四川省紫色土地区小流域次降雨泥沙输移比探讨

选取四川省南部县鹤鸣观小流域与李子口小流域为研究区,在分布式侵蚀产沙模型侵蚀量计算值的基础上,探讨了小流域次降雨泥沙输移比.结果表明,在这两个流域,影响次降雨泥沙输移比的主要因素不同.在鹤鸣观小流域降雨量与径流深是影响泥沙输移比的主要因素,而在李子口流域,其主要因素为径流深与降雨强度.主要原因是鹤鸣观小流域的面积远小于李子口流域的面积,并且次降雨泥沙输移比随着流域面积增加而输移比逐渐减小.通过分析鹤鸣观小流域与李子口小流域次降雨泥沙输移比与降雨量、前期含水量、径流系数的关系得到了两个流域次降雨泥沙输移比公式.     

基于水文要素的黄土丘陵区次降雨泥沙输移比模型

以黄土丘陵区桥沟小流域为研究对象,利用该流域不同地貌部位的野外径流场及沟道水文站网观测资料,探讨了小流域次暴雨泥沙输移比的时空变化特征。依据相关分析法,确定了影响桥沟流域次降雨泥沙输移比的主导因素。结果表明,径流侵蚀力、泥沙相对重率、降雨特性、土壤前期含水量是影响桥沟流域次降雨泥沙输移比的主导因子。采用统计回归方法,建立了黄土丘陵区桥沟流域次降雨泥沙输移比模型。     

基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域等3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口等2个典型小流域2014—2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙（径流量和输沙量）、雨沙（降雨侵蚀力和输沙量）和能沙（径流侵蚀功率和输沙量）关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度。结果表明：1）长江流域3个典型流域及2典型小流域,在绝大部情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度R²_adj最大值分别可达到0.94、0.87和0.58。2）对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q₁分位点总是接近1且第二个流量Q₂分位点在0.5附近或者高于0.5。基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性。3）随着时间升尺度,水沙、雨沙和能沙关系逐渐变差,3个典型流域径流侵蚀功率和输沙量在一些月份上均存在显著变化趋势和显著突变点（P<0.05）。特别是在年尺度上,输沙量均为显著减少趋势（P<0.05）,其能沙关系均表现出非一致性变化。4）水库建设和植被增加是导致流域能沙关系变差的重要原因,其均与输沙量呈现极显著负相关（P<0.001）,通过考虑水库指数和NDVI改进能沙关系模型,年R²可提高27.28%～97.62%。研究成果可支撑开发新的流域泥沙预报模型,服务长江流域生态保护与高质量发展。     

黄土高原丘陵沟壑区淤地坝的淤地拦沙效益分析

根据皇甫川、窟野河、佳芦河、秃尾河、大理河5条支流内黄丘区小流域淤地坝的调查资料，分析了淤地坝单坝的淤积速度、拦沙指标和拦沙效益，以及与其影响因素之间的关系。研究结果表明，黄土高原丘陵沟壑区淤地坝的淤地拦沙效益与淤地坝的规格、流域的侵蚀产沙特征有着密切的关系。淤地坝的平均淤积库容在0.9～2.4万m³之间，平均淤地面积在0.14～0.45 hm²之间，与坝高、坝控面积、侵蚀产沙模数和泥沙粒径成正比；拦沙指标变化在500～760万t/km²之     

岔巴沟流域泥沙输移比时空分异特征及影响因素

本文以团山沟单元小流域作为流域系统产沙的源地，将其它中小流域输沙模数与单元小流域侵蚀模数之比定义为泥沙输移比，系统的研究了岔巴沟流域次暴雨泥沙输移比的时空变化特征及降水水文影响因子和地貌形态因子的综合影响。研究发现，从长远来看，流域系统的侵蚀与产沙可达到平衡，但就次降雨或年度而言，流域系统经常处于泥沙滞留和滞留的泥沙重新侵蚀搬运的状态。降雨量、径流系数、降雨时间、水流平均含沙量能很好的表达岔巴沟各流域次暴雨泥沙输移比，在考虑地貌形态因子的影响后，得到了岔巴沟流域次暴雨泥沙输移比的降水水文因子与地貌形态因子关系的综合表达式。     

流域系统径流侵蚀链内泥沙输移的空间尺度效应

尺度问题在地貌过程及水文模拟研究中具有重要意义,以黄土高原丘陵沟壑区岔巴沟小流域为例,基于毛沟-支沟-干沟尺度序列典型水文站的实测径流泥沙数据,分析流域系统基于事件的径流侵蚀链内泥沙输移的空间尺度效应。结果表明:1)基于侵蚀链毛沟-支沟-干沟不同空间尺度的平均输沙模数、平均含沙量、最大含沙量分别依次为3 912、3 285、3 522 t/km2,497、524、679 kg/m3,639、634、800 kg/m3,且在流域系统中均保持空间上的不变性;2)与单一力学指标相比,引入洪峰流量项的水流功率、单位面积径流能量及水流能量等复合能量指标能更好地描述侵蚀链不同尺度内及尺度间水沙关系;3)侵蚀链的输沙量主要取决于径流量,而洪峰流量能更好地解释侵蚀链内不同尺度径流输沙的差异,在侵蚀输沙的预测变量中引入表征径流变率的指标会提高中小型产沙事件泥沙预报的可靠性;单位洪峰流量(增加1 m3/s)引起的输沙增量是单位径流量(增加1 m3)增沙作用的875倍以上,欲消除侵蚀链内上下游径流输沙的空间尺度效应,则需将对应的洪峰流量比调控至5‰以下,或将对应的径流能量比调控至600以下;4)侵蚀链内上游含沙水流对下游的泥沙输移影响有限,随流域面积增大,含沙水流的空间尺度效应降低,输沙模数300 t/km2的大型侵蚀产沙事件尤为明显。分析结果突出了流域系统径流侵蚀的过程特性和洪水调控可能引起的巨大减沙潜力。因此,针对高含沙水流,侵蚀链内泥沙调控及其水土保持措施的效益评估和功能评价亦应基于过程。研究结果可为全面揭示径流调控系统的水土保持意义、推动水土保持措施效益的精细化评估提供理论依据和科学支撑。     

松花江流域不同空间尺度典型流域泥沙输移比及其影响因素

为在不同空间尺度上对东北黑土区流域侵蚀产沙建立宏观认识,以松花江流域为研究区,选择不同尺度的典型流域,通过收集降水、遥感影像和土地利用资料,计算不同尺度流域土壤流失量;采用流域出口量水堰和水文站径流泥沙观测资料,计算流域输沙量,从而得出不同空间尺度典型流域悬移质泥沙输移比(SDR).研究区小尺度流域全年SDR为0.33,大中尺度流域SDR变化于0.005 ～0.365之间,平均仅0.051.本区SDR存在显著的季节差异:小尺度流域雨季SDR为0.38,春季融雪侵蚀期仅为0.17;流域面积(A)和主河道比降(SLP)是影响大中尺度流域SDR的重要因素;SDR与A呈幂函数递减关系,这在丘陵漫岗区更为显著;山区的流域的SDR随SLp的增加而递增.研究成果有助于建立本区土壤侵蚀与流域产沙之间的定量关系,为流域水土保持规划提供科学依据.     

高寒山区冰川河流悬移泥沙的输移特征

[目的] 分析不同区域冰川河流的水沙关系、输沙量及其对气候变化的响应,并对泥沙侵蚀强度进行评估,为高寒山区冰川河流的水沙动态研究提供理论基础。[方法] 选取绒布河和科其喀尔河作为研究对象,在消融期间（2018年5—10月）对冰川河进行野外观测和水样采集。考虑气温和降水的影响,采用水文模型法对绒布河径流量进行模拟,结合水沙关系曲线、泥沙滞后环及回归模型对冰川河流的悬移泥沙输移及其影响因素进行分析。[结果] 气温是影响高寒山区冰川河流悬移泥沙运输的主要因素;绒布河和科其喀尔河消融期的径流模数约7.36×10⁵,6.82×10⁵ m³/（km²·a）,输沙模数分别为200 t/（km²·a）和890 t/（km²·a）。[结论] 绒布冰川对气候变化更加敏感,消融强度大,泥沙主要来源于融水与降水对河道底部与坡面的侵蚀,但是可侵蚀沉积物和水力条件不足,造成该地区输沙模数低于其他冰川;科其喀尔河地处西北干旱区,泥沙输移量主要是由泥沙来源决定的,随着气温的升高,大量冰碛物被输送到下游,侵蚀强度明显高于其他大多数冰川。     

基于3S和~(137)Cs技术的三峡库区小流域泥沙输移比研究

用3S技术对重庆忠县石宝寨的菱角塘小流域进行侵蚀单元的划分,通过137 Cs示踪技术配合GIS空间插值法,评估小流域1963年以来的地面侵蚀量;同时,以137 Cs定年法为主要研究手段,确定塘库不同层位的淤积泥沙的年龄,计算1963年以来小流域塘库泥沙淤积量,从而获得小流域以塘库入口为观测断面的泥沙输移比。研究结果表明:(1)不同土地利用类型的土壤侵蚀量差异明显,从1963-2013年这50年间,小流域侵蚀总量为7 240.5t,林地侵蚀总量为2 095t,坡耕地土壤侵蚀总量为5 145.5t,是林地侵蚀总量的2.45倍;(2)用137 Cs定年法进行计算得出小流域塘库淤积总量为1 927.5t,输出库外的泥沙643t;(3)计算菱角塘小流域1963年以来的泥沙输移比为0.36,小流域的低泥沙输移比说明流域内在坡面下方集中分布的水田以及修建的塘库能够很好拦蓄流域上部坡面的侵蚀产沙。     

谈泥沙输移比

<正> 泥沙输移比,是指在一定时段内通过沟道或河流某一断面的实测输沙量与该断面以上流域总侵蚀量的比值。在流域侵蚀—产沙—输沙系统中,泥沙输移是研究流域侵蚀与产沙关系的关键。泥沙输移比这一概念的应用,使这项研究向定量化方向发展迈进了一步。进行中小流域综合治理规划、防治土壤侵蚀、合理利用水沙资源,无不需要掌握流域产沙情况。在上游总侵蚀量可以估算的情况下,如果知道流域泥沙输移比,就可以预报下游的输沙量,从而满足规划或工程设计的需求。     

Using the modified agricultural non-point source pollution model in German watersheds

The modified agricultural non-point source pollution model (AGNPSm) was used in this study to predict runoff volume, peak flow rate, and sediment yield in three different watersheds in Germany. It is a distributed parameter soil erosion model which uses simple approaches to hydrological and sediment calculations. Simulations were carried out in the Glonn G1 (1.2 km²), and Glonn G2 (1.6 km²), and the Salzboede (81.7 km²) watersheds in Germany. Runoff volume was predicted reliably in all three watersheds. Sediment yield predictions were excellent in the Glonn G1 and acceptable in the Glonn G2 watersheds. There were some uncertainties in the sediment yield calculations for the Salzboede watershed. This study shows that a less complex soil erosion model such as AGNPSm is able to produce reliable assessments of non-point source pollution for planning purposes.     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式下小流域侵蚀产沙特征

为进一步优化和合理配置水土保持措施,以黄土丘陵沟壑区3个不同土地利用方式下的坝控小流域为例,基于人工探槽取样、淤积层次甄别及与产流降雨事件的对应关系,结合1∶10 000早期地形图与全站仪测量,拟合库容曲线来估算淤地坝泥沙淤积量,进而反演坝控流域的产沙模数变化特征。结果表明:(1)延河马家沟3个不同土地利用方式下的洞儿沟、阎桥和芦渠坝控小流域,自建坝至2016年的多年平均淤积量分别为2 748.80,4 634.31,3 141.17 t;(2)洞儿沟、阎桥和芦渠流域多年平均产沙模数分别为2 432.56,3 131.29,1 794.95 t/(km~2·a),依次属于轻度、中度和轻度侵蚀;不同土地利用方式下坝控小流域的最小产沙降雨量均20 mm以上;(3)不同的土地利用方式对小流域侵蚀产沙影响显著,人类活动明显的阎桥流域多年平均产沙模数大于以林草地为主的洞儿沟流域,而以林地和梯田为主的芦渠流域多年平均产沙模数最小。由此可见,在黄土丘陵沟壑区合理配置不同的水土保持措施,是减少小流域侵蚀产沙的有效途径。     

基于AnnAGNPS模型的黄土高原小流域土壤侵蚀定量评价

以位于黄土丘陵沟壑区的砖窑沟流域为试点，利用AnnAGNPS模型进行土壤侵蚀定量评价。采用流域8次径流事件监测数据进行模型检验，径流量和沉积物量的相对误差分别为10%和-10%，AnnAGNPS模型能够比较理想地模拟流域长期的径流量和沉积物量，并可应用于黄土丘陵沟壑区的径流流失和土壤侵蚀定量评价。采用2004年土地利用状况模拟分析了流域土壤侵蚀量及其空间分布，结果表明：该流域平均片蚀和细沟侵蚀强度为3508 t/(km²·a)，属中度侵蚀等级，黄土沟壑地的平均侵蚀强度最大，属极强度侵蚀等级；严重的沟道侵蚀显著增加了运移到流域出口的泥沙。     

Sediment Yield Deduction from Check–dams Deposition in the Weathered Sandstone Watershed on the North Loess Plateau,China

As the basic unit of erosion and sediment yield, it was critical to determine the amount of soil erosion and sediment yield in the small watersheds for sustaining a reasonable water resource and sediment regulation system. In this study, we determined the sediment yield from the dams‐controlled watershed on the North Loess Plateau. Three check dams in the watershed were investigated by drilling ten‐hole sedimentation cores. The corresponding flood couplets were dated according to thickness of deposition layers, distribution of sediment particle size and historical erosive rainfall events. On the basis of the check dams capacity curve, the soil bulk density and the thickness of couplets, the deposit mass of check dams, and then the sediment yield of watershed at different temporal and spatial scale were deducted. In total of the 33, 60 and 55 couplets were corresponded to individual flood events in the dam MH1# from 1976 to 1984, the dam MH2# from 1985 to 2007, and the dam MH4# from 1981 to 2009, respectively. The specific sediment yield for flood events was 1,188.5–11,527.9 Mg km⁻², 1,278.6–17,136.7 Mg km⁻², and 3,395.9–33,698.5 Mg km⁻², and the annual average sediment yield was 10,728.6 Mg (km² · a)⁻¹, 12,662.9 Mg (km² · a)⁻¹, and 16,753.3 Mg (km² · a)⁻¹ in dam MH1#, MH2# and MH4# controlled watershed, respectively. The sediment yields were inversely proportional to the dams – controlled areas. For the whole watershed, the annual average sediment yield was 14,011.1 Mg (km² · a)⁻¹ from 1976 to 2009. There were large amounts of sediments (42.3–50.5%) were intercepted gradually along the way from small watersheds to the river channel. And the minimum rainfall for sediment deposited in the dams was greater than 20 mm in this watershed. The results of this study suggested that the sediments retained behind check dams were helpful to quantifying the amount of erosion sediment yield and understanding the soil erosion evolution in the small and ungauged watersheds. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

紫色土丘陵区农业小流域暴雨事件磷素多尺度流失特征

为了揭示自然小流域尺度降雨、地形、土地利用结构等对泥沙和磷素输出的影响,根据丘陵区农业小流域自然地貌与土地利用特征,设计了不同尺度的小流域监测点,分别为苏荣、截流、大兴、万安,监测面积分别为3.0,34.6,480.3,1 236.4hm~2,并选择了降雨侵蚀力(R)分别为1 411.5,595.7,391.4 MJ·mm/(hm~2·h)的3场降雨事件监测小流域内磷素流失过程特征。结果表明:(1)以居民点集镇和耕地为主的苏荣和截流小流域水文响应速度较快,暴雨事件中径流峰值出现在降雨峰值后的5~10min,较大尺度大兴和万安小流域泥沙浓度峰值与径流峰值滞后于降雨峰值0.5~3h。(2)3场暴雨径流中泥沙与全磷、颗粒态磷均存在较一致的显著相关关系(R0.6,P0.01),泥沙、全磷流失负荷在源头小流域(苏荣、截流)最高,3场暴雨苏荣全磷平均流失负荷达到0.36kg/hm~2,万安小流域泥沙、全磷流失负荷最低,全磷平均流失负荷为0.009kg/hm~2。(3)小流域径流中颗粒态磷占全磷流失量50%以上。(4)多元回归分析结果表明,径流量和泥沙含量可用于进行磷素流失通量预测。坡耕地、林地与水田带状组合结构可显著降低小流域泥沙和磷素流失负荷。研究结果为计算丘陵区农业小流域暴雨过程中磷素多尺度流失负荷提供参考。     

南方红壤区典型水土流失治理小流域的洪水径流泥沙特征

为探究南方红壤区经长期水土流失治理小流域的水沙特征,该研究收集长汀县朱溪河小流域2017—2020年降雨及洪水水沙数据,通过冗余分析、多元逐步回归方程、含沙量-流量滞回曲线等方法进行分析。结果显示：（1）流域年洪水径流深和泥沙量分别为282.30～892.50 mm和35.80～179.50 t/km²,洪水事件的产沙模数集中在0～20.0 t/km²,但总泥沙量由大于5.0 t/km²的少数事件决定;（2）降雨量、30 mim的最大雨强和降雨侵蚀力是影响洪水径流泥沙的主要降雨特征,对径流、泥沙变化的解释度分别为68.99%和49.28%,通过主要径流特征估算泥沙量、平均含沙量和最大含沙量,拟合优度达0.624～0.870;（3）洪水事件共出现6种含沙量-流量滞回关系,其中线型出现频率（55%）最高,该类事件中含沙量随流量的变化具有分阶段特征,临界含沙量约为0.1 g/L。经过长期的水土流失治理,红壤区小流域的洪水泥沙量普遍较低,且主要受径流量影响,洪水事件的滞回关系表明流域的泥沙供应通常处于持续少量的状态,研究结果有助于揭示红壤区土壤侵蚀的发展趋势。     

Hydrosedimentology of nested subtropical watersheds with native and eucalyptus forests

Purpose

Information on the effects of eucalyptus forests on hydrosedimentological processes is scarce, particularly at the catchment scale. Monitoring and mathematical modeling are efficient scientific tools used to address the lack of information for natural resource management and the representation and prediction of those processes. This study evaluates the effects of eucalyptus cultivation on hydrosedimentological processes in watersheds and to use the Limburg soil erosion model (LISEM) to represent and predict hydrological processes.

Material and methods

The study was conducted in two forested watersheds: the main watershed (94.46 ha) and a nested sub-watershed (38.86 ha), both cultivated with eucalyptus and residual riparian native forest, located in southern Brazil. Hydrosedimentalogical monitoring was conducted from 16th February 2011 to 31st December 2012, and LISEM model calibrations were performed on the bases of six storms events.

Results and discussion

The sediment yield for 2011 was 41.6 Mg km^?2 and 38.5 Mg km^?2 for the watershed and sub-watershed, respectively. An extreme event in 2012 provided greater sediment yield for the sub-watershed (99.8 Mg km^?2) than that for the watershed (51.7 Mg km^?2). Rainfall events with a greater maximum intensity generated rapid discharge and suspended sediment concentration responses in the sub-watershed due to the smaller drainage area and steeper landscape. In the main watershed, the accumulation of flood waves occurred for most events, with less steep hydrographs, and a later occurrence of the discharge peak after that of the sub-watershed. The LISEM adequately reproduced the peak discharge and runoff for the calibrated events; however, the peak time and the shape of the hydrograph were not adequately represented.

Conclusions

The hydrosedimentological patterns of the watershed and sub-watershed, both cultivated with eucalyptus, was characterized by sedimentographs preceding hydrographs during rainfall–runoff events where scale effects occur, with maximum discharge and specific sediment yield greater in the watershed than that in the sub-watershed. Empirical models based on hydrologic variables may be used for estimating the suspended sediment concentration and sediment yield. Therefore, LISEM may be used for the prediction of hydrological variables in these forested watersheds.