人工模拟降雨装置在水土保持方面的应用

利用人工模拟降雨装置进行室内与野外试验已成为水土保持研究的一个重要手段。用人工模拟降雨方法可以加速土壤侵蚀、降雨产流及入渗等试验,避免自然因素的影响,在既定时间内迅速获得试验所需数据,顺利完成计划试验。主要介绍了我国人工模拟降雨装置在水土保持方面应用的研究近况、模拟降雨装置的主要设计技术参数,以及本实验室于2003年研制成功的Kust03-1型人工模拟降雨装置在云南山地的应用。     

槽式人工模拟降雨机的工作原理与特性

利用人工模拟降雨，可以进行各种下垫面条件下土壤侵蚀与水土保持实验研究，大大缩短了试验研究周期，已成为室内与野外试验的重要技术手段，是获取土壤侵蚀、水土保持效益、土壤侵蚀模型等相关研究数据的有效途径。在详细论述人工模拟降雨机的基本要求和类型的基础上，重点论述了槽式人工模拟降雨机的结构、工作原理及其优缺点，旨在促进我国人工模拟降雨机研制的步伐，为土壤侵蚀与水土保持相关实验研究提供参考。     

人工模拟降雨试验降雨特性及问题分析

由于试验的需要和人工模拟降雨的优点,越来越多的研究者采用人工模拟降雨。但在大量的试验中,人工模拟降雨试验的降雨特性与天然降雨特性之间联系不够紧密,对应特性之间存在差异。除了人工模拟降雨特性与天然降雨特性的不统一性外,人工模拟降雨试验中还存在一些自然与非自然因素导致的问题,在关注并逐一克服这些问题的同时,将人工模拟降雨和高科技技术,如GPRS等结合起来,应用于更广阔的领域。     

QYJY-503C人工模拟降雨装置降雨特性试验

为了使基于人工模拟降雨装置的水土保持试验更可靠,采用人工降雨试验方法,通过研究QYJY-503C人工模拟降雨装置的降雨特性,探讨该装置在水土保持科学试验中的适用性。结果表明:1)雨滴达到终速时雨滴-色斑直径的关系为d=0.383 9D0.709;2)QYJY-503C人工模拟降雨装置有效降雨均匀度超过80%;3)在试验范围内,雨滴直径随降雨强度增大而增大,雨滴中数直径与降雨强度呈d50=0.559 5I0.280 5的幂函数关系,相同降雨强度条件下的雨滴直径较天然雨滴偏小20%~70%;4)降雨动能与降雨强度呈E=0.004 2I-0.021的线性关系,可通过控制降雨强度实现降雨动能与天然降雨的相似性;5)QYJY-503C人工模拟降雨装置性能稳定、可控性强,可适用于室内土壤侵蚀的研究。     

便携式人工模拟降雨装置的设计与率定

用人工模拟降雨研究径流,可以大大缩短试验周期,加速雨水入渗规律和土壤侵蚀规律的研究进程。目前的人工模拟降雨装置普遍存在体积庞大、操作复杂、试验成本高等问题,在现实应用中难以推广。该文针对以上问题设计了一种由喷淋系统和供水系统构成的便携式人工模拟降雨装置。该装置采用单喷头、下喷式模拟降雨结构,通过控制输水管道供水压力和改变喷头型号,实现了不同雨强、不同历时的人工模拟降雨过程。通过降雨特性试验表明,该装置可实现降雨强度为0～140mm/h的模拟降雨,降雨均匀性能保持在80%以上,雨滴直径主要分布在0.1～5.5mm之间,能够满足不同直径的雨滴获得2～2.9m/s的终点速度。试验结果与天然降雨有较高的相似性,可有效实现模拟降雨。     

人工模拟降雨装置及其应用介绍

我国水土保持科研人员借鉴国外经验,通过改装与自我研发,研制了不少能满足室内和室外试验要求的人工模拟降雨装置。经过多年的发展,人工模拟降雨装置已在水土保持科学研究中得到了广泛应用,并积累了大量的观测资料,为进行土壤侵蚀预测预报打下了基础。系统介绍了近20年来我国人工模拟降雨装置研制的发展及目前应用情况。     

模型黄土高原坡面侵蚀规律试验区建设实践

模型黄土高原实体模型中的坡面侵蚀规律研究试验区部分设在西峰南小河沟流域的湫沟,自2004年以来坡面试验小区和测验设施建设、自动控制人工模拟降雨装置建设取得了进展,目前已完成一个标准试验小区的野外固定式计算机控制人工模拟降雨装置的研制、安装及率定。介绍了野外坡面试验小区、自动控制降雨装置等技术问题,指出了影响坡面小区侵蚀机理和侵蚀过程、模拟降雨雨滴动能与天然降雨相似性的原因,提出了搞好研究工作的建议。     

应用不同人工模拟降雨方式对土壤可蚀性K值的研究

运用两种人工模拟降雨方式研究土壤的可蚀性K值，结果表明II方式人工模拟降雨的土壤可蚀性K值比I方式更能显著的反映自然状态下实测的土壤可蚀性K值，因此用II人工模拟降雨试为研究土壤可蚀性K值将更为优越。     

宁南山区经济林降雨集流机理试验研究

[目的]探究宁夏回族自治区固原市原州区彭堡镇红梅杏经济林降雨集流渗灌系统的雨水收集能力,明确当地红梅杏经济林降雨分配特征,为降雨集流的定量研究和该地区集雨农业的发展提供科学依据。[方法]以当地红梅杏为研究对象,采用对比观测的方法,以天然降雨和人工模拟降雨相结合的方式,对红梅杏降雨集流过程进行观测与模拟。[结果] 2019年7—9月在彭堡红梅杏基地观测到的总计19场降雨数据,天然降雨中5 mm以下的降雨次数占到天然降雨总次数的83.3%,天然降雨与人工模拟降雨的相似系数为0.91,总体的集流率为61.29%,渗灌系统截留率为27.12%,林冠截留率为11.95%。[结论]试验地小降雨频率大,两种降雨方式具有较高相似性,降雨集流渗灌系统集流效率高,渗灌系统的集流量与降雨量成线性关系(R~2=0.995 5),集流率与降雨量成对数关系(R~2=0.693 9)。     

人工模拟降雨自动控制系统的研制

采用先进的闭环自动控制理论和技术研制了一种人工模拟降雨自动控制设备,以降雨过程的最终实际降雨参数控制和驱动降雨过程的各个降雨部件,克服了从水池到喷头之间诸多环节对降雨的随机影响。试验测试结果表明,该设备的主要性能指标优于国内外其他人工模拟降雨系统,是进行土壤侵蚀科学研究的重要实验设备。     

晋西黄土丘陵沟壑区水平阶造林减水减沙效益研究

利用人工模拟降雨装置,对水平阶林地、梯田、坡耕地在百年一遇暴雨下的产流产沙规律进行了试验研究。研究结果表明,与陡坡耕地相比,坡耕地退耕实施水平阶整地造林后,可减少径流８７５％,减少土壤侵蚀９９７％,径流深与降雨历时之间存在着很好的对数函数关系。     

华蓥山南段西坡山地灾害及其防治对策

在前人研究的基础上，该对华蓥山南段西坡的地质地貌结构、灾害类型和影响激发因素，进行了分析研究，提出了危害最严重的复合型泥石流爆发时的降雨强度指标和经济发展对策。     

Combined effects of multifactor climate change and land-use on decomposition in temperate grassland

Climate change is likely to alter decomposition rates through direct effects on soil biotic activity and indirect effects on litter quality with possible impacts on the global carbon budget and nutrient cycling. Currently, there is a need to study the combined effects of climatic drivers and agricultural practises on decomposition.In an in situ litter bag experiment, we studied the effects of rainfall variability (including drought combined with heavy rain pulses as well as regular irrigation) interacting with winter warming and increased winter precipitation and with changes in cutting frequency, on decomposition in a temperate grassland. Litter bags contained mixed and species-specific litter of all different climate and land-use manipulations and were placed within the plots of litter origin. Moreover, we aimed to disentangle the causes of changes in decomposition by investigating two further approaches: Firstly, we studied the effects of changes in leaf chemicals as a result of the manipulations by removing litter from the experiment that has been pre-exposed to the manipulations before placing it on an untreated standard plot outside the experiment. Secondly, we assessed the effects of changes in soil faunal activity by investigating the decomposition of standard material under differing rainfall variability.As a result, decomposition was reduced when litter bags were exposed to drought for six weeks within an 11 months period. Neither additional winter rain nor winter warming had an effect on decomposition, likely because winter warming reduced snow cover and increased variability of surface temperatures. Climate manipulations did not change litter quality. Furthermore, decomposition on the untreated standard plot was not affected by the climate manipulations that the litter was previously exposed to. Thus, reduced decomposition under extreme rainfall variability and drought may mainly be caused by a decrease in soil biotic activity, as indicated by reduced decomposition of standard material during drought.More frequent cutting strongly stimulated decomposition, however, this stimulating effect was absent under extreme rainfall variability including drought. The stimulation of decomposition under more frequent cutting was attributed to changes in litter quality, namely a decrease in C/N ratio. Accordingly, litter from more frequently cut communities decomposed faster on the untreated control plot outside the experiment.Projected increases in drought frequency and increased rainfall variability under climate change may inhibit decomposition and alter nutrient and carbon cycling along with soil quality. Especially decomposition in frequently cut grassland appears vulnerable towards drought.     

A new splash cup to measure the kinetic energy of rainfall

Splash cups have long been successfully used for both the quantification of kinetic energy of rainfall and the detachability of soil particles by rainfall impact, the so‐called “splash erosion”. Measurements of kinetic energy, however, have been difficult to operate in the field especially in remote areas, on steep slopes, and in forests since boundary conditions need to be controlled precisely. This paper introduces a new splash cup based on Ellison's archetype that reliably and accurately measures kinetic energy as a function of sand loss under a large variety of conditions. The Tübingen splash cup (T splash cup) is relatively easy to operate under harsh field conditions, and it can be used in experimental designs with a large number of plots and replications at reasonably low costs. The cup is constructed from plastic laboratory flasks and plastic pipes from water‐supply equipments. The unit sand is held by a removable carrier system that can easily be replaced in the field. The splash cups have been calibrated in combination with a laser distrometer using a linear regression function with r² = 0.98. They measure kinetic energy over a wide range of rainfall intensities from 0.6 to 40 L m^–2 h^–1. Kinetic energy per area varies between 10 and 250 J m^–2. Two years of field test measurements in a subtropical forest ecosystem in China proved the reliability, durability, and usability of our new splash cups and allowed detecting differences in kinetic energy between different tree species and biodiversity levels.     

紫色丘陵区侵蚀性降雨与降雨侵蚀力特征

降雨侵蚀力（R值）的空间分布反映了区域气候对土壤侵蚀的作用。利用四川盆地紫色丘陵区多年实测降雨资料,应用频率分析法,推求该地区侵蚀性降雨的一般雨量标准,揭示该地区侵蚀性降雨及其侵蚀特征,进而运用降雨侵蚀力日降雨量计算方法,分析紫色丘陵区降雨侵蚀力时空分布特征。结果表明：1）紫色丘陵区顺坡休闲农耕地的侵蚀性降雨的一般雨量标准为11．3mm;2）紫色丘陵区多年平均总降雨量中有60％以上属于侵蚀性降雨,侵蚀性降雨主要集中于5—9月,其中7、8月年均侵蚀性降雨量和土壤侵蚀量最大,空间分布上表现为丘陵区边缘地区大于中部地区;3）紫色丘陵区年均R值介于5000～6500MJ／（mm·hm^2·h）之间,由丘陵区周边向中心逐渐减小,研究区北部的巴中、达县、阆中3站的年均降雨侵蚀力形成高值区,中部的遂宁站形成低值中心,北部大于南部,西部大于东部;4）紫色丘陵区R值主要由≥15mm的降雨构成,占76．9％-82．1％,年内集中度较高,主要分布在汛期5—10月份,占年R值的89％以上;5）R值的年际变化较大,达到中等程度变异,不同地区的R值年际变化差异较大,但并未表现出明显的随时间变化的增减趋势。     

蔡家川流域降雨-径流关系及水量平衡分析

以晋西黄土区蔡家川流域为研究对象,利用该流域2004—2009年的降雨径流实测数据,采用多重比较和回归分析等统计方法,对降雨—径流关系及水量平衡进行了研究。结果表明,流域年耗水量占年降雨量的比例高达90%以上,是水循环过程中的重要支出项;流域年径流系数只有1.60%～2.66%;场降雨条件下径流量和洪峰流量随雨量P和最大60min雨强I60的量级具有明显的跳跃式变化,当P≥30mm时,径流量、洪峰流量分别是0～10mm雨量级的8.31,6.52倍,当I60≥20mm/h时,径流量、洪峰流量分别是0～10mm/h雨强级的3.35,16.87倍;对不同雨型下径流量、洪峰流量与降雨指标进行多元回归分析后得出,短历时高雨强的A型雨下雨强对洪峰流量的贡献率(47.12%)大于历时较长且雨强较大的B型雨(44.62%)和长历时低雨强的C型雨(32.51%),C型雨下雨量对径流量的贡献率(28.5%)大于A型雨(26.69%)和B型雨(3.15%)。     

内蒙古黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力时间变化规律研究

降雨侵蚀力指由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力,是影响土壤侵蚀的最主要因子之一。以内蒙古准格尔旗沙圪堵气象站45年的日降雨资料为基础,选取适合本地区的降雨侵蚀力模型,分析内蒙古黄土丘陵沟壑区的降雨量与降雨侵蚀力的关系。结果表明年降雨侵蚀力曲线与年降雨量曲线走向基本上是一致的。年内降雨侵蚀力分布与降雨量的年内分布规律也基本相同,所不同的是降雨侵蚀力的季节变化要明显大于降水量的季节变化。二者的回归关系比较表明,降雨量与降雨侵蚀力的关系以幂函数关系表示,相关性系数最大,并且月降雨量与降雨侵蚀力的相关性要明显比年降雨量与降雨侵蚀力的相关性增强,这主要是受降雨强度的影响。降雨侵蚀力在年内主要集中在6~9月,以8月最大。     

槽式摆喷头下喷式人工模拟降雨机的雨强及其空间分布率定

人工模拟降雨机由于不受时间和空间的限制而成为研究降雨影响入渗、产流、冲刷、侵蚀产沙等动力学机理的重要试验手段。为解决我国目前降雨机模拟降雨特性与天然降雨特性相差较大的问题,设计了槽式摆喷头下喷式人工模拟降雨机。通过试验分别率定了该降雨机单喷头降雨雨强和多喷头组合降雨雨强的相关参数．以便为用户应用提供技术指标。该降雨装置在2．5m的高度下模拟的雨强范围为11．3～132．5mm／h。单喷头受雨面呈矩形,沿喷头摆动方向2．0m宽,垂直摆动方向2.7m长,受雨面积为5．4m^2。为形成均匀的雨强空间分布,需进行多喷头组合。组合实验表明,沿摆动方向的相邻喷头最佳距离为1．1m,沿垂直摆动方向的相邻喷头最佳距离为1.5～1．6m,组合后的雨强空间均匀性系数达到0．89以上。目前测试雨机的单机由5个喷头组成,相邻喷头为摆动方向,距离1.1m。用户可根据实验面积自行选择争机喷头数量和雨机数量．相邻雨机喷头间的水平距离建议为1．5～1．6m。     

冬小麦冠层降雨截留过程及其模拟研究

冬小麦冠层截留直接影响冬小麦对降雨的有效利用,通过模拟降雨试验和统计分析,系统研究了降雨量、降雨强度对冬小麦冠层截留特征的影响,建立了适于降雨冬小麦冠层截留的模型。结果表明:棵间雨量与降雨量呈显著的正相关关系(P<0.01);冠层截留量与降雨量呈显著的幂函数关系(P<0.01)。降雨强度与棵间雨量百分比呈负指数函数关系(P<0.01),与冠层截留量百分比呈负幂函数关系(P<0.01)。不同降雨强度下冬小麦冠层截留过程趋势一致,降雨强度越小,其达到冠层截留容量时所需时间越长。降雨强度对冠层截留容量没有明显影响。在雨量恒定条件下,冠层截留量随雨强的增加而减小,呈明显的负相关关系。叶面积指数(leaf area index,LAI)与冬小麦冠层截留容量呈正相关关系(P<0.01)。构建了具有较好截留机制的冬小麦冠层降雨截留过程模型,并基于模拟降雨和天然降雨的数据拟合了模型参数,表征冬小麦降雨蒸发能力的参数α为0.008。模拟值和实测值有较好的一致性,显示了修正模型适用于冬小麦冠层截留计算。     

论农业药械发展中降低污染的途径

本文综述了中国农业药械发展现况,药械施用中的污染问题;探讨了药械发展中降低污染的途径。如“控制”与“消灭”的选择,综合防治与法规防治的推行,新型药械的创制,物理防治和生物防治器械的研制以及新型制剂及其施布机械的应用。