城市化土地利用对降雨径流的影响与调控

运用水文模型DRAINMOD模拟了1988-2007年西安市城市土地利用变化对降雨径流产生的影响,通过DRAINMOD模型探讨了降低城市地表径流、增加雨水入渗的调控措施。结果表明:西安地区透水地面的年径流系数为0～0.414,不透水地面的年径流系数在0.677～0.844之间变化;土地利用类型、土壤入渗能力以及降雨强度是影响城区降雨-径流关系的重要因素;当透水与不透水地面比例接近1∶1时,城区综合径流系数达到0.8以上。分析结果显示,通过增加透水地面下凹深度的建设形式来蓄渗雨水可有效增加雨水入渗量,削减地表径流水量,但此类滞留系统对24h最大暴雨的作用有限。     

小流域有效降雨量的估算

本文研究了山地小流域有效降雨量的估算方法。结果表明，初渗率f0可以认为等于降雨强度，稳渗率f0值在一定条件下恒定不变，但在较长时期内随着植被的变化而改变。同时发现衰减系数k随降雨强度和降雨历时而改变。     

昆明市城市绿地蓄水滞洪效益研究

城市绿地的蓄水滞洪效益是城市绿地水土保持效益的重要方面。以昆明市建成区城市绿地为研究对象,分析其蓄水滞洪效益,结果表明:绿地表层土壤总孔隙度较大,然而土壤稳渗率普遍较小,尤其是人工绿地,平均值只有0.242mm/min;在一年一遇1 h降雨(36 mm)条件下,除了自然绿地外,人工绿地均有径流产生,人工绿地平均蓄渗率只有15.10%;当前期非毛管孔隙没有水分滞存时,绿地的暂时滞洪效益非常显著,12.35 cm土壤即可蓄存全部降水;土壤稳渗情况下,绿化区平均下凹3.73 cm即可额外蓄渗非绿化区50%的径流;若要绿化区不产流,则绿地平均入渗率至少要达到0.6 mm/min或下凹2.1 cm。从降水特点分析,昆明市城市绿地目前滞洪效益较低,需要提高土壤入渗性能或建下凹式绿地。     

城区不同下垫面条件对降雨径流的影响

城区降雨径流过程主要受降雨过程和下垫面变化的影响,不同下垫面条件对降雨径流影响很大.通过对绿地、环保透水砖铺装、草皮空心砖铺装和不透水釉面砖铺装4种不同下垫面情况下的模拟降雨入渗试验,其结论可为城市建设设计提供理论依据.     

沈阳市雨涝源头控制措施关键影响因素分析

基于沈阳市1975—2005年降雨统计数据,通过芝加哥降雨过程线法建立沈阳市的设计暴雨雨型模型,研究了土壤稳定入渗速率K、一系列重现期P条件下的低势绿地下凹深度Δh、低势绿地面积率f与渗蓄率N的关系,分析了低势绿地设计的关键参数Δh和f的合理范围。结果表明:沈阳市降雨强度随着降雨历时先增大后减小,主体表现为单峰雨型,降雨历时在48 min时降雨强度达到最大。在一定的降雨强度条件下,Δh和f越大,K值越高,低势绿地的渗蓄效果越明显。为了保证实际降雨的完全下渗,K选取较低值1.0×10^-6 m/s;居民区绿化面积在15%~20%范围内时,低势绿地下凹深度宜在230~250 mm;工业区绿化面积在20%~40%范围内时,低势绿地下凹深度宜在120~250 mm。如果通过土壤改良将K提高到5×10^-6 m/s,下凹深度100~250 mm即可使得沈阳市98%的降雨量有效渗蓄。     

潼南县土地利用景观格局特征分析

以2000年土地利用类型图为主要数据源，借助地理信息系统工具，对潼南县土地利用景观格局进行景观斑块数、斑块形状、多样性、均匀度及破碎度计算、分析和对比，揭示研究区内土地结构的空间特征。结果表明潼南县以农业景观为背景，其土地利用斑块形状较单一，景观多样性低、异质性差，土地利用结构不合理。     

澳大利亚半干旱流域水量平衡模型

60年代以来,在澳洲,从降水估算径流量一直采用计算机对流域内的水量平衡进行模拟。过去两年中,计算机模拟有两大变化:一是从超渗产流到全流域规模内蓄满产流;二是考虑了局域产流,即流域中不同部位、不同降雨和同一降雨不同时段的产流情况。本文给出了上述模型中两种技术转变的应用及从两个流域中得到的研究结果。     

紫色土不同土地利用方式下降雨入渗试验研究

降雨人渗是坡面水文过程的重要环节.运用Norton型下喷式人工模拟降雨机,通过原位布置试验径流小区进行人工模拟降雨试验,探讨紫色土林地、草地和耕地的降雨人渗特征.结果表明,紫色土不同土地利用方式下降雨人渗过程差异显著.原状林地和原状草地的降雨入渗率随时间变化缓慢,耕地、处理林地和处理草地的降雨入渗率随时间变化剧烈.稳定入渗率在不同降雨强度下均呈现为原状林地>原状草地>耕地>处理草地>处理林地.对比不同土地利用方式下的入渗率差异并分析其原因,认为在土壤初始含水条件基本一致的情况下,影响紫色土原状林地和原状草地降雨入渗的主导因素是降雨强度和植被的水文功能.影响紫色土耕地、处理林地和处理草地降雨入渗的主导因素是降雨强度和土壤理化性质.     

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。     

城市扩张对农田景观中非农生境的影响*——以辽宁省沈阳市沈北新区为例

农田景观因其巨大面积和更高的生产力,在全球生物多样性维持,甚至濒危物种的维持中扮演着重要角色。而农田景观中非农生境被蚕食的现象较为突出,尤其城市周边农田景观中更为普遍。本文以沈阳市沈北新区为例,采用景观紊乱度法将其划分为城市、城市边缘区和乡村3个区域,利用GIS技术分析3个区域农田景观中非农生境类型、数量与面积比例,探讨城市扩张对农田景观中非农生境影响程度。结果表明,随着与城市中心距离的增加,由城市、城市边缘区至乡村,非农生境类型呈现逐渐增加趋势,靠近城市中心的非农生境仅有林地,而在乡村区域有草地、林地、水域和农村道路4种类型。非农生境斑块数量比例呈现总体增加趋势,城市平均比例为8.63%、城市边缘区平均比例为17.08%、乡村平均比例为22.48%。非农生境面积比例呈现先增后减的倒"U"字型变化,城市边缘区的非农生境面积比例最高,值为1.93%。非农生境斑块密度呈现先增加、再减少和后增加的变化趋势,城市边缘区的非农生境斑块密度最小。最大斑块指数和聚集度指数呈现先减少后再增加的趋势,城市边缘区的非农生境最大斑块指数和聚集度指数最小。景观形状指数和多样性指数呈现先增加后减少的趋势,城市边缘区景观形状指数和多样性指数最大。总体而言,距离城市中心最近的城市区域受城市化强烈影响后,保留在城市景观之中的农田景观重新建立一种相对稳定的景观格局,残留其间的非农生境类型单一、斑块数量低,斑块较大、形状规则;正在受到城市建设切割的城市边缘区农田景观中非农生境面积比例、景观形状指数和多样性指数表现为虚高,但其斑块密度、最大斑块指数和聚集度指数均较小;距离城市中心最远的乡村区域非农生境受城市化影响较弱,类型趋于多样、斑块数量比例高、景观异质性较高。     

基于Hydrus-2D分析农田覆膜对降雨入渗的影响

为探究覆膜处理对农田降雨入渗过程的影响,该研究建立Hydrus-2D降雨入渗模型,模拟不同下垫面条件下不同覆膜和降雨情况对降雨入渗的影响。设裸地平作、无垄覆膜、起垄覆膜3种下垫面,覆膜宽度、降雨量和降雨历时3个因素,每个因素4个水平,共设置144种方案,模拟各方案的降雨入渗过程,分析其土壤含水率空间分布、湿润锋运移、雨后入渗量和有效降雨系数变化。结果表明,无垄覆膜、起垄覆膜处理雨后的膜间表层土壤含水率与裸地平作相比分别增加5.8%和9.2%,膜间水分入渗深度分别增加10.67和12.45 cm,说明覆膜和起垄均能促进降雨入渗;与裸地平作相比覆膜和起垄覆膜能显著提高有效降雨系数,特别是小降雨量的有效降雨系数增加明显;不同覆膜宽度对有效降雨系数的影响达到了显著水平,膜宽70 cm时有效降雨系数最大。因此通过调整覆盖地膜的宽度和设置垄沟可增加降雨入渗量及水分入渗深度,提高降雨资源和农田水分利用效率,这对缓解干旱半干旱区的农业缺水紧张情势,丰富农田水分运移、不同下垫面降雨入渗等相关理论具有重要作用。     

晋西黄土丘陵县域景观格局分析

以景观生态学为研究方法，以GIS为技术支撑，选取景观多样性、优势度、均匀度、破碎度、分离度、分维度等指数，对黄土高原丘陵区方山县景观空间分布和结构特征进行了分析研究。结果表明：方山县斑块面积较大，斑块结构复杂；景观整体多样性较低，林地景观占较大优势，景观生态系统较不稳定。根据研究结果，对方山县现状及今后的发展提出建议。     

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。     

城市不透水表面的梯度格局、演变驱动与景观优化

不透水表面扩张对城市生态系统的过程、功能、服务有显著影响,研究其演变规律对城市发展有重要意义。以南京市为研究区,基于2000—2020年土地利用数据,采用空间梯度分析与景观格局分析相结合的方法,沿城市中心向外设置等距辐射状梯度带,分析不透水表面时空分布和梯度变化特征,同时建立沿江、跨江样带,研究不透水表面扩张规模与方向演变背后的驱动机制,最终为南京市景观格局优化提供政策依据。结果表明：(1)不透水表面景观优势度沿梯度带逐渐降低,城市中心不透水表面高度集聚,外围城区是扩张的重点区域,耕地、林地、水域等景观面积缩减严重,景观格局变化剧烈,城郊区域保持低速稳定扩张。(2)地形地貌与河流水系显著影响不透水表面扩张方向,政策规划也起到一定的作用,经济发展、人口增长、产业结构优化影响不透水表面扩张规模。(3)南京市应从改善城市生活空间、转变城市发展模式、控制城市扩张规模3个方面对城市景观格局进行优化。     

透水性铺装地面的壤中流特征

人行道、步行街、自行车道、休闲广场和庭院等静负荷和动负荷较低、结构要求不高的硬化地面,改造为透水性铺装地面可以提高地表雨水下渗能力,减少地面积水,削减洪峰并延迟洪峰出现时间.利用人工模拟降雨试验,降雨均匀度超过80％,降雨强度分别为31.38、42.32、50.60、58.88、69.82、78.09 mm/h,对构筑的透水性铺装地面降雨入渗产流过程进行模拟研究.结果表明：在降雨历时60 min、降雨量小于78 mm的试验条件下,壤中流是透水性铺装地面总径流的主要组成形式,透水性铺装地面壤中流占总降雨量的比例随降雨强度的增大而增大,透水性铺装地面的铺设是导致地面壤中流发生和发展的主要原因.研究结果可为基于透水性铺装地面的雨水利用提供参考.     

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

间隔覆盖法对塿土坡面土壤水分调控效果

利用室内人工模拟降雨试验,分析研究间隔覆盖条件下坡面土壤水分空间分布及蓄存与利用情况。结果表明：各面积比处理的湿润锋分布形状基本相同,但其深度差别较大,湿润锋在入渗区上部的分布形状体现了间隔覆盖法的特色;各处理入渗区表层土壤含水率沿坡不同位置点略有差异,坡面含水率分布的差异程度有随着覆盖区面积的增大而降低的趋势。各处理剖面含水率分布则符合一般规律,即由表层向深层逐层减少;覆盖面积比及降雨强度是影响入渗区雨水可利用率的重要因素。入渗区的雨水可利用率随面积比增大呈降低趋势,但其入渗量、单位面积承接及蓄存水量均呈增加趋势,这对入渗区植物生长发育及抵抗干旱是有利的。而这些指标随降雨强度增大,则表现出相反的趋势,间隔覆盖法在小雨强下的实施效果较好。对于在不同试验条件下,如何确定适宜面积比进而提高雨水可利用率,以及该方法在不同土壤及降雨条件下的实施效果仍是需要进一步研究的问题。     

神府东胜矿区不同下垫面产流产沙试验研究

针对神府东胜矿区煤田开采过程中所引发的严重新增水土流失问题,采用野外模拟降雨实验的研究方法,对神府东胜矿区不同下垫面降雨入渗、侵蚀产沙规律进行了初步研究。结果表明:在相同雨强条件下,不同类型下垫面对入渗速率的影响差异性较大,稳渗率大小顺序为扰动地面>原状地面>非硬化路面;在降雨过程中不同类型下垫面的径流量随时间增加而增大,其大小顺序为非硬化路面>扰动地面>原状地面;不同类型下垫面的侵蚀产沙高峰期均出现在降雨初期的0~20 min内,此后侵蚀产沙均下降并趋于稳定,并且不同类型下垫面间的侵蚀产沙量差别不大;非硬化路面的径流含沙量一直稳定在较低水平,而其它类型下垫面的径流含沙量降雨初期很大而后急剧下降,并逐渐接近于非硬化路面的径流含沙量。