土壤前期含水量对弃渣坡面侵蚀特性影响的模拟试验

利用室内人工模拟降雨试验,研究弃渣前期含水量在不同降雨强度条件下对土壤坡面入渗、产流和产沙特性的影响.结果表明:弃渣坡面入渗率随时间呈幂函数变化.在雨强较小(0.64 mm/min)的情况下,含沙率在产流初期会出现峰值,之后随时间递减,前期含水量越高,峰值出现的越早,土壤前期含水量对土壤侵蚀量的影响符合幂函数变化规律.在1.05 mm/min降雨强度条件下,含沙率变化呈波动性增长趋势,无明显峰值.土壤前期含水量对土壤侵蚀量影响呈二次多项式关系,计算得出土壤流失量最少的最优前期含水量为9.65%.     

黄土丘陵区不同坡度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

降雨特征和坡度是影响土壤入渗过程的重要因素,在植被恢复过程中,其对土壤入渗特征的影响可能会有所不同。选取黄土丘陵区6个坡度(5°,10°,15°,20°,25°和30°)的撂荒草地(2年)径流小区(5 m×20 m),观测自然降雨条件下(共计34场降雨,产流11场)植被生长旺期(7—9月)土壤入渗特征,研究降雨过程参数(降雨量、平均雨强、降雨历时和I_(30))、坡度和植被盖度对坡面入渗特征的影响。结果表明:(1)11场产流降雨不同坡度土壤入渗量总体变化范围为6.58～70.91 mm,入渗补给系数为0.83～1.00,入渗率为0.22～19.35 mm/h;(2)土壤入渗量随降雨量呈线性增加(R~2=0.99,p0.01),入渗补给系数随I_(30)呈指数降低(R~2=0.91,p0.01),平均入渗率随降雨强度呈线性增加(R~2=0.71,p0.01),随降雨历时呈幂函数降低(R~2=0.99,p0.05);(3)坡度增大使得径流位移增长,导致入渗量、入渗补给系数和平均入渗率整体随坡度增大而呈幂函数增加,但当坡度25°时,因径流势能沿坡面方向分量增加,径流流速加快,上述入渗特征参数略有降低;(4)由于降雨量在植被生长周期内呈下降趋势,很大程度上导致植被对入渗特征的影响受控于降雨量,土壤入渗量表现出随着植被盖度的增加呈幂函数显著下降的趋势。总体而言,降雨特征和坡度是影响土壤入渗的主要因素,且土壤入渗特征参数可表示为降雨过程参数和坡度的综合幂函数方程;在入渗补给系数较高的情况下,植被覆盖对土壤入渗特征的影响减弱。研究结果对于坡面尺度降雨径流调控机制和生态水文过程研究具有重要意义。     

植被覆盖度对黄土高原地区土壤入渗及产流影响的试验研究

通过野外人工模拟降雨试验,研究了植被覆盖度变化对土壤含水率、坡面入渗及产流的影响,为揭示植被作用下土壤侵蚀产沙机理提供支撑。研究结果表明:1植被覆盖度不同,表层土壤含水率在降雨前后会有很大差异,其增加幅度随着植被覆盖度增加而增大,同时随着植被覆盖度增加,降雨对深层的土壤含水率影响将更为显著;2植被覆盖对初始入渗率、稳定入渗率的影响比较明显,植被覆盖度越高,稳渗率越大,达到稳渗状态的时间越短;3与裸坡面相比,草被坡面有显著的减流效应,随着植被覆盖度提高产流系数有减小趋势,在植被覆盖度达到18%以上时产流系数减小趋势才比较明显,但在暴雨条件下,即使植被覆盖度达到了50%以上,出现产流的时间仍比较短。     

太行山区侧柏林地人工降雨下的入渗特性

对降雨入渗的研究是揭示华北地区水源地来水量变化研究的基础。运用人工模拟降雨,在2个2m2的径流小区(编号为P1、P2,坡度分别为19.6°,11.7°)上研究了太行山区侧柏林地的入渗特性,分析了雨强、土壤前期含水量和坡度对入渗的影响。结果表明:(1)入渗过程经历了供水控制阶段和剖面控制阶段,在供水控制阶段,降雨全部入渗,雨强越大,初始入渗率越大;在剖面控制阶段,表观入渗率逐渐降低并直至稳定,而P2小区的首场降雨中表观入渗率却呈现出"先降低后升高"的特点且供水控制阶段时间更短;(2)雨强越大,初始入渗率越大。在P1小区,表观稳定入渗率随雨强增大而增大,这一现象并没有在P2小区出现;(3)土壤前期含水量越大,供水控制阶段的时间越短;对比场次降雨下的土壤负压势变化表明湿润锋运动速度随土壤前期含水量的增加而增快;(4)坡度较大的P1小区(19.6°),其平均表观稳定入渗率较大(0.57mm/min),P2小区(11.7°)的平均表观稳定入渗率较小(0.35mm/min)。     

喀斯特地区块石出露坡面入渗特征

为探明喀斯特地区不同块石出露坡面土壤入渗对降雨的响应特征,通过野外人工模拟降雨试验,研究喀斯特坡面4种块石出露条件和5种雨强对入渗的影响。结果表明:(1)在雨强一定的情况下,除在雨强为30 mm/h时块石裸露率的大小对坡面入渗无明显影响,在其余较大雨强下,块石裸露率为5.4%对入渗影响较小,块石裸露率为13.1%抑制入渗,块石裸露率为42.9%促进入渗,在降雨前期,块石的存在对入渗均有促进作用。(2)在块石裸露率及降雨量一定的情况下,随着雨强的增大,坡面的入渗量呈明显下降趋势,而平均入渗速率整体呈现先增大后减小随后又增大的趋势;在降雨前期,随着雨强的增加,入渗量呈先减少后增加的波动性变化,前期入渗率随着雨强的增大而增加,拐点均出现在雨强为90 mm/h。(3)在对入渗过程进行模拟后发现,方正三公式在有块石出露坡面上的的拟合效果比Kostiakov公式的拟合效果更好。     

(土娄)土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区。本文基于室内坡地降雨实验,分析了塿土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓。雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显。     

土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区.本文基于室内坡地降雨实验,分析了(土娄)土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓.雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显.     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。     

坡面水土流失观测分析

本文作者在实地观测资料的基础上,分析了降水量、雨强、土壤入渗及不同植被对水土流失的影响,认为雨强是影响径流速率的主导因子,雨量是影响径流量的关键,建造植被、增强土壤入渗是防止水土流失的有效途径。     

人工草地覆盖条件下降雨入渗影响因素的实验研究

目前关于降雨入渗的研究很少同时探讨多种因素的影响及相应的定量关系，该文在植草坡地人工模拟降雨实验基础上，分析了人工草地盖度、雨强、土壤质地等因素对黄土坡面降雨入渗规律的影响。研究结果表明：当其他条件不变时，草地盖度越大，初始和稳定入渗率更高，入渗补给系数越大。在其他条件一定时，雨强越大，初始和稳定入渗率都越大，累积入渗量和入渗补给系数也更大。同等条件下黄绵土入渗性能优于土娄土。不同雨强下，黄绵土坡面降雨入渗率可最终表示为降雨历时和草地盖度的两参数函数；土娄土入渗率和累积入渗量均可表示为时间和草地盖度的两因素函数关系；黄绵土入渗补给系数可描述为草地盖度和雨强的两因素函数关系。     

Controls of infiltration–runoff processes in Mediterranean karst rangelands in SE Spain

Semiarid karst landscapes represent an important ecosystem surrounding the Mediterranean Basin for which little is known on runoff generation. Knowledge of the sources and patterns of variation in infiltration–runoff processes and their controls is important for understanding and modelling the hydrological functions of such ecosystems. The objectives of this paper are to determine the infiltration rates and their controls in a representative mountain karst area (Sierra de Gádor, SE Spain) at micro-plots and to investigate the integrated response of rainfall on a typical hillslope. Rainfall simulations in micro-plots and natural rainfall-runoff monitoring on a hillslope were carried out complementarily. We investigated the role of soil surface components (vegetation, rock outcrop, fracture, and soil crust), topographic position, antecedent soil moisture, and rainfall characteristics in regulating infiltration–runoff processes. Results of rainfall simulation revealed the importance of vegetation cover and the presence of rock fractures in promoting the infiltration in the limestone karst landscape, while bare patches and rock outcrops acted as sources for runoff. All plots with > 50% vegetation cover had no runoff with up to 55 mm h^− 1 of simulated rain. In contrast, nearly all bare plots had runoff under the same simulated rain, with runoff coefficients ranging from 3.1 to 20.6% on dry soil surface conditions, and from 2.0 to 65.4% on wet soil surfaces. Runoff coefficients amounted to 59.0–79.5% for rock outcrops without cracks, but were drastically reduced by the presence of cracks. The surfaces with rock fragments resting on the soil (generally located in the middle of the slopes) prevented more effectively the runoff generation than those surfaces where rock fragments were embedded in the top soil. Antecedent soil moisture had significant impact on runoff generation, with wet soil having doubled runoff coefficient, shortened time to runoff, and increased runoff rate compared to the same but dry soil. Linear regressions indicated that the main controls for constant infiltration rate were the cover percentages of vegetation and litter, plus rainfall intensity; while the major controls for runoff coefficient were the bare soil and vegetation coverage, plus rainfall intensity. High infiltration rates measured at the micro-plots agreed with low intra-event runoff coefficients (mostly below 1%) observed under natural rainfalls at the hillslope. Runoff depth and coefficient at the hillslope was significantly correlated with rainfall depth, maximum hourly rainfall intensity and antecedent precipitation over 20 days (AP₂₀). During the 1.5-year monitoring period from Sep-2003 to Mar-2005, the overall infiltration was 41% of the total rainfall amount and the maximum infiltration rate was almost 94% of the largest single rainfall event. The results from this study contribute to improved understanding of the magnitude and controls of the surface runoff in semiarid karst mountain areas.     

模拟降雨下前期含水量对黄绵土坡面产流产沙过程的影响

为探究不同前期土壤含水量条件下坡面产流产沙特征及产流产沙关系，以安塞黄绵土为研究对象，通过设置6个前期土壤含水量处理(5%,10%,15%,20%,25%,30%),采用室内人工模拟降雨试验来系统研究前期土壤含水量对坡面产流产沙过程的影响。每个含水量处理设置2个重复，坡面坡度为15°,设计雨强为90 mm/h,降雨历时为1 h。结果表明：(1)随着前期土壤含水量的升高，坡面初始产流时间幂函数减小，产流量线性增大。(2)坡面土壤流失量随前期土壤含水量增大呈幂函数增加，高含水量组(29.3%)土壤流失量分别是低含水量组(5.8%和10.6%)和中含水量组(15.3%,20.4%,25.1%)的86.1,8.9倍。当前期含水量接近饱和时，坡面侵蚀加剧，土壤流失量迅速增加。(3)不同前期土壤含水量条件下坡面产流量与产沙量呈幂函数关系，当产流速率超过1.4 L/min,产沙量迅速增加甚至翻倍，呈“水大沙多”的特点。前期土壤含水量通过影响入渗产流和改变径流泥沙关系双重作用来影响坡面产沙。因此，对黄绵土坡面而言，应注意防范连绵持久降雨后暴雨或特大暴雨所造成的水土流失问题，可采取耕作、植被覆盖等措施维...     

近地表土壤水分条件对坡面土壤侵蚀过程的影响

 采用人工模拟降雨实验,研究近地表土壤水分条件对安塞黄绵土和杨陵塿土土壤侵蚀过程的影响,尤其是土壤水分饱和条件下的土壤侵蚀过程。结果表明:土壤质地对入渗和径流过程有较大影响。对同一质地的供试土壤,随着前期近地表土壤含水量的增大,入渗量减少,而径流强度增大,坡面初始发生产流时间也越早。当前期近地表土壤含水量相近时,杨陵塿土的初始产流时间早于安塞黄绵土,坡面径流量和侵蚀产沙量也随前期近地表土壤水分含量的增加而增大。对于安塞黄绵土,当前期土壤含水量分别为饱和含水量的100%、75%和50%时,其径流量分别占饱和含水量的25%时的2.5、2.2和1.3倍,其侵蚀产沙量分别为50、25和1.3倍。而对于供试土壤为杨陵塿土,当前期土壤含水量分别为饱和土壤含水量的100%和50%时,其径流量分别是占饱和土壤含水量的25%时的1.1和1.0倍,其侵蚀产沙量分别为6.5和2.0倍。在降雨过程中,前期土壤含水量越大,片蚀发展为细沟侵蚀的时间越早,而且细沟侵蚀也越严重。     

Effects of rainfall intensity and antecedent moisture on the steady-state infiltration rate in a semi-arid region

Abstract. The infiltration and runoff responses of degraded and non-degraded semi-arid land surfaces were investigated by rainfall simulation in the Lowveld of Swaziland. The hydrological response of the soil was controlled by changes in the properties of the soil surface, the nature of which was dependent upon rainfall intensity and antecedent moisture, as well as upon soil type and condition. Rather than there being one final steady-state infiltration rate for a given soil type and condition (i.e. a constant of soil response), the final rates achieved were variable for each soil type and condition, and depended upon rainfall intensity and antecedent moisture. The implications of this for soil use and management in terms of infiltration measurement and runoff assessment are considered.     

坡耕地土壤水分入渗影响因素分析

介绍了千年生态系统的目的、任务、概念框架、实施过程及服务对象等，并提出了中国应该采取的对策。千年生态系统评估的目的是提高对生态系统的管理水平，为决策者提供信息。其任务是评估生态系统现状、预测生态系统的未来变化、提出对策、在典型地区实施评估计划。     

鄂西南路基边坡影响土壤侵蚀量因素分析

为深入了解路基边坡土壤侵蚀过程及其影响因素,以位于鄂西南的湖北沪蓉西高速公路恩施至利川段公路路基边坡作为研究对象,在天然降雨条件下进行土壤侵蚀观测,对路基边坡土壤侵蚀的主导因子进行分析判断.结果表明,影响土壤侵蚀量的最主要因素是降雨过程,总体上降雨量、降雨历时和降雨强度对土壤侵蚀量产生的影响较为接近;在坡度较缓的坡面,降雨量的影响大于降雨强度,而在坡度较陡的坡面,降雨强度的影响大于降雨量;在以时间为变化序列的因素中,对土壤侵蚀的影响大小顺序依次为:降雨>土壤含水量>植被覆盖度;土壤侵蚀量与坡长、坡度均不存在显著相关关系,与坡长相比,土壤侵蚀量对坡度的变化更为敏感.     

室内模拟降雨条件下土壤水分入渗及再分布试验

降雨入渗对城市绿化、防洪排涝、农业生产等方面有着重要的意义。采用室内模拟降雨,使用时域反射仪采集相关数据,从土壤含水率变化特征和湿润锋运移特点等方面,研究了在垂向一维条件下不同雨强降雨对水分入渗的影响,探讨在降雨条件下土壤水分的再分布情况,从而确定试验所用砂壤土保水性最优土层范围。结果表明：降雨结束后,土壤水分的再分布主要受土水势控制,随着时间的延长,蒸发作用逐渐占据主导地位;试验所用砂壤土的最佳保水性土层深度为20～35 cm,可为植物的选栽提供参考。