坡沟产沙关系及其侵蚀机理研究进展

坡沟系统侵蚀过程及其机理研究是当前土壤侵蚀过程研究的热点和难点所在。回顾了对坡沟侵蚀形态垂直分带、坡沟侵蚀产沙特征、上方来水来沙对土壤侵蚀过程的影响、坡沟侵蚀水力学机理以及坡沟侵蚀动力学机制的研究进展。分析了研究中存在的问题，提出了有待于进一步开展的研究工作。     

黄土坡面侵蚀垂直分带性及其侵蚀产沙研究进展

黄土丘陵沟壑区梁峁坡面从分水岭到沟缘线土壤侵蚀明显表现为溅蚀片蚀带，细沟侵蚀带，浅沟侵蚀带，概述了坡面侵蚀形态的垂直分带，坡沟侵蚀产沙关系，坡面侵蚀产沙分配特征，坡上方来水来沙对坡面，细沟侵蚀过程影响的研究进展，提出了有进一步研究的问题。     

上方来水来沙对细沟侵蚀产沙过程的影响

利用双土槽系统径流小区 (供沙土槽和试验土槽 ) ,定量研究了不同上方来水含沙量和不同降雨强度下 15°坡面上方来水来沙对坡下方细沟侵蚀产沙过程的影响。结果表明 ,坡上方来沙量不但被径流全部搬运 ,且坡上方来水在坡下方细沟侵蚀槽引起另外的侵蚀产沙量 S。坡面细沟侵蚀过程以侵蚀—搬运过程为主。上方来水对细沟侵蚀产沙的贡献受上方来水含沙量和降雨强度的影响。降雨强度的增加或上方来水含沙量的减少 ,使 S值的增加更为显著     

黄土高原淤地坝沉积泥沙在小流域土壤侵蚀研究中的应用

[目的]总结利用黄土高原淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的主要成果,并对其目前存在的问题和以后发展方向进行探讨,以期为深度解译淤地坝沉积泥沙中赋存的小流域土壤侵蚀信息提供基础支撑。[方法]通过查阅国内外文献,结合野外调查和研究经验,总结利用淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的相关工作。[结果]黄土高原大量的淤地坝、坝地泥沙明显的沉积旋回和现有的可靠断代技术是利用淤地坝沉积泥沙研究小流域土壤侵蚀的基础;利用淤地坝沉积泥沙可估算小流域土壤侵蚀强度的变化,识别小流域侵蚀泥沙来源;淤地坝内的泥沙沉积量、理化性质及生物标志物的变化能够反演小流域环境演变过程。[结论]黄土高原广泛分布的淤地坝沉积泥沙赋存有大量小流域土壤侵蚀和侵蚀环境演变的信息,在黄土高原小流域土壤侵蚀机理及小流域环境演变研究中具有重要作用。     

黄土区不同空间尺度土壤侵蚀预报模型研究

土壤侵蚀预报模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个层次。坡面尺度主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度不但要考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙及泥沙输移的影响;区域尺度主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。     

上方来水来沙对细沟侵蚀产沙过程的影响

利用双土槽系统径流小区 (供沙土槽和试验土槽 ),定量研究了不同上方来水含沙量和不同降雨强度下 15^°坡面上方来水来沙对坡下方细沟侵蚀产沙过程的影响。结果表明,坡上方来沙量不但被径流全部搬运,且坡上方来水在坡下方细沟侵蚀槽引起另外的侵蚀产沙量 S。坡面细沟侵蚀过程以侵蚀—搬运过程为主。上方来水对细沟侵蚀产沙的贡献受上方来水含沙量和降雨强度的影响。降雨强度的增加或上方来水含沙量的减少,使 S值的增加更为显著.     

羊道沟流域侵蚀产沙模型原型选定问题

侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。土壤侵蚀模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个不同层次。在坡面尺度上,主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度上,不但考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙的影响、重力侵蚀及泥沙输移情况;在区域尺度上则主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。通过分析国内外常用的不同尺度上的侵蚀产沙模型及其最新发展情况,并借鉴羊道沟流域研究的丰富经验,提出了羊道沟流域作为王家沟流域-侵蚀产沙单元的侵蚀产沙概念模型,为流域侵蚀产沙模型尺度之间转换提供借鉴。     

坡沟侵蚀产沙关系的模拟试验研究

黄土高原坡面从分水岭到坡脚,径流侵蚀产沙方式和产沙强度等特征表现出明显的垂直分带性。为了揭示造成这种垂直分带性特点的形成机理,本文设计了4m长坡面(坡度为20°)和3m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统试验土槽,采用四个不同流量(2.1Lmin-1、3.2Lmin-1、5.2Lmin-1、7.2Lmin-1)的放水冲刷试验,研究了坡面不同来水量、来水含沙量及来水动能对沟坡侵蚀产沙的影响,并建立了坡沟系统侵蚀产沙过程的数学模型。结果表明:坡面放水径流强度、坡面来水含沙量以及坡面来水单位水流功率均影响着沟坡部分侵蚀产沙量的大小。坡面放水径流强度与沟坡侵蚀产沙量之间呈幂函数关系;坡面来水含沙量和坡面来水单位水流功率与沟坡部分的侵蚀产沙量之间呈线性关系。根据单位水流功率的概念,计算得出试验条件下沟坡侵蚀产沙的临界单位水流功率值为0.632。最后,根据改进的Yalin公式及沟坡侵蚀产沙的影响因素,分别建立了坡面和沟坡侵蚀产沙的数学模型,经计算后与实测值进行对比发现结果基本令人满意。     

黄土高原坡沟系统侵蚀泥沙来源模拟试验

为了进一步明确黄土高原坡沟系统侵蚀泥沙主要来源及其动态变化过程,该文利用室内概化坡沟系统模型,结合稀土元素（REE）示踪技术,采用放水冲刷试验,对黄土高原的坡沟系统侵蚀泥沙来源问题进行了研究。结果表明,在该试验的坡沟系统中,侵蚀泥沙主要来自坡沟系统的坡面,距离坡面顶端2 m的侵蚀产沙量占到坡面总侵蚀量的57%～74%,沟坡部分的侵蚀产沙量较少;坡面部分的4种示踪元素侵蚀带,在流量为6、8、10和14 L/min时,各个侵蚀带的侵蚀量大小依次为La元素示踪带＞Ce元素示踪带＞Tb元素示踪带＞Sm元素示踪带,但在流量为12 L/min时,侵蚀量大小依次为La元素示踪带＞Ce元素示踪带＞Sm元素示踪带＞Tb元素示踪带;坡面侵蚀产沙泥沙百分比随着冲刷历时的增长,总体上呈现出波动式的递增趋势,25 min以后又开始减小,沟坡侵蚀产沙量的变化趋势与坡面相反。研究为黄土高原小流域坡沟的治理提供了科学依据。     

退耕驱动的近地表特性变化对土壤侵蚀的潜在影响

黄土高原是我国、乃至全球土壤侵蚀最严重的区域之一,侵蚀强度及时空分布特征受近地表特性的显著影响.退耕还林(草)工程大面积的有效实施,势必会引起近地表特性(土壤理化性质、植被茎秆、枯落物、生物结皮、根系系统)的显著变化,进而对坡面径流的水动力学特性及侵蚀过程产生影响.本文从退耕驱动的近地表特性变化、近地表特性变化对坡面径流水动力学特性的影响、近地表特性变化对土壤侵蚀过程(土壤分离、泥沙输移、泥沙沉积)的影响及其机制、区域土壤侵蚀对退耕的响应4个方面较为系统地总结近几十年国内外的研究成果,并提出了目前亟待强化的研究领域.这对理解退耕坡面土壤侵蚀过程及其动力机制、建立植被覆盖坡面的土壤侵蚀过程模型、评价退耕坡面的水土保持效益,具有重要的理论意义.     

黄土高原梯田和淤地坝坡沟治理措施对产流产沙的协同效应

黄土高原地区的梯田和淤地坝措施发挥了重要的水土保持功能,然而现有的研究主要关注单个措施的减水减沙效应,对坡沟治理措施综合配置协同调控水沙过程的作用一直认识不清。因此,该研究为解析梯田和淤地坝措施对水沙过程的协同调控效应,构建了10个坡沟系统物理模型,设置了对照组（CO）,单一措施组（梯田措施（T0）,4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短（L1、L2、L3和L4））和组合措施组（梯田与4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短的综合配置（T1、T2、T3和T4））,进行降雨强度为90 mm/h的室内模拟降雨试验,量化不同试验方案下坡沟系统的产流产沙过程。结果表明：1）梯田措施和淤地坝淤积导致坡沟区域坡长缩短均有效调控了坡沟系统的产流产沙过程,梯田能分别减少46.30%～83.59%的径流总量和25.82%～82.41%的泥沙总量,淤地坝导致坡沟区域坡长缩短能分别减少7.87%～33.42%的径流总量和10.20%～30.57%的泥沙总量。2）不同试验方案下坡沟系统的产沙率和产流率之间满足线性关系,而累计产沙量和累计产流量满足幂函数关系。3）综合措施配置发挥了“1+1> 2”的水土保持...     

放水冲刷条件下坡面植被空间布局对坡沟系统侵蚀产沙的影响研究

植被在有效防治水土流失、改善生态环境中具有不可替代的重要作用。研究表明,土壤表面没有植被的降雨侵蚀量是未扰动森林土壤的16倍[1]。Zheng在子午岭林区的研究也发现,当地表植被生长良好时,降雨、地形、坡度等因素对土壤侵蚀量的影响很小。而土壤表层一旦失去植被保护或根系的固结时,降雨和地形等因素对侵蚀的作用则十分     

黄土丘陵区坡沟系统不同侵蚀方式的水力特性初步研究

 采用多坡段组合模型,通过室内人工模拟降雨实验,初步研究坡沟系统中片蚀、细沟侵蚀、浅沟及切沟侵蚀的水力、泥沙参数变化及其相互间的关系,以雷诺数、弗劳德数及过水断面单位能量为不同侵蚀方式发生的动力临界指标,初步得出不同侵蚀方式发生的水动力临界值,对揭示坡沟系统土壤侵蚀规律和产沙预报具有重要意义。     

坡沟系统侵蚀产沙特征模拟试验研究

坡沟系统介于坡面尺度和流域尺度之间，揭示其侵蚀产沙特征对于认识流域侵蚀产沙及建立流域土壤侵蚀预报模型有重要意义。采用放水冲刷法，通过2.125、3.205、5.250、7.185 L/min 4个不同的放水流量，在4 m长坡面(坡度为20°)和3 m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统上，对坡沟系统的侵蚀产沙特征进行了模拟试验研究。结果表明：对试验条件下的每一个放水流量来说，坡沟系统内的侵蚀产沙垂直分布都呈双峰曲线，侵蚀量的变化均呈现出沿坡沟系统从上到下先减小后增大再减小的趋势。沟坡部分的侵蚀量占全坡侵蚀量的百分比由放水流量2.125 L/min时的38.13％，增加到放水流量7.185 L/min时的56.01％。对于黄土高原水土流失治理，单纯治坡或治沟均不能明显减少土壤流失量，采取坡、沟兼治才是有效减少土壤流失的有效措施。     

陕北子洲县典型淤地坝淤积过程和降雨关系的研究

淤地坝作为黄土丘陵沟壑区水土流失治理的重要工程措施之一，其坝系优化布局、相对稳定性及坝地效益等受到广泛关注，但对其淤积过程研究甚少。该文通过对黄土高原淤地坝进行调查，典型坝淤积过程剖面的观测及取样分析，结合库容曲线和每个淤积层的淤积厚度求出分层淤积量。根据暴雨产沙过程原理及淤积过程降雨资料，反演淤地坝各淤积层所对应的次侵蚀性降雨，建立层淤积量与相应次侵蚀性降雨指标的相关方程。研究结果表明：坝地淤积物中层淤积量和次侵蚀性降雨的降雨侵蚀力呈幂函数关系，层淤积量和次侵蚀性降雨的最大30 min降雨强度呈指数函数关系，经检验结果良好。     

黄土区不同地貌部位径流泥沙空间分布试验研究

黄土丘陵区侵蚀泥沙的来源以及坡沟侵蚀产沙关系等一直是研究的热点难点之一，也是争论较多的问题。在梁峁坡到谷坡的坡沟系统中，不同地貌部位有对应的侵蚀形式出现。该文采用多坡段组合模型，运用人工模拟降雨试验方法，研究了黄土区坡面各垂直侵蚀带径流泥沙的空间分布特征及上坡来水来沙的加速侵蚀作用。结果表明：单位面积与时间产流量排列为谷坡＞梁峁坡下部＞梁峁坡中部＞梁峁坡上部。雨强0.5 mm/min时，没有沟蚀发育；1.0 mm/min时，细沟主要在梁峁坡下部；1.5 mm/min时，细沟伸展到梁峁坡上部，谷坡出现滑塌和崩塌等重力侵蚀现象。坡面径流量、产沙量随坡度、坡长、降雨强度变化成正比增长。上坡来水来沙使梁峁坡和谷坡产沙量大幅度增加。     

砒砂岩区典型淤地坝沉积泥沙特征及来源分析

黄土高原地区的淤地坝是拦减入黄泥沙的关键措施,尤以对泥沙具有绝对控制的"闷葫芦"淤地坝为甚。为研究淤地坝对侵蚀泥沙的拦蓄作用,以砒砂岩区皇甫川流域园子沟淤地坝为研究对象,采集坝地淤积剖面及沟间地、沟谷地表层样品,对沉积旋回进行断代分析,计算泥沙贡献率,反演其淤积过程。结果表明:坝地沉积泥沙粒径分布以2~0.05 mm砂粒为主,其次为粉粒、黏粒,砂粒中以极细砂和细砂占比最多。园子沟坝控流域内侵蚀性降雨事件对应的最小日降雨量为22.8 mm;淤地坝运行可划分为2个阶段,前期主要依靠坝体拦蓄泥沙,后期随着拦蓄泥沙的增多,减蚀作用凸显。坝地沉积泥沙主要来源为沟谷地,贡献率达71.4%,沟间地为28.6%,其中沟间地侵蚀产沙并非受植被唯一影响,在降雨量>45.4 mm时,地形因素会限制侵蚀的加剧。     

淤地坝“淤满”后的水沙效应及防控对策

黄土高原大规模的淤地坝建设在减少黄河泥沙以及改善区域生态环境方面发挥了巨大作用.但是,在淤地坝“淤满”的极端条件下,关于其水沙效应变化及防治对策的研究还较少涉及.经分析,淤地坝“淤满”后:1)坝控范围内坡度降低,径流长度减少,沟道比降降低,而横断面由原来的“V”型沟道,演变为“U”型沟道;2)以关地沟4号坝为例,使用RUSLE计算,修建淤地坝前,坝控范围内平均每年土壤侵蚀模数为4 472 t/(km2 ·a),淤满后,土壤侵蚀模数下降至4 019 t/(km2·a),降幅约10％,“原地”减蚀作用显著,从修建至淤满阶段,拦沙作用巨大;3)淤地坝淤满后,坝地流速显著降低,从修建淤地坝前的0.83 m/s降至0.27 m/s,但坝体外坡的流速显著增加,特别是坡底,最大流速可达3.76 m/s;4)淤地坝淤满后,淤地坝“异地”减蚀作用会降低.基于上述变化,针对淤地坝淤满后的极端条件,本文提出如下防治对策:1)以小流域为单元,以溢洪道为主体,完善沟道排洪设施布设,提高支沟内以及支沟与主沟的连通度,提升排洪能力;2)遵循“因地制宜”原则,科学合理植树种草、修建梯田,加强坡面治理,减少坡面来水来沙,消耗和分散坡面来水侵蚀能量,降低坝地淤满后被损毁的风险;3)采取“截水沟和排水沟相结合,工程措施和植物措施相结合”的方法,做好坝体陡坡防治,提高坝体外边坡植被覆盖度.研究结果以期为黄土高原淤地坝建设提供理论支撑.     

基于MIKE模型的不同淤地坝型组合情景对小流域侵蚀动力和输沙量的影响

为科学认识黄土高原淤地坝建设对小流域侵蚀动力过程的影响,通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了王茂沟流域的洪水过程,并计算了流域主沟不同断面的侵蚀动力参数和不同坝型组合的减沙效益。结果表明:(1)淤地坝建设在不同程度上改变了小流域沟道的侵蚀动力分布,坝系建成后沟道的侵蚀动力参数减幅最大。(2)小流域径流侵蚀功率表现为上中游剧烈变化,下游趋于稳定,且下游径流侵蚀功率明显小于上游。(3)淤地坝建设可以有效减小流域的输沙量,其中单独建设骨干、中型、小型坝相比流域未建坝时,输沙模数分别减少24.74%,47.11%,64.11%;流域坝系建成后减沙效益最明显,流域输沙量减少83.92%。研究成果可为黄土高原淤地坝减沙效益评估提供科学参考。     

不同植被和土壤类型下土壤水分剖面的分异

为研究不同土壤类型下土壤水分的垂直分布特征及变异情况,在位于黄土高原水蚀风湿交错带的六道沟小流域选取坝淤土、黄绵土和风沙土3种土壤类型为研究对象,测定了0-600cm土壤水分含量,利用经典统计学方法进行分析。结果表明：坝淤土土壤水分剖面呈有规律的波动型变化,黄绵土剖面土壤水分基本呈微弱的波动型变化,风沙土土壤水分剖面变化类型属于降低型;植被覆盖为柠条或小叶杨时,不同土壤类型对0-100cm间土壤水分含量影响不明显,而对100-600cm土壤水分含量影响显著（P〈0.05）;柠条覆盖下0-600cm平均土壤水分均呈现：黄绵土〉坝淤土〉风沙土,小叶杨覆盖下0-600cm平均土壤水分均呈现：风沙土〉坝淤土〉黄绵土;对3种土壤类型而言,同一土壤类型下植被类型的不同主要对深层土壤水分的垂直分布产生影响,总体上,农地和草地下的土壤水分状况好于灌木和乔木。这对于指导干旱区农业生产以及植被恢复中水分的合理调控具有积极的意义。