坡面细沟侵蚀发生的临界水力条件研究

通过径流冲刷实验,研究了坡面侵蚀方式由面状侵蚀向细沟侵蚀过渡,发达过程中径流的水动力学特征,根据侵蚀量的观测对比,提出了表明细沟开始产生的形态尺度大小,以及细沟侵蚀产生的临界条件,实验结果表明,基于对侵蚀量的贡献程度,当具有明为沟缘的侵蚀沟深度在0．8－1.0cm时,侵蚀方式已由面状侵蚀发展为细沟侵蚀,径流的弗罗德数可作为反映细沟侵蚀发生的水动力临界参数,弗罗德数大于1是细沟形成的水动力临界条件,除满足水动力临界条件外,细沟侵蚀发生还要求具有最小径流量,对于一定的土壤,临界径流量的大小主要由坡面倾斜度决定,在实际土条件下,细沟侵蚀发生临界流量与坡度有关系式：qc=0.8574(sinθ）^-7/8.     

土壤生物工程减少坡面侵蚀效果

选取怀柔区琉璃河示范区为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,研究土壤生物工程措施实施2年后,对减少坡面侵蚀的效果,结果表明：与施工前裸露岸坡相比,经土壤生物工程施工后,岸坡径流量和坡面侵蚀明显减少;在3组不同雨强作用下,扦插和埋根的径流量显著大于梢捆和灌丛垫,而产沙量则明显小于梢捆和灌丛垫,因此可以得出扦插和埋根具有良好的固土作用,而灌丛垫和梢捆拦截径流作用较好。土壤生物工程具有显著降低径流和减少坡面侵蚀的作用。此项技术利用活性植物材料构建稳定边坡符合当前生态工程的理念要求,具有广阔的发展前景。     

坡面侵蚀控制与耕作体制的动态关系

通过选择作物和耕作制度以期达到在不同土壤侵蚀控制目标下获取最高收益,并提出最大限度地减少因控制土壤侵蚀而造成收益损失的生产投入调控法及其范围。同时,确定收益指标和侵蚀控制指标之间的动态关系。     

黄土丘陵区侵蚀环境不同坡面及坡位土壤理化特征研究

研究了黄土丘陵区纸坊沟流域阴阳坡面及不同坡位土壤水分、物理和养分特征,结果表明,与坡顶距离越远,表层土壤含水量由小变大。阴坡蒸发量小,土壤含水量较大。容重阴坡〈阳坡,距坡顶越远,土壤容重、非活性孔度越小,孔隙比、活性孔度越大,同一坡向阳坡随土层加深土壤容重增大,阴坡表层土壤容重增加幅度较下层小,容重在剖面趋于均化。阴坡对土壤的改善优于阳坡,有利于植被生长。表层土壤全氮含量阴坡〉阳坡,且随土层加深而减少。全氮和有机质在坡中下部累积。全磷在不同坡向和坡位变化不明显。速效钾在各坡位变化幅度较小且阴坡〉阳坡。阴阳坡土壤各养分有向表层富集的趋势。坡面土壤容重与土壤孔隙比、活性孔度、毛管含水量和有机质呈极显著负相关,与土壤非活性孔度和表层土壤含水量呈显著正相关,土壤有机质和土壤全氮、速效钾呈极显著正相关。在对坡面进行植被恢复时,需结合坡面土壤变化规律,因地制宜,合理利用和开发土地资源,促进植被恢复演替。     

坡面侵蚀垂直分布特征动态变化过程初步研究

采用稀土元素示踪法对坡面侵蚀垂直分布特征动态变化过程进行了初步研究。结果表明，坡面侵蚀垂直分布特征在次降雨过程呈动态变化趋势，尽管在产流过程中相对侵蚀量的变化趋势基本相似，但比值差异很大，这主要取决于坡面径流的强度。此外，次降雨侵蚀产沙的垂直分布特征与侵蚀过程中产沙的分布特征差异亦很大，建议应加强侵蚀产沙过程的研究。     

地面覆盖条件下雨强和坡度对红黏土坡面侵蚀过程的影响

为揭示地面覆盖条件下第四纪红黏土坡面在不同雨强和坡度时的侵蚀变化规律,选取3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min)和3个坡度(10°,15°,20°),通过人工模拟降雨试验,分析坡面产流、产沙、入渗特征,并以15°为例计算覆盖坡面的减流减沙效益。结果表明:(1)坡面产流时间随雨强和坡度增加而提前,覆盖对产流时间有明显的滞后作用,雨强的增加会削弱覆盖延缓产流的作用;坡面径流率呈现前期增长,后期趋于稳定的变化特征;(2)当坡度一定,雨强从1.0 mm/min增加至2.0 mm/min,累积侵蚀量增加1.89～2.96倍;雨强一定,坡度从10°增加至20°,累积侵蚀量增加1.91～3.45倍;(3)坡面初始入渗率和入渗总量随坡度的增加而减小,而雨强的增大会增加坡面初始入渗率,减少入渗总量;(4)15°条件下覆盖坡面的径流量和泥沙量较裸坡平均减少50.26%和95.31%,松针覆盖的水土保持效益显著,且减沙效应大于减流效应;(5)坡度对覆盖坡面累积产流量和累积产沙量的影响程度大于雨强,不同雨强、坡度下累积径流量与累积产沙量呈现幂函数关系(R~20.97)。研究结果可为南方红壤丘陵区林下水土流失治理与生态恢复提供参考。     

REE示踪坡面侵蚀的演变过程

通过人工模拟降雨，利用分段和分层结合布设不同的稀土氧化物(Rare-Earth Oxide)，研究次降雨条件下坡面侵蚀的演变过程。结果表明，随降雨的进行．坡面侵蚀一般存在一个由片蚀-近坡角纹沟发育-细沟发育-坡面侵蚀稳定(至基准面)的动态演化过程，各过程中相应侵蚀形态占据主导地位；沟头的出现是导致各侵蚀段侵蚀活跃的重要因素；连续小雨强降雨条件下，坡面以细沟发育为主，侵蚀过程较初次降雨要平稳得多。     

黄土丘陵沟壑区坡面侵蚀产沙地形因子的临界条件

用能量的观点来解释坡度、坡长、降雨对坡面侵蚀产沙的影响。通过分析安塞水土保持研究站、晋西离石县王家沟小流域的小区资料,研究坡度、坡长、降雨对坡面侵蚀产沙的影响。结果表明：降雨特性（雨量、雨强）对坡面侵蚀产沙的作用最大,坡度次之,坡长最小;坡面侵蚀产沙的临界坡度分别受降雨、坡长大小的影响,临界坡长分别受降雨、坡度、坡长大小的影响;临界坡度、临界坡长都不是一个确定的值,但在一定范围内变化,变化范围由降雨、坡面地形等因素决定。研究成果可为黄土丘陵沟壑区坡面治理提供理论依据。     

从淤地坝淤积调查推算坡面侵蚀状况

对韭园沟流域沟掌淤地坝次暴雨淤积量的调查及结果分析，客观地评价了坡面水土保持措施的作用，并为大面积坡面在不同降雨和不同治理状况下水土流失量的科学估算提出了一种新方法。     

Potential Soil Erosion Energy Increase of Loess Slop System Caused by Project Construction

The mathematical model of the slope increase was established and the soil erosion caused by the extending in steep slant surface was calculated through analysing the increase of potential loss by project construction and digging stone material. The results show that the surface of steep slant is ex tended and the erosion is increased with project const ruction ex tending .     

长江上游重点水土流失区陡坡耕地的出路

长江上游重点水土流失区坡耕地面积５４９１ 万ｈｍ２ ,占耕地面积的６２８ ％ ,其中＞ ２５°的陡坡耕地约占坡耕地面积的１／５ 。坡耕地全部退耕还林影响群众生活,而且可能会加剧冲沟侵蚀。宁南县将一些２５°～３０°的陡坡地集中连片改造为梯地,并配套有较完善的坡面水系工程,不但有效防治了水土流失,而且作物产量和产值大幅度提高。因此,长江上游重点水土流失区＞ ２５°的陡坡耕地退耕还林工作不能一刀切。光热条件好、人多地少的地区,可以将２５°～３０°的陡坡地集中连片改造为梯地,配套完善的坡面水系,以取得良好的生态、社会、经济效益。     

黄土区边坡陡坡段植被建植技术及应用效果

[目的]研究高陡边坡区存在植被退化、植被建植困难、保水性能差、水土流失等问题,为半干旱区高陡边坡生态修复提供新的思路和借鉴作用。[方法]提出了3种建植技术——锚索框架植生袋平铺法建植技术(A区)、锚索框架植生袋梯田法建植技术(B区)和锚索框架梯田法(C区),以解决该区建植中存在的问题,维护工程建设和运营安全。[结果]①A区植被覆盖度最高(85%),且植物种类和株数最多;B区和C区盖度分别为60%和12%。②0—20 cm土层间,土壤含水量表现为:B区(7.72%)A区(7.20%)C区(4.03%);0—2 cm土层间土壤含水率:A区(5.82%)B区(3.95%)C区(2.88%);2—10 cm和10—20 cm间:B区A区C区。③0—20 cm土层间土壤容重表现为:A区(1.18 g/cm~3)B区(1.24 g/cm~3)C区(1.25 g/cm~3);0—10 cm间:B区(1.23 g/cm~3)C区(1.19 g/cm~3)A区(1.15 g/cm~3),且容重均处于适宜状态;10—20 cm土层间:A区(1.21 g/cm~3)B区(1.25 g/cm~3)C区(1.31 g/cm~3),C区处于偏紧状态;④土壤侵蚀模大小为:A区(3 078 t/km~2·a)B区(3 579 t/km~2·a)C区(4 556 t/km~2·a)。[结论]利用锚索框架植生袋平铺法建植技术可显著提高植被生长状况,减少土壤侵蚀,生态修复效果显著。     

急陡黄土坡面细沟侵蚀的水动力学特性试验研究

通过组合不同坡度(25°,30°,35°,40°,45°,50°)、不同流量(0.6,1.0,1.5,2.0,2.5 L/min)的室内放水冲刷试验,对急陡黄土坡面细沟侵蚀发生过程中的细沟水动力学特性进行了研究。结果表明:细沟水流平均流速随细沟的发育呈现出先减小后稳定的变化趋势。细沟流的雷诺数Re在199.996～873.482变化,且主要受流量的影响,随着流量的增大呈线性关系;而弗劳德数Fr在整个细沟发育过程中均大于1,表明细沟流均处于急流范围,且与流量呈倒数关系,随着放水流量的增大Fr呈曲线减小。阻力系数f随着流量的增加而增大,且与雷诺数之间存在f=a·Re~-~b(a、b为系数)的幂函数关系。     

黄土陡坡径流侵蚀产沙特性室内实验研究

通过室内土槽放水冲刷实验,研究了黄土区陡坡侵蚀产沙特性。结果表明径流输沙率随径流流量的增加而增加,径流输沙率随坡度呈抛物线形式变化,当坡度在21°～24°之间时输沙率最大;径流剪切力也具有类似变化。泥沙输移率与径流剪切力之间存在线性关系,径流临界剪切力为1.701 N/(m²·min),发生细沟侵蚀的临界径流水深与坡度正弦值成反比。在实验条件下,坡面中上部土壤的侵蚀量占总侵蚀量的很大比重,表明土壤侵蚀主要发生在坡面中上部。坡面下部侵蚀微弱,以搬运上部来沙为主。     

黄土区沟道阶梯状边坡水土流失防治措施与机理

陕北地区治沟造地工程中新修沟道阶梯状边坡抗蚀性较弱。研究利用室内人工模拟降雨试验,研究新开挖沟道阶梯状边坡在降雨作用下不同水土保持措施的水沙效应,并观测其侵蚀发育过程。结果表明:极端气象条件(120mm/h雨强)与坡顶部区域汇水作用是导致阶梯状边坡产生快速侵蚀破坏的两个主要条件。当边坡仅受到降雨作用,雨强在60mm/h~90mm/h之间变化时,产沙速率稳定,不同雨强下产沙速率呈现倍率关系,坡面侵蚀现象无明显差异,坡体无明显破坏;120mm/h雨强条件下,产沙速率显著上升,侵蚀发育过程出现明显变化,坡体破坏明显。阶梯状边坡平台反坡措施能有效减少60mm/h,90mm/h,120mm/h三种雨强下产沙量58.4%,35.2%,62.1%,减少径流量69.6%,26.6%,60.8%,并有效减缓坡体表面破坏及侵蚀发育速度。用放水试验模拟无截排水措施情况,发现截排水措施能够有效降低产沙量92.7%,同时改变了侵蚀发育的现象,将急剧下切发育的细沟侵蚀转变为了发育较为缓慢的层状面蚀。从减水减沙的角度,坡顶截排水措施与平台反坡措施皆为有效的阶梯状边坡水土流失防治措施。     

模拟径流条件下工程堆积体陡坡土壤侵蚀过程

工程建设过程中形成的堆积体具有独特的土壤组成及复杂的下垫面条件,堆积体表面土壤结构体缺失、土质松散、植物根系及有机质缺乏等,导致其土壤抗冲性极差,径流条件下堆积体陡坡坡面的土壤侵蚀过程亦表现出不同的特点,该文通过野外放水试验,对高速公路沿线典型堆积体陡坡（36°）在模拟径流冲刷条件下的土壤侵蚀过程进行了研究,结果表明,次径流过程中径流强度变化与放水强度及径流含沙量密切相关,三者之间呈多元线性相关;重力侵蚀对径流含沙量的变化具有重要影响,试验条件下重力作用的临界放水条件在20～25 L/min之间;坡面产沙过程存在产沙量的突变、波动变化和稳定发展3个阶段;不同坡段产沙量的空间分布存在持续稳定减小和震荡式波动衰减2种变化形式;土壤剥蚀率与单宽流量呈线性关系,与时段产沙量及流宽呈幂函数关系;最后,时段产沙量与时段径流量呈幂函数关系,累积产沙量与累积径流量呈线性关系。     

藻类与微生物添加对高陡边坡生物结皮人工恢复的影响

[目的]研究微生物与藻类对生物结皮野外恢复的影响,优化黄土高陡边坡生物结皮防护技术,为区域生态修复提供新的思路和方法。[方法]利用完全试验,研究藻类(小球藻+硅藻复合藻液)、功能性微生物(胶质芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌)两因素对人工恢复生物结皮发育状况的影响。[结果]①不同处理间发育差异明显,藻+巨大芽孢杆菌处理的生物结皮盖度中位数最大,均值为61.41%;,仅胶质芽孢杆菌处理的生物结皮厚度中位数最大,均值为2.58 mm;仅添加3 g藻处理的苔藓株高度中位数最大,均值为2.67 mm;②藻处理能够在不同添加水平下(1和3 g/m~2)显著解释(p0.05)样方间生物结皮的盖度、厚度与株密度发育差异,其添加量以2～3 g/m~2为宜;③功能性微生物对生物结皮盖度、厚度及苔藓株高度影响不明显(p=0.91/0.93/0.49),且与藻类无明显交互作用。[结论] 45°黄土边坡人工恢复生物结皮是可行的。在环境适宜的坡面喷洒藻液、接种苔藓茎段碎片,开展生物结皮恢复,能够有效构建具有一定覆盖度与厚度、发育良好的生物结皮防护层。     

黄土陡坡人工植被下土壤表层的水文效应

[目的] 探讨栽植坡度、坡向对绿化陡坡土壤表层水文效应的影响,为黄土陡坡植被恢复过程中水资源的有效利用提供科学依据。 [方法] 在干旱半干旱区选择46°~55°和56°~65°两个陡坡级的阴坡、半阴坡、阳坡、半阳坡4种坡向绿化8 a的乔灌木陡坡,测定0—40 cm土层的土壤基本性状、持水量和渗透性能,分析各土壤因子和地形因子的关系。 [结果] ①坡度和坡向立地因子之间交互作用对0—40 cm土层土壤容重、质量含水量、总孔隙度、最大持水量有显著影响(p<0.05),对0—20 cm土层土壤毛管孔隙度、毛管持水量有显著影响(p<0.05),其他因子影响均不显著(p>0.05)。 ②不同坡度间,最大持水量表现为：46°~55°>56°~65°陡坡;平均渗透速率则表现为：56°~65°>46°~55°陡坡;同时不同坡向间,最大持水量表现为：阳坡(522.42 t/hm²)>半阳坡(505.03 t/hm²)>阴坡(502.27 t/hm²)>半阴坡(496.15 t/hm²);土壤平均渗透速率表现为阳坡(0.79 mm/min)>半阳坡(0.59 mm/min)>阴坡(0.42 mm/min)>半阴坡(0.30 mm/min)。 ③双因素方差分析表明,坡度级和坡向的双因素交互作用对陡坡的水文特征影响最大。 [结论] 46°~55°陡坡的土壤基本性状优于56°~65°陡坡,而阳坡和半阳坡的水源涵养能力高于阴坡和半阴坡。     

石质陡边坡构树根系抗拉特性研究

通过对构树根系进行室内单根拉伸试验,从根系生长方位和根系分级角度,系统分析了上、下坡向,一、二、三级侧根的抗拉强度和应力-应变曲线。试验研究结果表明:根系的抗拉强度随着根径的增大而减小,有着很好的幂函数关系,并且随着根径的增大,它们的抗拉强度值越来越接近;根系的应力-应变曲线与其自身的生长方位、根径大小、根系分级存在一定的关系;上、下坡向根系的抗拉强度之间存在显著性差异,其中下坡向根系的抗拉强度大于上坡向根系的抗拉强度;一、二、三级根系的抗拉强度之间不存在显著性差异,三级侧根抗拉强度平均值最大、二级侧根次之、一级侧根最小。由此可见,细根或毛根抗拉强度大,对保持边坡稳定的贡献较大。不同生长方位和分级根系对护坡的贡献也不相同,其中下坡向根系的贡献要大于上坡向根系,随着根系级别的增加,根系对护坡的贡献率也在增加。