自然降雨雨型变化对坡面细沟间侵蚀的影响

通过野外微小区原位观测试验,基于降雨过程中降雨的集中时段对2017—2021年34次侵蚀性降雨雨型进行划分,系统分析雨型变化对黄土坡面细沟间侵蚀的影响及坡度效应。结果表明:研究区以前期型降雨为主,占总场次的52%,中期型和后期型降雨各占24%。中期型降雨对总产流量的贡献(25.56%±3.83%)显著低于前期型(36.70%±2.07%)和后期型(37.74%±4.01%)(p<0.05)。不同雨型场均径流量依次为后期型>中期型>前期型,后期型和中期型降雨显著高于前期型。而降雨的场均产沙量则表现为后期型>前期型>中期型,且后期型降雨显著高于中期型(p<0.05)。雨型对细沟间侵蚀影响的坡度效应变化不明显,但随着坡度增大,后期型降雨的场均径流量和产沙量均大于前期型和中期型,说明后期型降雨的产流产沙对坡度变化相对较为敏感。次降雨径流量、坡度和降雨参数组合与次降雨产沙非线性拟合中,方程决定系数后期型(0.939~0.942)>中期型(0.776~0.845)>前期型(0.220~0.537),说明区分雨型模拟可提高模拟精度。     

曲线数值法(SCS模型)在北京温榆河流域降雨－径流关系中的应用研究

为研究北京城市化进程中降雨-径流关系变化,在温榆河流域应用SCS模型,对该流域部分实测次降雨-径流过程及不同频率年降雨-径流进行模拟,得出SCS模型在温榆河流域预测径流是可行的,无论哪种前期土壤湿润条件,不同频率降雨的年径流量随着时间的推移有增大的趋势,相同前期土壤湿润情况下年径流量绝对增量顺序为,丰水年＞平水年＞枯水年,而相对增量是枯水年＞平水年＞丰水年.相同前期土壤湿润程度及相同频率降雨条件下,城市化水平越高,径流量越大.     

滇池西岸山地区域SCS-CN模型优化

[目的] 模拟计算滇池西岸山洪产流量,为该区面山截洪设施的修建,减少山洪灾害和保护滇池水环境提供科学决策的依据。[方法] 基于SCS-CN产流模型,选取昆明滇池西岸山地区域2019,2020年的33场实测降雨径流数据,通过坡度结合前期影响雨量对CN值进行分级优化设定。采用穷举法对λ进行优化取值。再以2021年的19场实测降雨径流数据验证优化SCS-CN模型的模拟精度及其参数适用性。[结果] ①采用坡度及前期影响雨量分级优化得到的CN值仅适用于降雨量＜30 mm的中小型降雨;对于降雨量≥30 mm的强降雨,需根据场次降雨前5 d的降雨总量采用线性内插法对标准SCS-CN模型中AMC等级进行修改,再确定对应的坡度CN修正值。②适合滇池西岸山地区域中小型降雨和强降雨的最佳初损系数λ值分别为0.15,0.2。③经验证,中小型降雨和强降雨下的NSE值分别为0.852 2,0.797 8,模型合格率分别为93.33%和75%。[结论] 优化的SCS-CN模型用于滇池西岸山地区域＜30 mm的中小型降雨和≥30 mm的强降雨情况下的产流计算是可行的,可为该区地表径流预测及SCS-CN模型的进一步优化提供科学依据和理论参考。     

SCS模型在干热河谷区坡面产流模拟中的应用

 为探索干热河谷泥石流多发地区的降雨产流机制,选择地处云南省东北部干热河谷区的蒋家沟流域,利用径流小区野外双环下渗试验的结果,确定径流小区中各土壤水文类型,根据蒋家沟实际情况,用前期影响雨量代替前5d降雨总量来确定各径流场中土壤的前期湿润程度,然后利用实际观测的5次降雨—径流资料,运用SCS模型对5个不同土地利用类型的径流小区进行降雨产流模拟,通过校正初损Ia和CN参数,得到模拟结果。结果表明,与实测资料相对比,各次降雨中模拟的径流量与实测值的误差平均值分别为4.32%,5.30%,9.59%,7.99%,5.26%,可信度较高,说明SCS模型可以应用于干热河谷区坡面降雨产流的估算,研究成果可为该地区降雨—径流模型提供参考。     

SCS模型在干旱半干旱区小流域径流估算中的应用

SCS模型是一个只需查与前期降雨量、土壤类型和土地利用方式相关的参数CN(Curve Number),就可计算径流量的模型。但是地区间CN值差别很大,很难获得适合本地区的CN值。利用定西安家沟流域小区1986～1988年的降雨径流观测数据反算CN,然后在统计软件,SPSS下利用逐步回归和曲线模拟函数模拟CN与降雨量、前5天降雨量和坡度的关系,最后得出不同土地利用方式下CN与上述三个因素的关系,并得出相应的模拟曲线。利用1989年的降雨径流时间对模拟结果进行检验。证明得到了较好的结果。     

基于修正SCS-CN模型集雨垄径流预测

为了探寻半干旱区垄沟集雨种植控制水土流失和增产的机理,利用前2年(2012—2013年)日降雨量、实测径流和修正SCS—CN模型,率定集雨垄的径流模型参数CN、λ和α,然后利用后3年(2014—2016年)日降雨量和实测径流资料检验该模型有效性,预测不同覆盖材料(土壤结皮、生物可降解地膜和塑料地膜)和不同垄宽(30,45,60 cm)集雨垄的径流量。结果表明,土壤结皮覆盖集雨垄、生物可降解膜覆盖集雨垄和塑料地膜覆盖集雨垄的CN取值范围分别为82.0~82.9,97.9~98.8,98.3~99.9,λ取值范围分别为0.045~0.071,0.251~0.327,0.189~0.213,α取值范围分别为2.35~2.89,4.21~4.82,3.32~3.99。通过对模型有效性进行评价,土壤结皮覆盖集雨垄、生物可降解膜覆盖集雨垄和塑料地膜覆盖集雨垄的平均相对误差取值范围分别为1.36%~3.41%,1.21%~3.42%,2.48%~5.42%,纳什效率取值范围分别为0.97~0.98,0.97~0.98,0.96~0.98。日降雨量等级对修正SCS—CN模型参数CN、λ和α的影响不明显,不同覆盖材料之间的CN、λ和α差异远大于不同垄宽之间的CN、λ和α差异。修正SCS—CN模型集雨垄径流预测的相对误差满足要求(≤20%),可信度较高(纳什效率≥0.95),可以用于半干旱区集雨垄的径流预测,为控制水土流失和提高降水利用效率提供科学方法。     

径流曲线法在东北半干旱区几种土地利用方式径流估算中的应用与改正

探讨径流曲线法(SCS—CN法)在不同土地利用方式中的适用性,为该方法评价水保措施提供一定参考。选择东北半干旱区径流小区监测资料,采用同时率定径流曲线数(CN)与初损率(λ)的方法,分析SCS—CN法在评价水保措施与耕作方式的可行性。结果表明:(1)干旱情况下(AMC1),最优λ值为0.05时,不同土地利用方式模拟不理想;利用改正潜在蓄水能力(S)方法得到的裸地、等高沟垄和顺坡垄作结果较为理想,对应CN1值分别为87.54,68.49和60.46,最优λ值为0.40。(2)水平槽、地埂植物带和水平梯田结果不理想,当实测径流量>10mm时,计算值过大,利用径流系数比改正后,模拟精度有较大提高,是适合水保措施的改正方法。(3)正常(AMC2)与湿润(AMC3)情况下数据量有限,保持最优λ值不变,改正S值,模拟效果较为理想,是适合干旱地区的估算方法。     

SCS模型在红壤土坡地降雨径流量估算中的应用

由于地区间的CN参数差异很大,导致运用SCS模型计算降雨径流时不同使用主体的主观性太强。为了获得适合红壤地区的CN参数,利用江西省德安县燕家沟流域观测小区2001-2003年的降雨径流资料反算CN。然后通过SPSS软件对降雨量与CN参数进行回归模拟,得到不同小区的CN模拟函数。最后利用2004年的降雨径流数据对模拟结果进行检验,得到了可信度较高的结果,同时说明了SCS模型估算红壤土流域径流量的可行性。     

模拟降雨条件下黄土区SCS模型的参数率定

开展径流模拟的相关研究,是进行土壤侵蚀预报和水土流失防治的重要基础。SCS模型是较为常用的一种径流计算模型。模型中的两个参数初损率λ和径流曲线数CN对于模型准确计算地表径流有重要意义。通过对杨青川流域22场不同土地利用类型人工模拟降雨资料,应用穷举法对该地区运用SCS模型时初损率和径流曲线数进行了率定。结果表明:(1)在黄土区,运用标准SCS模型模拟人工降雨条件下的径流深有较大误差,且模拟值均偏小1.1~3mm。(2)初损率λ和径流曲线数CN都是模型的敏感性参数,且λ值敏感性更高。(3)运用穷举法的方式进行了各参数的率定后,得到在草地类型,SCS模型最适宜的初损率为0.13,径流曲线数为65;裸地类型最适宜的初损率为0.03,径流曲线数为83。优化后的模型能更好地模拟径流深,均方根误差、相对误差均显著减小,纳什系数有显著增大,能为该地区关于地表径流的模拟计算提供理论参考,具有重要意义。     

福建省长汀县不同水保措施的减流减沙效应

[目的]揭示福建省长汀县不同水保措施的减流减沙效应,为南方红壤侵蚀区治理水土流失提供科学的依据。[方法]以福建省长汀县水土保持科教园7种水保措施为研究对象,利用K均值聚类的方法将降雨特征划分为4类雨强和雨型定量研究径流泥沙,分析不同水保措施及雨型下的减流减沙效益。[结果](1)小区ZG(小平台+种果)与MWS(马尾松纯林)减流率最为显著;小区BC(全坡面种植+播草)和ZG减沙效果最为显著。(2)径流量与降雨量呈显著正相关,径流泥沙量在不同雨型下差异不显著,径流量与植被盖度显著相关;(3)同一雨型下,不同水保措施处理的减流减沙效果均显著。[结论]水保措施与对照小区的年径流量差异极其显著,减流减沙率受雨型影响较小,径流泥沙量与植被盖度、土壤有机质存在显著相关。     

不同雨型下紫色土区坡耕地产流产沙特征

利用遂宁水土保持试验站5个径流小区1984—2015年次降雨和径流输沙数据,基于降雨过程定量划分出4种雨型,分析了雨型对不同坡度坡耕地产流产沙的作用。结果表明:径流深与各时段最大雨强均呈极显著相关(p0.01),随着坡度的增加,最大相关系数所对应的雨强时段越短;冲刷量均与Ⅰ平均呈极显著相关,且相关系数最大。径流深、冲刷量与雨强拟合关系均为幂函数,分别为"凸型"和"凹型"增函数,且拟合度区间分别为[0.79,0.88]和[0.90,0.97],说明冲刷量和雨强的关系更密切。各雨型下的产流产沙量随坡度的增大而增大,同一坡度下基本表现为雨型Ⅳ(短历时、大雨强)雨型Ⅲ(中历时、中雨强)雨型Ⅱ(长历时、中雨强)雨型Ⅰ(长历时、小雨强),其中,雨型Ⅳ明显大于雨型Ⅰ且达到显著水平(p0.05),且在15°小区的响应最为明显。雨型Ⅳ是造成该区坡耕地水土流失的主要降雨类型,且径流深和冲刷量随坡度的增大而增加,故应在水土保持工作中着重采取相应措施进行防治。     

典型泥石流小流域降雨和土地利用对坡面侵蚀的影响

[目的]揭示泥石流小流域降雨和土地利用对流域内坡面侵蚀的影响和作用,为泥石流的生态治理提供科学依据。[方法]以白龙江流域一级支沟——甘家沟泥石流小流域为研究区,基于该流域已建的5个径流小区(裸地、坡耕地、草地、土坎梯田、经济林地)连续5年的观测资料,利用K-均值聚类法,选择降雨量(P)、降雨历时(D)和最大30 min降雨强度(I₃₀)3个降雨指标,将该流域46次侵蚀性降雨事件划分为3类雨型(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型),以平均径流系数和平均土壤流失量为主要指标,定量化分析了不同降雨雨型和土地利用类型对坡面产流产沙的影响和作用。[结果]径流和土壤流失对降雨的响应存在差异,平均径流系数为Ⅰ型降雨最高,其次为Ⅲ型和Ⅱ型降雨;土壤流失量为Ⅱ型降雨>Ⅰ型降雨>Ⅲ型降雨。最大30 min降雨强度与5种土地利用类型的径流系数和土壤流失量的正相关性最高,其次为降雨量、降雨历时。5种土地利用类型的平均径流系数为裸地>经济林地>坡耕地>草地>土坎梯田,土壤流失量为裸地>坡耕地>经济林地>草地>土坎梯田。降雨和土地利用相互作用下,径流...     

模拟降雨条件下弃渣体边坡不同防护措施的减水减沙效益

采用野外人工模拟降雨方法,以未防护弃渣体边坡为对照,研究了1.0、1.5 mm min-1降雨强度条件下神府矿区种草和鱼鳞坑措施对偏土质、偏石质和煤矸石弃渣体产流产沙的调控作用。结果表明:(1)不同措施下3种弃渣体边坡径流率均在产流6~9 min后趋于稳定,产流过程中弃渣体边坡侵蚀速率均呈波动减小趋势,且未防护坡面减小趋势较防护更明显。(2)植草对偏土质、偏石质、煤矸石弃渣体减水和减沙效益分别为42.91%~51.21%、26.28%~55.20%、1 0.3 3%和9 7.5 4%~9 7.9 5%、4 1.8 7%~4 2.2 6%、7.8 0%;鱼鳞坑的减水和减沙效益则分别为:51.89%~72.72%、22.37%~42.92%、21.32%和98.41%~99.30%、94.90%~91.84%、39.50%。(3)鱼鳞坑措施对偏土质弃渣体的减水和减沙效益较种草分别提高8.98%~21.51%和0.46%~1.76%;种草措施对偏石质和煤矸石弃渣体的减水和减沙效益较鱼鳞坑措施分别提高3.91%~12.28%和0.28%~3.06%及10.99%和31.70%。(4)3种未防护弃渣体的侵蚀速率和径流率呈显著线性关系,种草和鱼鳞坑措施改变了坡面水沙关系,侵蚀速率和径流率相关性减弱或无显著关系。研究结果可为矿区弃渣体边坡生态恢复措施布设提供科学指导。     

喀斯特地区不同降雨和植被覆盖的坡面产流产沙特征

[目的]分析不同降雨类型下的径流和产沙量特征,及其在不同植被覆盖类型和植被覆盖度下的响应,为喀斯特地区黄壤坡面在不同降雨和植被覆盖条件下的产流和产沙量动态特征研究提供理论基础。[方法]以贵州省黔南州龙里县羊鸡冲小流域2014—2018年径流小区实测数据为基础,基于均值分类的方法,将研究区降雨类型划分为4类,对各指标进行相关性分析、回归模型模拟以及指数函数分析。[结果]不同降雨对研究区产流产沙的影响程度不同,不同植被覆盖类型下降雨特征对产流产沙的影响存在明显的差异。总体上A型降雨(极强雨强,极大降雨量、中等降雨历时的低频次降雨事件)更容易造成侵蚀性危害,该条件下坡面产流和产沙量之间显著相关,并且经果林表现出极好的水土保持效果;B型降雨(强雨强,中等降雨量、短降雨历时的高频次降雨事件)为该地区主要降雨类型;在4种降雨条件下,混交林的水土保持效果优于其他植被覆盖类型。产沙量与雨强、径流深正相关,和植被覆盖度负相关,对产沙量的影响为:径流深平均雨强植被覆盖度。当植被覆盖度到达80%左右,其削减径流以及减沙的效果处于稳定的状态。[结论]在降雨一定的前提下,植被是影响坡面产沙量的关键因子。对于喀斯特地区黄壤坡面而言,增加地表覆盖度是减少产沙量的基础,也是防治水土流失的一项重要举措。     

鄱阳湖区典型堤防不同植草护坡产流产沙特征试验研究

[目的]对鄱阳湖区典型堤防不同植草护坡产流产沙特征进行试验研究,为该区植草护坡草种筛选以及护坡技术构建提供一定的科学依据。[方法]采用人工模拟降雨的手段,利用水土流失移动监测车选取鄱阳湖区典型堤防——九江市永修县九合联圩为研究对象,对裸露坡面(BL)、自然恢复坡面(NRS)、狗牙根护坡坡面(CDS)、中华结缕草护坡坡面(ZSS)和假俭草护坡坡面(EOS)等5种护坡模式进行了水土流失监测,量化不同护坡模式的水土保持效益。[结果]裸地具有最短的初始产流时间和最大的径流流速,植草后能较大幅度延长初始产流时间,降低径流流速,并且假俭草坡面减缓坡面流速的效果最为明显。20 mm/h雨强下,4种植草坡面与裸露坡面之间的径流系数没有明显差异,但是随着雨强的增大,植草坡面对径流的抑制作用就越来越明显。各处理土壤流失量均随着雨强增大而增大。[结论]植草护坡能有效减少堤防土壤流失量,并且堤防植草护坡的减沙效益在大雨强下表现得更为明显。     

岩溶槽谷区不同土地利用方式下的坡地产流产沙规律

[目的]研究岩溶槽谷区坡地产流产沙规律,为槽谷区坡面水土流失防治提供理论基础。[方法]基于重庆市北碚区中梁山岩溶槽谷区径流小区,探讨了土地利用类型(耕地、林地、果园和竹林地)、降雨等级、降雨特征对坡地产流产沙的影响。[结果]①不同土地利用方式的径流小区坡地总产流量为:耕地(3534.64 L)>果园地(3150.60 L)>竹林地(2347.75 L)>林地(1957.41 L);径流系数(3.12%~5.70%)远低于非岩溶区(约20%);地表产沙量耕地(3.37 kg)>果园地(2.60 kg)>林地(1.60 kg)>竹林地(1.43 kg);②虽然暴雨占总降雨场次的1.53%,但产流量占年产量的42.28%,产沙量占年总产沙量的33.42%。中雨占年产流总量的16.61%,产沙量占年总产沙量的20.47%,但是由于中雨的降雨次数多,其造成的泥沙流失也不可忽视。③降雨量对不同土地利用方式下的坡面产流的影响最大,是坡面产流的主要影响因素。I30对耕地和果园产沙量的影响最大,降雨量对林地和果园产沙量的影响最大。[结论]在相同的降雨条件下,耕地的产流产沙量最大,果园次之。在坡度一定的条件下,不同等级的降雨是影响产流产沙的主要因素,因此,在安排农事活动时,应尽量避开高强度降雨,减少严重侵蚀事件的发生。     

黄土丘陵沟壑区典型草被产流产沙特征及其影响因素

退耕还林还草是黄土高原水土流失重要治理措施之一。为探讨自然降雨条件下,不同种类草被种植对坡面产流产沙特征的影响,采用定位观测方法,基于罗玉沟水土保持监测站6种不同草被(小冠花、红豆草、沙打旺、紫花苜蓿、红三叶、鹰咀紫云英)覆盖坡面的野外观测数据,分析了不同降雨条件下各草被覆盖径流小区的产流产沙规律。结果表明：(1)各场次降雨中,小冠花覆盖下的坡面产流量及产沙量均较大,沙打旺和鹰咀紫云英覆盖坡面均较小;(2)除沙打旺和鹰咀紫云英以外的草被覆盖小区产流产沙量均与降雨量和最大降雨强度呈显著或极显著关系;(3)侵蚀性降水依据降雨量、降雨历时和最大降雨强度分为3种类型：Ⅰ雨型(降雨量大、降雨历时长、最大雨强大)、Ⅱ雨型(降雨量、降雨历时、最大雨强均居中)、Ⅲ雨型(降雨量较小、降雨历时短、最大雨强小)。6种草被在不同雨型下产流产沙特性不同,沙打旺和鹰咀紫云英覆盖坡面在不同雨型下产流量及产沙量均较少,小冠花覆盖坡面在不同雨型下产流量及产沙量均较大。综上,不同草被覆盖下的坡面产流产沙规律不尽相同,对不同降雨特征的响应程度也存在差异,小冠花覆盖小区的抗侵蚀能力较差;沙打旺和鹰咀紫云英覆盖小区的抗侵蚀能力...     

基于GIS的帽儿山景观生态综合评价

景观生态综合评价对区域区划有重要的意义,以黑龙江帽儿山为例,以2006年林相分布图、Landsat TM遥感数据、地形图、二类调查数据和其他数据材料为数据源,以GIS为技术手段,选取景观类型破碎度、景观形状指数、土壤侵蚀类型、地形因素（坡度）、土地利用类型、植被盖度指数与气象因子（年降水量）7个指标对研究区域进行景观生态综合评价,在此基础上进行景观生态区划。研究结果表明:（1）全面分析景观生态综合评价指数并进行分级处理和景观区划,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级区域,分别代表好、较好、中、较差和差5个级别;（2）不同景观生态综合评价区域面积所占比例的排列顺序为:Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ>Ⅰ>Ⅴ,Ⅱ级区域所占的比例最大,在整个研究区域中占据绝对的优势,区域景观生态质量属于较好水平;（3）景观生态质量垂直分异明显,第一、二高程带的景观质量较好,Ⅱ级区域在一、二高程带所占比例较大,在第二高程带达到最大,第三、四和五高程带的景观质量较差。可见基于DEM模型和景观生态综合评价揭示景观生态质量的空间特征。     

层次分析法在太行山中南部造林树种选择中的应用

[目的]对太行山中南部不同林种树种适宜性进行了研究,为太行山生态脆弱区造林树种的选择和提高植被恢复效果提供理论与技术支撑。[方法]应用层次分析法(AHP)对常见的17种造林树种进行适宜性评价。依托9个评价指标,用9点数值量表法设计专家调查表,经指标筛选,建立判断矩阵计算权重值。根据权重值,将树种划分为:I级(最适宜)、Ⅱ级(较适宜)、Ⅲ级(不太适宜)、Ⅳ级(不适宜)。[结果](1)9个指标入选水土保持林评价指标体系,4个指标入选用材林评价指标体系;(2)水土保持林权重值0.022 7~0.088 9;(3)用材林权重值0.024 1~0.144 1。[结论]水土保持林I级树种为侧柏、桧柏、山杏、山桃;Ⅱ级树种为:白皮松、辽东栎、山杨、樟子松、油松、杜松、华北落叶松;Ⅲ级树种为:白桦、刺槐、翅果油树、火炬树;Ⅳ级树种为:臭椿、青杨。用材林I级树种为:华北落叶松、油松、辽东栎;Ⅱ级树种为:樟子松、侧柏、青杨、山杨、白桦、臭椿、白皮松;Ⅲ级树种为:刺槐、火炬树;Ⅳ级树种为:桧柏、杜松、山杏、山桃、翅果油树。