不同土壤坡面产流产沙特征对比分析

通过不同坡度(5°,10°,20°)、不同质地土壤(粘土、砂土)的人工模拟降雨试验,对比研究粘土和砂土在不同坡度条件下的坡面产流产沙规律,并建立试验条件下坡面土壤侵蚀模型。结果表明:(1)粘土坡面和砂土坡面的产流规律相似,在相同试验条件下随着产流时间的延长粘土坡面和砂土坡面的产流率均先逐渐增加最后趋于稳定,同时随着坡度增大,粘土坡面和砂土坡面的产流率均逐渐变小,但粘土坡面达到稳定产流率的时间早于砂土坡面;(2)粘土坡面和砂土坡面的产沙规律相似,在不同坡度条件下粘土坡面和砂土坡面的产沙率均随产流历时呈先增大后降低的趋势,但粘土坡面的产沙能力小于砂土坡面,且在坡度为5°时两者之间的差别达到最大;(3)随着坡度增加,粘土坡面和砂土坡面的总产沙量的变化幅度均大于总产流量的变化幅度,即坡度对坡面侵蚀产沙的影响大于对径流的影响;(4)统计得出试验条件下粘土坡面和砂土坡面的土壤侵蚀量与坡度、产流时间的回归方程,并据此得出试验条件下粘土相对于砂土坡面的减沙能力方程。     

滇西高原不同地类坡面产流产沙规律研究

根据径流小区观测,对滇西高原主要典型地类的坡面产流产沙规律进行了研究。结果显示,灌木林和天然次生林,有较好的调节径流和减少土壤流失的作用,二者的产流量分别比坡耕地减少64．0％和63．7％,产沙量分别减少82．1％和74．5％;荒草地的产流产沙量分别比坡耕地减少19．9％和46．6％。产流量与产沙量均与降雨量和最大10min时段降雨强度呈显著幂函数关系,产沙量与产流量之间的线性关系显著。     

云南干热河谷不同坡面产流产沙研究

以元谋县典型干热河谷为研究区域,采用坡面径流泥沙小区定位观测方法,对不同处理坡面小区产流产沙特征进行了对比研究。结果显示,人工封禁小区有较好的调节径流和减少水土流失的作用,降雨量和降雨强度相同时,不论坡面产流量和产沙量,有人工封禁措施的小区比自然坡面小区都要小,雨季总产流量平均小39.04%,总产沙量平均小50.26%。     

巨尾桉工业原料林坡面产流产沙动态特征

[目的]分析对比3种不同土地利用类型3a坡面产流产沙动态变化,为巨尾桉工业原料的可持续经营管理服务。[方法]对云南省普洱市巨尾桉工业原料林、灌木林、撂荒地3种土地利用类型径流小区进行连续3年定位观测。[结果]2010—2012年研究区降雨集中在6—10月,3a降雨量逐年减少。径流小区年径流总量变化依次为:2012年2010年2011年,2012年径流总量比2011及2010年分别减少了52.28%和40.92%。2010—2012年6—10月坡面产流顺序依次为:巨尾桉工业原料林灌木林撂荒地,巨尾桉工业原料林比灌木林和撂荒地分别减少产流25.01%和30.86%。2010—2012年土壤侵蚀总量变化依次为:2012年2010年2011年,2012年土壤侵蚀总量比2011及2010年分别减少了41.83%和18.49%。3a间土壤侵蚀总量与年际径流总量变化趋势一致。巨尾桉工业原料林比灌木林及撂荒地分别减少土壤侵蚀量47.56%和50.69%,3个径流小区土壤侵蚀量大小顺序与产流量一致。[结论]巨尾桉工业原料林水土保持效益最为显著,防止水土流失的效益最佳。     

坡面产流产沙影响因素的灰色关联法分析

影响坡面径流的因素有降雨量、雨强、植被等诸多因子。在陕西省长武县王东沟小流域布设径流小区,采用灰色关联度的方法,对不同影响因子进行了对比分析,研究了降雨和植被对地表径流量和侵蚀量的影响。结果表明,降雨量与径流量、侵蚀量的关联度最大,各因子对径流量的影响系数排序为:降雨量>最大雨强>雨强>植被覆盖度,对侵蚀量的影响系数排序为:降雨量>雨强>最大雨强>植被覆盖度。植被覆盖度与径流量和侵蚀量的关系为:当覆盖度<25%时,径流量没有明显变化;当其>25%时,径流量随着覆盖度的增加减少;当覆盖度<50%时,随着覆盖度的增加,侵蚀量下降趋势明显;当其>50%时,随着覆盖度的增加,侵蚀量下降趋势趋于平缓。     

东北黑土区不同垄作坡面产流产沙过程

起垄种植是东北黑土区普遍的耕作模式,不同垄作坡面产流产沙规律尚不明晰、亟需研究。为此,基于野外放水冲刷试验,设计3个冲刷流量(30 L/min,60 L/min,90 L/min)和4种处理坡面(横坡垄作、斜坡垄作、无垄作、顺坡垄作),探究东北黑土区不同垄作坡面的土壤侵蚀差异。结果表明:(1)3种冲刷流量产流率和含沙量均随垄作措施改变呈持续波动趋势,但受冲刷流量影响二者变化规律不同。(2)4种垄作措施状况下,产流时间与冲刷流量均不相关,含沙量与产流时间均呈负相关; 其他试验条件下,因冲刷流量和垄作措施的差异出现不同相关性。(3)30 L/min,60 L/min两种冲刷流量下,侵蚀强弱表现为:顺坡垄作>无垄作>斜坡垄作>横坡垄作。冲刷流量90 L/min时,侵蚀规律变为:横坡垄作>顺坡垄作>斜坡垄作>无垄作,且横坡垄作与斜坡垄作的累积产沙量较30 L/min冲刷流量比分别增加了12.78倍和10.11倍。综上,小流量冲刷条件下横垄和斜垄可有效控制径流和水土流失,当冲刷强度增大后二者发生断垄恰是径流和泥沙发生变异的最主要因素。     

坡长对黔西北地区坡面产流产沙的影响

利用径流小区观测法探讨了坡长对黔西北地区坡面产流产沙的影响。结果表明,(1)坡面产流量随坡长的增加呈先减少后增加再减少的变化趋势,坡面产沙量随坡长的增加而增加,且产沙量与坡长之间呈线性关系。(2)坡面产流量和产沙量均与暴雨存在显著性相关,暴雨条件下坡面产流量占年产流量的35.1%~52.2%,坡面产沙量占年产沙量的67.4%~87.8%。(3)低雨强时,产沙量随坡长的增加无明显变化规律;中、高雨强时,产沙量随坡长的增加而增加,且产沙量与坡长之间的关系可用线性方程表示。(4)不同坡长条件下坡面产流量和产沙量均与降雨复合指数PI60存在较好的幂函数关系。(5)坡面产沙量与坡长、坡面产流量之间存在较好的幂函数关系,其关系式为:M=0.176(LH)1.261。     

坡面径流侵蚀产沙动力机制比较研究

分别利用坡面径流剪切力、坡面径流能耗和坡面径流单位水流功率理论对坡面土壤侵蚀发生过程进行了研究。研究结果表明,坡面径流平均输沙率与坡面径流平均剪切力之间均存在明显的线性关系,试验的土壤抗蚀性参数为178 5g/(Pa·min),径流临界剪切力为0 54Pa。根据径流能耗理论的计算结果表明,径流单宽输沙率和单宽径流能耗之间具有如下的线性关系式:Dr=14 61(ΔE-0 37),表明试验的土壤可蚀性参数为14 61g/J,临界单宽径流能耗为0 37J/(min·cm)。根据径流功率理论的计算结果,坡面径流功率与径流平均输沙率之间存在比较明显的线性关系,随着径流功率的增加,坡面径流输沙量明显增加,二者的线性关系为:Y=8942 2x-68 676。总体来说,3种理论在土壤侵蚀研究中的应用各有优势,其中坡面径流能耗理论相对简便并且误差较小,更利于对坡面土壤侵蚀过程进行描述。     

黄丘区野外坡面产流产沙过程对不同植被覆盖结构的响应

植被覆盖结构是影响坡面侵蚀过程的重要因素,通过在黄丘区罗玉沟流域开展自然植被覆盖坡面野外模拟降雨试验,分析了90 mm/h雨强条件下地下根系、地下根系+地表结皮层和地下根系+地表结皮层+植被冠层3种不同覆盖结构对坡面产流产沙过程影响。结果表明:植被根系层次对增强土壤入渗起主导作用,使土壤入渗量增加67%,稳定入渗率增加39.7%;3种植被覆盖结构中,地表结皮层对产流和产沙具有最好的调控作用,减流贡献率和减沙贡献率分别为43%和67%;根系小区和裸地小区累积产流量与累积产沙量之间呈幂函数关系,随着植被覆盖结构的叠加,累积产流量与累积产沙量之间呈线性函数的关系;多层次植被覆盖结构能够延长坡面侵蚀过程的发育期,缩短活跃期。研究结果对定量评价植被措施的减水减沙作用具有重要意义。     

坡面径流类型对侵蚀产沙及水沙传递关系的影响

降雨-径流格局对土壤侵蚀过程具有重要影响,以团山沟七号全坡面径流场1961-1969年间65次径流事件的径流泥沙数据为基础,选取历时、径流深和径流变率为径流过程的特征指标,采用K均值聚类和判别分析相结合的方法,将坡面径流划分为5种类型。其中,A型径流具有超长历时、低变率、小径流的特点,是较为特殊的类型,B、C型径流具有中长历时、中高变率、大径流的特点,D型径流具有短历时、低变率、小径流的特点,是最为普遍的类型。E型径流具有中历时、中变率、中径流的特点。不同径流类型下的输沙模数、平均含沙量及最大含沙量由大到小依次为:CBEDA,B、E、C型径流应是坡面径流调控的重点。不同径流类型输沙模数的差异主要来源于径流量(深)的变化,相同径流量(深)条件下,不同径流类型输沙模数的差异主要来源于由径流历时和径流变率所引起的水沙传递关系的改变;与A型径流相比,其作用使D、E、B、C型径流的输沙模数相对增大7.9、6.3、4.8和4.5倍,增大倍数随径流量(深)的增加呈逐渐减小趋势。通过构建包含主要径流特征指标的动力参数ξ,对不同径流类型及径流阶段的径流-泥沙传递关系进行数学描述,其最优回归关系均符合S=alnξ+b的一般形式,能合理解释不同径流类型及不同径流阶段含沙量变化的主要驱动因素。研究结果可为坡面径流类型划分、水沙传递关系构建、全面评估坡面径流调控系统的水土保持意义、进一步丰富坡面径流调控理论的内涵提供一定的参考。     

河岸边坡草被减流减沙效应及其坡面流水动力学特征

为研究草本植被覆盖对河岸边坡坡面流水动力学特征及产流产沙规律的影响,阐明坡面生物措施的减流减沙效益,在放水流量为5ml/s、坡度约为15°的条件下对不同草本植被覆盖类型的河岸自然边坡进行野外放水冲刷试验。结果表明:(1)植被覆盖坡面的初始产沙量均大于裸地,黄花蒿的产沙量最大(1.92g),其次是野豌豆(1.73g)、狼尾草(1.24g),裸地(0.96g)最小;从产沙趋势上看,裸地坡面的产沙过程呈先升高后下降的趋势,而狼尾草、野豌豆、黄花蒿则呈整体递减趋势;(2)4种不同下垫面边坡土壤稳定入渗率介于2.10~4.30之间,狼尾草(4.30mm/min)最大,野豌豆(3.91mm/min)、黄花蒿(3.10mm/min)次之,裸地(2.10mm/min)最小,且入渗过程均符合Horton入渗公式:i=i_c+(i_0+i_c)e~(-kt);(3)各草本植被覆盖坡面的减流效益按大小排序为狼尾草(57.41%)野豌豆(40.74%)黄花蒿(37.03%);减沙效益大小排序为狼尾草(55.73%)野豌豆(45.71%)黄花蒿(26.89%);(4)3种草本植被坡面的径流流速及费汝德数均小于裸地,而雷诺数与裸地相比差异不大,均分布在32.46~33.90之间;各植被坡面的Darcy—Weisbach阻力系数及糙率系数分别是裸地的3.96~12.85倍和1.96~2.52倍。研究结果可为进一步揭示草被的减流减沙作用及土壤侵蚀动力过程提供理论依据。     

高边坡工程堆积体产流产沙特性研究

工程堆积体在强降雨条件下极易发生严重的水土流失,成为某些建设项目主要的水土流失来源。为了系统揭示高边坡工程堆积体的土壤侵蚀特点,在建设的3个坡度(24°,28°和32°)、宽5m、坡长20m的小区上进行放水冲刷试验。结果表明,产流量、产沙量与放水流量、坡度之间存在线性正相关关系,即随着放水流量、坡度的增大,产流量、产沙量在不断增大。临界产流放水流量和临界产沙放水流量均说明工程堆积体下渗强烈。由于下渗强烈,流量较小时(30L/min),坡度对产流量的影响不明显。试验条件下产流量和产沙量存在密切的幂函数关系,具体表达式是Ms=0.560 W~(0.886)。     

工程堆积体坡面产流产沙特性的现场试验

通过不同流量(35,45,55L/min)、不同坡度(24°,28°,32°)的野外放水冲刷试验,对工程堆积体坡面产流产沙的时空变化特性进行了研究。结果表明,径流强度与放水强度、产沙率密切相关,三者之间呈多元线性相关;坡面径流强度随冲刷时间呈波动式增大趋势;平均含沙量和产沙比均随坡度增大呈先增后减的趋势,峰值出现在坡度为28°时;径流强度和产沙率在冲刷时间为10min时出现第一个峰值;坡面产沙过程呈现产沙率剧增、波动和稳定发展3个阶段;累计产沙量与累计径流量呈线性关系。试验结果可为工程堆积体坡面水土流失预报模型的构建提供验证数据。     

草被覆盖、雨强和坡度对黄土坡面径流含沙量的影响

径流含沙量的大小体现水沙关系的消长和演变,可以作为评价植被影响下径流和产沙的交互演变过程特征的重要指标。通过人工降雨试验,研究不同草被覆盖度变化在不同雨强和不同坡度条件下对黄土坡面径流含沙量的综合影响特征。结果表明：(1)草被盖度越大,坡面径流的初始产流时间越滞后。有草被覆盖坡面的径流含沙量随降雨历时变化为降雨前15 min有波动,但总体上呈降低趋势,之后达到稳定,且有草被覆盖坡面的径流含沙量显著低于裸地。(2)径流平均含沙量均随雨强和坡度的增大而增大,平均含沙量对雨强和坡度的响应均可用幂函数方程描述,R²分别为0.823～0.974和0.880～0.971。随着盖度的增加,平均含沙量降低,且雨强对平均含沙量的影响随盖度的增加而减弱。平均含沙量对盖度的响应可用线性方程描述,R²为0.732～0.979。(3)径流平均含沙量对盖度和雨强(R²=0.822,NE=0.921,p<0.01)及对盖度和坡度(R²=0.975,NE=0.697,p<0.01)的响应关系皆可用二元幂函数方程描述,径...     

喀斯特地区坡面径流对产沙的影响

贵州省关岭县蚂蝗田小流域属典型喀斯特流域,根据小流域2009—2012年6个坡面径流小区的定位观测资料,研究了乔木林（黄花梨）、灌木林（女贞）、撂荒草地三种不同植被类型下坡面径流对产沙的影响。结果表明:三种植被类型的产流次数相同,但产沙次数存在较大差异,表现为荒草地 > 乔木林 > 灌木林;灌木林与乔木林的年均径流量相差不大,荒草地的年均径流量是它们总和的2倍;荒草地的年均产沙量最大,为55.17 t/km²,是灌木林的11倍,乔木林的6倍;乔木林的产流量与产沙量无明显相关关系;灌木林表现出线性关系,拟合方程为y=0.1707x+0.2526,R²值为0.48;荒草地表现为幂函数关系,拟合方程为y=0.3246x^1.2965,R²值为0.64。     

不同石漠化程度土地坡面产流特征分析

采用人工模拟降雨试验,研究了不同石漠化程度土地坡面产流特征。结果表明:中度和重度石漠化土地地表径流特征相似,但其与潜在、轻度和极重度石漠化土地差异明显。当雨强小于40 mm/h时,潜在石漠化土地难产生地表径流,当雨强达到55 mm/h,连续降雨34 min其开始产流;当雨强在51～60 mm/h之间时,其径流强度围绕3 mm/h小幅波动,当达到61 mm/h以上时,其径流强度随着降雨时间的延长而增大。轻度石漠化土地产流时间随着雨强的增大而变短,但其径流强度差异不大,介于2～5 mm/h之间。中度和重度石漠化土地地表径流呈现峰谷相间的特点。极重度石漠化土地裂隙、节理极为发育,洼地内多漏斗、落水洞,集流面积小,雨强增大后产生的径流变化幅度不明显。     

不同雨强条件下工程措施对坡地产流产沙影响

基于试验站不同坡地措施（坡耕地和坡改梯）2016年和2017年的逐日降水、产流产沙数据,研究不同坡地措施和雨强下产流产沙规律特征,定量揭示坡改梯和坡耕地对产流产沙的影响。结果表明：（1）7月平均雨强I、最大雨强I₃₀及坡地产流量最大,8月最大雨强I₆₀与坡地产沙量最大,表明坡地产流产沙高峰期与雨强高峰期一致。（2）春夏两季产流、产沙量与I、I₃₀和I₆₀相关性显著（超过95%置信度检验）。其中坡耕地产流产沙量与I、I₃₀、I₆₀的相关系数整体高于坡改梯。春夏季坡耕地产沙量分别是坡改梯的3.91,7.85倍。（3）降雨主要集中在I（1~3 mm/h）、I₃₀（3~29 mm/h）、I₆₀（2~27 mm/h）之间,且坡地产流产沙量与最大雨强I₃₀、最大雨强I₆₀在95%置信度水平呈现显著正相关。当I₃₀达到29.0 mm/h、I₆₀达到26.6 mm/h时,坡地产流产沙达到最大,坡耕地产流产沙峰值是坡改梯的2.43,7.52倍以上,并且坡耕地全年产流产沙变异系数总体高于坡改梯,因此坡改梯工程在一定程度上防治了水土流失,使产流产沙变化减小。     

作物与坡度交互作用对坡面径流侵蚀产沙的影响

利用人工模拟降雨试验,通过观测作物不同生长阶段、不同坡度径流量和土壤流失量的动态变化过程,研究作物和坡度对坡面土壤侵蚀的共同影响.结果表明:作物和坡度均对坡面径流的形成、发展产生较大的影响.与裸地相比,种植玉米条件下,坡面地表径流量平均减少23.80％,土壤流失量平均减少44.25％,玉米对坡面产流产沙的抑制作用随玉米生长逐渐增强,坡面产流产沙量均随坡度的增加而增大.作物幼苗期的坡面径流量和土壤流失量主要受坡度的增强作用控制,至作物生长旺盛期,作物种植对坡面产流产沙的抑制作用成为主导因素.作物的存在可在一定程度上削弱坡度对产流产沙的增加作用,有效降低坡面的水土流失量.