上的产流产沙状况进行了对比分析。结果表明:2个径流小区的产流产沙差异显著。阳坡农地由于太阳辐射量和温度高于阴坡,土壤含水量较低,同时表层土壤扰动较阴坡荒坡地大,土壤孔隙度高,使其产流能力小于阴坡;阳坡土质疏松,沙量来源充沛,径流含沙量和侵蚀模数大于阴坡的概率分别在88%和85%以上。降雨强度对阴坡、阳坡产流产沙差异的影响显著,阴坡和阳坡的产流产沙均在0.05的概率水平上受平均降雨强度的显著影响,表现出平均降雨强度越大阴坡、阳坡产流产沙差异越明显的特征,而降雨量对阴坡、阳坡产流产沙差异的影响并不明显,这是黄土高原超渗产流的特征之一。     

黔西喀斯特区秸秆覆盖对坡耕地产流产沙特征的响应

基于2018-2019年野外径流小区定位观测资料,以玉米单作无秸秆覆盖处理(M0)为对照,探索了玉米单作处理和不同秸秆覆盖量(M1~M5,1111,2222,3889,5556,6944 kg/hm^2)对贵州省黔西喀斯特区坡耕地产流产沙特征的影响。结果表明:(1)不同降雨等级下,秸秆覆盖具有较好的水土保持效果,并随覆盖量的增加,产流、产沙总量逐渐减少,但M4与M5处理之间无显著差异(p>0.05);(2)玉米苗期—拔节期各处理产流和产沙量大于后2个阶段,并且各阶段各覆盖处理产流产沙均低于对照;(3)秸秆覆盖对地表产流产沙影响显著,与对照相比,年均径流深减少21.85%~50.46%,土壤侵蚀模数减少50.10%~85.87%;(4)随着秸秆覆盖量的增加,各处理产流、产沙呈下降趋势,但当秸秆覆盖量超过5556 kg/hm^2后,继续增加秸秆至6944 kg/hm^2时,水土保持效果变化不明显。秸秆覆盖是控制喀斯特地区坡耕地水土流失的有效途径,6000 kg/hm^2左右的覆盖量即可起到较好的水土保持效果。     

短历时强降雨对典型喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响

探索短历时强降雨对典型喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响,为喀斯特区坡耕地应对极端天气的水土流失防治提供理论依据。研究采用人工室内模拟降雨试验的方法,对喀斯特坡耕地侵蚀产沙特征在短历时强降雨作用下的影响因素开展研究。结果表明:(1)短历时强降雨导致喀斯特坡耕地地表输沙模数和产沙量随降雨强度的增大而增大,而地下输沙模数和产沙量与降雨强度无明显变化规律,坡耕地土壤侵蚀以地表为主。地表产沙临界雨强为30～50 mm/h。(2)坡度增大时地表产沙比重大于地下产沙比重,地表土壤侵蚀以地表为主。产沙比重发生转折的坡度值为15°～20°。70 mm/h降雨强度和5°坡度下,降雨强度对地下土壤侵蚀可能存在"负效应"。(3)喀斯特坡耕地侵蚀产沙特征与降雨强度和坡度密切相关,但降雨强度因子起主导作用。强降雨主要影响地表土壤侵蚀,因此,对喀斯特坡耕地土壤侵蚀治理应以地表为主。研究结果有助于深入了解短历时强降雨对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响,为对喀斯特坡耕地应对极端天气和水土流失防治以及维持生态环境健康持续发展提供理论依据。     

喀斯特地区小流域地下水土流失观测研究

以2009年9月—2010年8月为一个水文年,以小流域为水土流失研究尺度,通过对王家寨喀斯特小流域地下河出口断面的连续定位监测,获取每次降雨中地下河水流流量及含沙量。结果表明,只有当降雨量达到一定值后,地下河涨水、产沙才与降雨有着显著响应。根据含沙量计算出此水文年小流域随地下河流失的土壤为519.29 kg,初步估算地下土壤侵蚀模数为0.42 t/(km2.a),仅占地表、地下土壤流失总量的0.81%。喀斯特地区地下土壤流失量占流域总土壤流失量的比例,需在更多地貌类型区长期监测数据的基础上来确定。     

关于确定黄河流域水土流失重点治理区的研究

过去确定黄河流域水土流失重点治理区主要采用来沙分配图法和多沙粗沙模数指标法,这两种万法都需用到粗泥沙资料,由于有泥沙颗分资料的测站较少,故其精度有限.根据河龙区间7～8月份水流平均含沙量300kg/m~3的指标,在含沙量分布图上确定出重点治理区,该万法只涉及全沙资料,而有全沙资料的站网控制密度相对比有粗泥沙资料的站网控制密度耍大得多,因此其精度也就高得多.黄河流域重点治理区为11.3万km~2,其中河龙区间为5.7万km~2,泾洛渭河为3.2万km~2,祖厉河、苦水河为2.4万km~2,河龙区间的5.7万km~2是重点中的重点.     

黄土高原坡耕地泥沙输移特征分析

在野外利用人工模拟降雨试验,分析了20,40,60m坡长下的输沙率、含沙量及累积产沙量—径流量的变化特征。结果显示,当雨强小于2.0mm/min时,最大输沙率出现在40m坡长;而当雨强大于2.0mm/min时,最大输沙率出现在60m坡长。在试验雨强范围内,最大含沙量总是出现在20m坡长。累积产沙量—径流量随时间变化趋于平稳。试验结果表明,为遏制黄土高原坡耕地水土流失,实践中应采取垄作等措施增加坡面糙度和改变坡面形态,防止在20m坡长形成高含沙水流和后续坡长的输沙率。     

Conceptual Models and Budgets for Sediment Management at the River Basin Scale (12 pp)

Background, Aims and Scope   Sediment management in rivers basins has tended to deal with local issues associated with either excessive amounts of sediment (clean and contaminated) or sediment deficit. With sediment management increasingly needing to address both sediment quantity and sediment quality issues, it is becoming increasingly apparent that for sediment management to be effective the river basin represents the most appropriate scale for consideration. Although local and site-specific sediment issues are still likely to be the main scales at which interventions are made they need to be placed within a broader context and with full appreciation and consideration of their impacts within the river basin. This paper describes some of the reasons why the river basin scale represents the most appropriate scale for sediment management, while recognizing the needs for site-specific interventions. It also describes the development of conceptual river basin models (CRBM) for sediment. Main Features   A CRBM should identify, in a conceptual framework, the relevant key environments (subsystems) within a river basin and the interrelationships between the environments. From a sediment perspective, key information includes the identification of sources of sediment (and associated contaminants and nutrients), the pathways of sediment and contaminants within and between the various environments, and the role of storage elements. Additional information that informs the CRBM includes, the assessment of sediment fluxes (including storage), the residence time of sediment storage, and information on exchanges between sediment and contaminants, although such information is often not available at the scale of the river basin. An example of a CRBM for sediment for a hypothetical river basin and examples of several sediment budgets (for basins in USA and Zambia, and for Europe) are presented which are based on data and information on sediment sources, sediment fluxes and storage. These are discussed and some of the advantages and disadvantages for decision-making for sediment management are described. Conclusion and Recommendation   Conceptual frameworks and models for sediment offer considerable potential for certain stages of the management process. They are, however, only part of a much larger decision-making process, which involves, amongst other things, stakeholder participation, evaluation of the appropriate legislation and guidelines, and the use of risk assessment and societal cost-benefit analysis.     

沙棘柔性坝对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质影响

为了进一步研究沙棘"柔性坝"对砒砂岩沟道泥沙的影响,基于内蒙古砒砂岩地区沙棘"柔性坝"野外试验,根据单座沙棘"柔性坝"一次降雨淤积后的试验数据,运用对比分析的方法,研究了沙棘"柔性坝"对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质的影响及其拦沙效果。结果表明:单座沙棘"柔性坝"能够提高砒砂岩沟道泥沙有机质含量,具有淤粗排细的分选功能和良好的拦沙效果。泥沙有机质从沙棘"柔性坝"上游到下游逐渐增加,沿泥沙剖面表现出先增后减的趋势;泥沙粒径从沟道上游到下游先增大后减小,沿一次降雨淤积的泥沙剖面也表现出先增后减的趋势;暴雨后沙棘"柔性坝"单位面积淤积泥沙的平均厚度为0.369m,与对比沟相比,淤积的泥沙厚度明显较高。     

黄土丘陵区淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移特征

了解淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移的变化特征对正确认识和评价淤地坝的减蚀作用有重要意义.该文通过对黄土丘陵区王茂沟流域1953-2015年不同时段内淤地坝的拦沙量和流域出口输沙量的分析,研究了坝系建设后泥沙拦蓄、输移和侵蚀的变化过程与特征.研究表明,王茂沟流域年均拦沙模数呈减少-增加-再减少的波动变化趋势;流域年均输沙模数呈先增加后减少的变化趋势;1953-1986年期间,不同阶段的年均侵蚀模数变化不大,1987年后呈显著下降趋势.流域治理后期与初期相比,年均拦沙模数、输沙模数和侵蚀模数分别下降了79.3％、90.6％和83.9％.淤地坝建设初期,有效库容对流域拦沙模数和输沙模数的变化有重要影响,侵蚀性降雨频发和较低的水土流失治理度是侵蚀强烈的主要因素;流域治理后期,侵蚀性降雨及其发生频次的减少,水土流失治理度的提高与稳固,是流域拦沙、输沙和侵蚀产沙显著下降的主要原因.淤地坝在控制流域侵蚀产沙、减少泥沙输移方面作用显著,但要达到持续有效的作用,坡面治理不容忽视,两者兼顾是黄土丘陵区水土保持的必由之路.     

黄河流域第三副区坝系拦沙输沙监测成果分析

黄河流域第三副区聂家河小流域坝系工程布局以现有骨干工程为骨架,各级沟道自上而下逐段布设小型淤地坝、中型淤地坝和骨干工程,分级拦蓄径流泥沙;在其示范坝系的典型淤地坝上布设了降雨、拦沙及输沙监测点.监测结果表明:坝系工程抬高了侵蚀基准,稳定了沟坡,控制了沟床下切和沟岸扩张,增强保土保水能力,尤其骨干坝在坝系拦沙中起关键作用,能够快速有效地拦蓄径流泥沙,控制水土流失,是水土保持生态建设的重要措施,为保护下游河流安全起到了重要作用.     

降雨产沙资料整理方法对两者关系的影响

合理的水土流失资料整理方法是挖掘数据内在规律的基础,通过采集江西省赣县花岗岩次生马尾松林地不同植被恢复类型小区2010—2011年2 a的降雨产沙资料,研究了4种整理方法对降雨产沙关系的影响。结果表明:加大资料整理的时间尺度和降雨间隔时间,可以显著提高降雨产沙之间的相关性,同时整理方法对拟合曲线的性质产生影响,综合考虑拟合优度和曲线性质的一致性,可以采取周晴方法的幂函数来描述不同类型小区降雨产沙之间的内在关系;植被恢复减弱了产沙速率,随着降雨量的增加,纯林小区的产沙速率下降,百喜草恢复小区变化缓慢,低郁闭度胡枝子恢复小区增加迅速,因此侵蚀严重的林地应首先实施草本植被恢复,逐步实现乔灌草生态结构恢复。     

非硬化路面侵蚀产沙规律野外模拟试验

为了科学治理非硬化路面水土流失,采用野外放水冲刷试验,对非硬化路面侵蚀产沙规律进行了试验研究。结果表明,同一坡度不同放水流量与同一放水流量不同坡度条件下,非硬化路面产沙随时间的变化形式均有3种,分别为平缓型、多峰型和单峰型。对同一路面不同观测断面的产沙量分析发现,产沙量沿坡面的空间变化形式分别为波动式减小、逐渐式减小和先增大后减小。、得出平均含沙量与放水流量呈对数相关,产沙率与放水流量、平均含沙量与坡度、产沙率与坡度均呈直线相关。以期为非硬化路面的水土流失预测和治理提供科学依据。     

菹草对水体悬浮泥沙及氮、磷污染物的净化

利用冬春季沉水植物菹草构建的阶梯式水生植物系统研究了其对水体悬浮泥沙及氮、磷污染物的净化效果。结果表明：由菹草构成的生态物理模型系统对挟沙水体氮、磷负荷以及泥沙含量具有较好的改善作用,菹草系统前后总氮负荷分别为0.746 mg/L和0.622 mg/L,去除率为16.57%,其中菹草净化率占6.67%;停留时间分别为24 h和48 h时,菹草系统对总磷的净化百分率分别为18.52%和22.22%,其中菹草对总磷的净化作用分别占10.83%和6.84%,因此,菹草系统对挟沙水体中氮、磷的净化,包括自身营养需求对氮、磷的吸收利用和菹草促使泥沙沉积和吸附过程中泥沙对氮、磷的携带作用两个方面。菹草系统对经过它的挟沙水体的泥沙含量具有较好的改善效果,并对平均粒径及10～25μm范围泥沙颗粒改善效果较明显。出水口挟沙水体总磷变化与悬浮泥沙含量具有较强的相关一致性（R=0.96）,说明在挟沙水体的总磷净化过程中,泥沙起到了举足轻重的作用。