黄土高原典型区降雨植被耦合对侵蚀产沙影响的临界研究

降雨植被耦合对土壤侵蚀的影响是研究地表侵蚀过程的重要内容。根据1954—1986年西峰水土保持科学试验站人工草地和自然草地径流场观测资料,从微观角度分析了降雨植被耦合对土壤侵蚀的影响。研究结果是:当牧草覆盖度<10%时,极端侵蚀模数随着植被覆盖度的增大而增大,这说明要使植被起到有效的抗蚀作用,其覆盖度不应低于10%;当植被覆盖度>10%时,极端侵蚀模数与植被覆盖度呈良好的幂函数关系;如果要使植被抗蚀力起主导作用且达到最优效果,则其覆盖度至少要达到70%。     

草本植被覆盖对坡面降雨径流侵蚀影响的试验研究

通过野外人工模拟降雨试验,研究了草本植被覆盖对坡面降雨径流侵蚀的影响,并从径流侵蚀功率和降雨侵蚀力两个方面对比分析了草本植被对坡面侵蚀动力的调控效果,结果表明草本植被覆盖深刻影响降雨侵蚀动力,并最终对坡面径流侵蚀量产生较大的影响。植被覆盖度为0%～60%时,产流产沙量随植被覆盖度的增加迅速降低,植被覆盖度>80%时,覆盖度的增加不能引起产流、产沙量的大幅度下降,植被水沙调控作用趋于稳定,确定本研究的临界植被覆盖度为60%～80%;以径流深和洪峰流量模数表示的坡面径流侵蚀功率以及降雨侵蚀力等侵蚀动力指标均与侵蚀产沙量呈正相关关系,但径流侵蚀功率与产沙量具有更强的相关性,说明径流侵蚀功率能更好地模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示植被覆盖度对侵蚀结果的影响,反映了临界植被覆盖度的存在,可以作为评价植被侵蚀动力调控效应的一个指标。     

不同植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究植被覆盖度对紫色土坡面侵蚀过程的影响,探讨有效控制水土流失的坡面植被临界盖度问题,利用人工模拟降雨试验与室内分析相结合的方法对紫色土坡面侵蚀过程进行分析。结果表明:(1)总体上,紫色土坡面产流量随植被覆盖度的增大而减小,二者之间呈线性负相关,但是植被覆盖度在25%以下,径流量变化不明显,植被覆盖度达75%时,径流量处于较低的稳定值,明显低于植被覆盖度0%,25%,50%;(2)坡面侵蚀泥沙量随植被覆盖度的增加而减少,二者呈二次项相关(R2=0.99),植被覆盖度25%以下对坡面减沙起到重要作用,50%的植被覆盖度是紫色土坡面有效控制水土流失的临界盖度;(3)侵蚀泥沙中以微团聚体(0.25mm)为主,各级团聚体基本上随着植被覆盖度的增加而呈现减少趋势;(4)通过统计分析,植被覆盖度对产流、产沙量的影响均为极显著(p0.01)。紫色土坡面植被覆盖度达到50%对涵养水源、保持水土起到至关重要的作用。     

雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响

为探究雨强和植被覆盖度对花岗岩红壤坡面产流产沙的影响,通过室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(0.5,1.0,1.5 mm/min)和植被覆盖度(0,20%,40%,60%)下坡面侵蚀的产流、产沙规律及相关关系。结果表明:(1)同一雨强下,初始产流时间随植被覆盖度增加而延迟,并随雨强增大而提前,雨强越大,产流时间提前越明显;(2)各坡面径流率、侵蚀率随植被覆盖度增加而减小,且植被覆盖度越高,径流率和侵蚀率波动范围越小,侵蚀过程越稳定;(3)有植被覆盖的坡面,产沙主要以0.25 mm的水稳性团聚体为主,侵蚀泥沙中0.25 mm水稳性团聚体比重随雨强增大而增加,且增加的幅度随覆盖度的提高而减小;(4)雨强、植被覆盖度均与产流时间、径流率、侵蚀率呈现极显著相关关系(P0.01),且坡面产流过程与雨强变化的相关性大于其与植被覆盖度变化的相关性,坡面产沙过程与植被覆盖度变化的相关性大于其与雨强变化的相关性,不同雨强下植被覆盖坡面累积径流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R~20.98)。研究结果可为南方红壤丘陵区水土流失治理与生态恢复提供科学参考。     

稀疏植被覆盖对侵蚀和产沙的影响

在坡度为10％的坡面上,把植被覆盖度从43％调整为0的一项实验研究表明:当植被覆盖度从43％减少到15％时,产沙迅速增加,而当植被覆盖度减少到15％以下时,产沙的增长率显著减小。这一实验说明,植被覆盖对产沙的影响既非线性也非指数型关系。试验结果表明,小于15％的植被覆盖度对阻止侵蚀是无效的。因此,在干旱地区,希望通过少量增加植被覆盖度来减少侵蚀的努力将是徒劳的。     

坡面径流冲刷侵蚀的植被覆盖阈值现象研究

提高植被覆盖度是防治坡面土壤侵蚀的主要途径之一。一般而言,随着植被覆盖度的增加,侵蚀产沙量会呈负指数下降。植被覆盖度与侵蚀的发展之间存在多种多样的阈值现象。采取GIS模拟技术和野外控制试验相结合的方法,揭示植被覆盖度与坡面径流冲刷侵蚀之间的阈值现象。研究结果表明,在植被覆盖度较低、植被分布分散的情况下,植被汇聚径流的作用会导致侵蚀风险的升高;当植被覆盖度达到一定的阈值后,随着植被覆盖度的继续增加,侵蚀产沙量逐渐减小,并最后趋于稳定。该研究结果有助于增强对植被覆盖度和土壤侵蚀之间阈值现象的认识,也表明简单地认为植被覆盖度和土壤侵蚀之间是负指数关系存在不严谨的地方,即在植被覆盖度较低时是不准确的。     

不同林草植被覆盖度的水土保持效益及适宜植被覆盖度

以1954--2004年南小河沟流域水文气象观测资料及所布设的林地、草地径流场观测资料为数据源，进行坡面侵蚀强度与径流指标、降水指标、植被覆盖指标之间的定量分析。结果表明：林草植被措施减轻坡面侵蚀的作用明显；防治水土流失的林草植被覆盖度以40％～60％分界明显；从防治水土流失的角度出发，黄土高原沟壑区人工林地和草地建设的有效植被覆盖度应不小于60％和50％。     

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。     

1981—2012年黄土高原植被覆盖度时空变化特征

植被覆盖度是反映植被覆盖状况最直接的指标。基于1981—2012年的MODIS影像,采用像元二分模型反演黄土高原植被覆盖度,分析了黄土高原各省区、典型流域及土壤侵蚀类型区生长季(5—10月)的植被覆盖度时空动态变化。结果表明:1981—2012年期间,黄土高原生长季植被覆盖度由31%增加到50%,呈显著上升趋势,但各区域增长幅度不同。2001年之前,黄土高原植被覆盖度平均为36%,年际间以小幅波动为主;之后,该区生长季年平均植被覆盖度为41%,年际间呈显著增加趋势。按省区,河南省植被覆盖度增幅最大,陕西省次之,内蒙古、宁夏增幅不明显且覆盖度在20%左右波动。按典型流域,延河流域增幅最大,窟野河流域增幅最小。按土壤侵蚀类型,水力侵蚀区植被覆盖度增长较快,风力侵蚀区则变化不明显。按植被覆盖度构成,低覆盖度面积比例减少,高覆盖度面积比例增加,其中黄土高原丘陵沟壑区植被覆盖度增加趋势最为明显,植被恢复成效显著。     

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。     

黄河中游多沙粗沙区粗泥沙输沙模数区域分布及产沙量分析

通过对黄河中游多沙粗沙区中d≥0.05 mm和d≥0.10 mm不同粗泥沙年输沙模数级的区域分布及产沙量的分析,得出d≥0.05 mm粗泥沙年输沙模数大于等于2 500、5 000和10 000 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.82万、1.97万和0.22万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的80.0%、35.6%和5.9%;d≥0.10mm粗泥沙年输沙模数大于等于350、700、1 400和2 800 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.80万、3.94万、1.88万和1.17万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的79.8%、58.3%、34.5%和24.2%。研究不同输沙模数级的区域分布、面积及产沙量,为粗泥沙集中来源区界定提供支撑。     

澜沧江中下游流域土壤侵蚀时空演变特征

为了探究土壤侵蚀演变机制,以澜沧江中下游流域为研究区域,利用改进的土壤流失方程(RUSLE)模型,开展流域内土壤侵蚀时空演变特征研究,引入随机森林算法探讨了流域内土壤侵蚀因子的相对重要程度。结果表明:澜沧江中下游流域2005—2015年土壤侵蚀量为0～1.89万t/(km²·a),平均土壤侵蚀模数为0.252万t/(km²·a),中下游子流域平均土壤侵蚀模数处于较低风险以上和中风险侵蚀以下级别。自2005年以后,澜沧江中下游流域土壤侵蚀空间分布特征呈现中度侵蚀风险区域扩张,高度和低度侵蚀风险收缩的趋势。随机森林算法结果发现植被覆盖管理因子和地形因子是影响澜沧江中下游流域土壤侵蚀的主要因素,土壤可蚀性因子、降雨侵蚀因子和水土保持措施因子的相对重要程度偏低,均未超过20%。可见,土壤侵蚀的时空异质性主要是由于植被覆盖和地形影响改变了局部气候而导致的。     

从无定河流域“94·8·4”暴雨洪水看林草措施的减蚀作用

典型调查表明,在无定河流域绥德县80年—遇日降雨量120多mm条件下,林草措施具有显著的减蚀作用:农坡地一次降雨侵蚀模数达36660t/km~2,而一般草地侵蚀模数为5000～12000t/km~2,草地减少侵蚀70%～90%;坡度35°、被覆度70%的林地,加上工程整地措施,侵蚀模数为2000～5000t/km~2,减少侵蚀85%～95%;在相同自然条件下,林地减水效益为27.5%,减沙效益为47.7%,在有整地措施条件下,林地径流量较自然荒坡减少42.2%～77.1%.     

基于WaTEM/SEDEM模型的洮河源区土壤侵蚀产沙模拟及其空间驱动力分析

[目的]全面认识长时间尺度的土壤侵蚀时空变化及其影响因素对土壤侵蚀治理具有重要意义。探究流域1998—2018年土壤侵蚀和产沙时空变化特征及其空间驱动力因子,为洮河源区流域的水土治理提供科学理论依据。[方法]以洮河源区流域为研究区,基于碌曲站实测输沙数据以及植被NDVI数据,通过WaTEM/SEDEM模型结合重心模型分析流域侵蚀产沙时空变化特征,进一步采用地理探测器方法探究其空间驱动力因子。[结果]洮河源区的土壤产沙模数由1998年的33.81 t/(hm²·a)增加至2018年的48.59 t/(hm²·a);土壤侵蚀强度主要以微度侵蚀为主,其次是极强侵蚀和轻度侵蚀,剧烈、强烈和中度侵蚀占比最小。侵蚀较强区域分布在高山地带;侵蚀较微弱的区域分布在中部的河谷地区和海拔较低的区域。流域内地形等级和植被覆盖度对土壤侵蚀影响最大,q值分别为0.359,0.183,流域侵蚀模数随地形位等级增大而增大,随植被覆盖度的增大而减少。1998—2003年和2008—2013年这两个时段,土壤侵蚀重心向东南方向移动,2003—2008年侵蚀重心向西北方向移动,...     

砒砂岩沟谷种植沙棘林防止土壤重力侵蚀的实践

黄河中游的砒砂岩区是我国土壤侵蚀最为严重的地区之一,也是黄河下游河道淤积物中粗泥沙的集中来源区之一。该区严重的重力侵蚀,构成了流域产沙的主体,并为水力侵蚀提供了丰富的泥沙来源。1999—2008年在砒砂岩裸露沟谷地段种植的沙棘林保存面积达1 642.86 km2,较好地减弱或消除了产生表层碎屑层的水热条件,起到了很好的拦截泻溜作用。据估算,砒砂岩区目前人工沙棘林平均减少的土壤侵蚀模数(重力)为4 833 t/(km2.a),年可减少土壤重力侵蚀量达741万t,为减少入黄粗泥沙发挥了很好的作用。     

走治理水土流失建设生态农业的新路子

<正>1 治理开发的成效延安市是黄河中游水土流失最为严重的地区之一.水土流失面积2.88万km~2,占总土地面积的78.4%,年平均土壤侵蚀模数9000t/km~2,严重的水土流失不仅是导致群众生活长期贫困的主要原因,也是制约经济、社会持续发展的重要因素.新中国建立之后,特别是“七五”以来,我们始终坚持把治理水土流失作为发展经济、脱贫致富的长期战略任务来抓,通过不断地实践、总结、认识和探索,全市的水土流失治理进入了讲求科学、注重效益、大现模治理开发的新阶段.到1996年底,全市共兴修基本农田25.16万hm~2,人均0.16hm~2,造林76.9万hm~2,种草37.18万hm~2,森林覆盖率由新中国建立之初的14.4%提高到42.9%;完成水土流失治理措施面积1.67万km~2,占水土流失总面积的58%.“七五”以来的11年间,年平均治 理面积超过1000km~2,治理速度是“七五”前的6.3倍.     

黄河中游地区侵蚀产沙规律及水保措施减洪减沙效益研究综述

 黄河中游的粗泥沙主要来源于河龙区间(河口镇至龙门)以及泾、洛、渭等几条支流,粗沙来源区与多沙来源区基本一致,形成所谓的多沙粗沙区。黄河中游多沙粗沙区面积为7.86万km2,以22.8%的面积产生了69.2%的总输沙量和772%的粗泥沙量。黄土丘陵沟壑区一副区的土壤侵蚀模数最高,达1万2420～3万6440t/(km2 ·a)。水土保持措施(梯、林、草、坝等)起到了很好的减洪减沙作用。多项有关河龙区间的研究成果(水文法)表明:20世纪70年代,水土保持措施年均减沙量为2.08亿～2.75亿t,80年代为3.20亿～4.48亿t,90年代(1990—1996年)为3.16亿t。泾河、洛河、渭河等支流,水土保持措施的减洪减沙效益也十分突出。森林植被通过林冠层、枯落物层和根系土壤层的分层拦截吸收,起到突出的减洪减沙作用。晋西、陇东等试点流域,人工林区与无林或少林区相比,减沙效益高达78%～96%,消除了洪峰流量及猛涨猛落的洪水过程,从根本上控制了土壤侵蚀。今后,应加强不同尺度流域间,水沙运移规律的尺度转换等有关研究。     

The vegetation cover dynamics (1982–2006) in different erosion regions of the Yellow River Basin,China

Vegetation significantly influences human health in the Yellow River basin and the plant cover is vulnerable to people. Typical types of erosion in the Yellow River basin include that caused by water, wind and freeze–thaw. In this paper, vegetation cover change from 1982 to 2006 was studied for a number of different erosion regions. The Global Inventory Monitoring and Modeling Studies Normalized Difference Vegetation Index (GIMMS NDVI) data were employed, while climatic data were also used for analysis of other influencing factors. It was shown that: (1) generally the vegetation cover in different erosion regions displayed similar increasing trends; (2) spatially the vegetation cover was highest in the water erosion region, the second highest was in the freeze–thaw region and the lowest in the wind erosion region; and (3) vegetation cover in the Yellow River basin is influenced by climate factors, especially by temperature. In water erosion regions, the temporal change of vegetation cover seemed complicated by comprehensive climatic and human influences. In wind erosion regions, the vegetation cover had close relations to precipitation. In freeze–thaw erosion regions, the vegetation cover was primarily altered by temperature. In all the three erosion regions, significant change of the vegetation cover occurred from 2000 just after the ‘Grain for Green’ (GFG) programme was implemented throughout China. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

用边际分析法确定黄河中游粗泥沙集中来源区

 为进一步寻找并治理对黄河下游主槽淤积危害最严重的粗泥沙集中来源区,根据1960年未建三门峡水库前自然水沙条件下下游河槽淤积物粒径组成,确定出黄河中游粗泥沙集中来源区界定中的粗泥沙界限为0.1mm。利用边际分析法在黄河中游多沙粗沙区确定粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2。该面积仅占黄河中游多沙粗沙区面积的23.9%,可产生的全沙、粒径大于0.05mm和0.1 mm的泥沙分别占同期多沙粗沙区相应沙量的34.5%、47.6%和68.5%。由此看出,该区是名副其实的粗泥沙集中来源区。     

黄河中游多沙粗沙区治理对黄河水资源的影响

黄河中游多沙粗沙区,特别是粗泥沙集中来源区的水土流失是黄河泥沙,特别是粗泥沙的主要来源,强化对该区的治理是减少入黄泥沙,特别是粗泥沙,效果最为明显,通过综合治理,在减少入黄泥沙的同时,也必然要减少入黄水量。但应看到,因减少了入黄泥沙,特别是粗泥沙,也会减轻下游河床淤积,因而减少了为维持下游"河床不抬高"而消耗的输沙用水量。研究表明,多沙粗沙区,特别是粗泥沙集中来源区治理程度越高,所节约的输沙水也越多。可以说,加强该区治理,可间接为黄河"增加"水资源。