黑土坡面细沟形态及剖面特征试验研究

[目的] 对比分析不同坡度条件下黑土坡面细沟宽度、深度、宽深比、细沟剖面形态及沟壁坡度特征，为东北黑土区坡耕地细沟侵蚀防治提供科学参考。[方法] 在野外径流小区不同坡度（5°和10°）下开展汇流冲刷试验〔1 L/（min·m²），历时60 min〕。[结果] ①试验条件下，黑土坡面细沟剖面形态主要为“U”型，细沟平均宽深比介于2.3~4.9之间；②随着坡度的增大，细沟下切侵蚀作用增强幅度明显超过细沟沟壁崩塌侵蚀作用，导致细沟宽深比减小，细沟剖面形态由“宽浅型”向“窄深型”转化；③对于坡面不同位置，细沟平均宽深比在坡上，坡中，坡下位置分别为2.7，1.6，5.4，即自坡面上部到下部依次表现为“宽浅型”—“窄深型”—“宽浅型”的细沟剖面变化特征；④黑土坡面细沟沟壁坡度主要为37.7°~85.2°，其值随着地面坡度的增加而增大，且不同坡位之间细沟沟壁坡度表现为坡中位置大于坡上和坡下位置。[结论] 防治东北黑土区陡坡耕地中段位置的细沟发育尤为重要，对缓解该区水土流失问题有重要作用。     

暴雨细沟侵蚀的调查研究

本文通过对1988年8月4～5日和1989年7月16日陕北安塞水土保持试验站出现的两次大暴雨细沟侵蚀的分析研究,得出了野外大暴雨条件下细沟侵蚀量随坡长增加近线性增大;与坡度的关系为,当坡度小于25°时,随坡度增大而增大,当坡度大于25°时,随坡度增大而减小;细沟侵蚀量在不同农耕地的变化为,翻耕后麦地>荞麦地>水平沟谷地>一般耕作豆地,细沟侵蚀量在坡面总侵蚀量中所占的比重为50%～75%。     

黄土丘陵沟壑区地表过程响应单元划分及其地形特征提取

地表过程解析与调控是保障人与自然和谐相处的重要途径,高效、合理地划分地表过程响应单元则是开展地表过程研究的重要前提.针对黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀的地形地貌分异特征,提出在小流域内以沟谷线、山脊线、分水线和沟缘线相互交叠,构成具有相对均一坡向、坡度与坡位的地表过程响应单元,在ArcGIS9.2中,以Hc-DEM为基础数据,通过确定沟谷线、山脊线、分水线和沟缘线的提取方法,以及响应单元平均坡度、整体坡向、面积与周长等地形特征的测算技术,实现地表过程响应单元的快速划分及其地形特征的高效提取.研究结果对促进黄土丘陵沟壑区以土壤侵蚀为代表的地表过程研究具有重要的基础意义.     

不同坡度径流小区产流产沙监测结果初报

相同土壤在同一降雨条件下,影响土壤侵蚀的因素是地形及植被。用粮农组织推荐的径流小区观测方法,经过2年对不同坡度上同一耕作方法和同一作物的侵蚀测定表明:10°～24°之间随坡度增大土壤侵蚀量增加,24°～35°之间随坡度增加土壤侵蚀增加趋势不大;径流系数也有同样反映。洋芋是陕北的主要作物,但洋芋作物地中的水土流失量大于其它作物地,甚至在陡坡26°时大于对照裸地。水平沟耕作栽培是一种有效治理措施,它在微地形上改变了地面坡度及坡长,有明显的截流保持水土效益,2年试验结果比坡地传统耕作减少土壤流失量60.3%。     

地形对黑土区典型坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响

研究地形对黑土区坡面侵蚀-沉积空间分布特征的影响可以为水土保持措施配置提供科学依据。以典型黑土区——黑龙江省宾县东山沟小流域为研究区域,在流域上游、中游和下游各选取2个典型坡面,坡面种植作物均为玉米。典型坡面坡顶、坡上、坡中、坡下和坡脚的平均坡度分别为3.1°,3.0°,4.0°,2.8°,1.2°。利用137Cs示踪技术,分析了坡度、坡长和坡形对坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响。结果表明:研究流域农耕地坡面以侵蚀为主,平均侵蚀速率为448 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ;坡面不同部位土壤侵蚀—沉积分布特征差异明显,坡顶、坡上、坡中和坡下主要表现为侵蚀,平均侵蚀速率分别为819、376、1 000和634 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ,而坡脚表现为明显的沉积,平均沉积速率为~(~(-1)) 382 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) 。不同坡形坡面侵蚀-沉积分布存在差异,凸形坡坡面表现为先侵蚀后沉积的分布特征,而复合坡坡面呈现出侵蚀-沉积交错分布特征;坡面土壤侵蚀速率与坡度和坡长均呈极显著的幂函数关系,而坡度对黑土区坡面侵蚀的影响明显大于坡长,反映了即使在长坡缓地形的黑土区坡度对侵蚀的影响仍然有重要作用。因此,在黑土区配置合理的水土保持措施时,应尽量削弱坡度对坡耕地土壤侵蚀的影响。     

不同坡形坡面侵蚀规律试验研究

采用室内人工模拟降雨方法,研究不同坡形坡面侵蚀规律.结果表明产流量和含沙量、总径流量和侵蚀量大体上是凹形坡大于凸形坡,其次是内聚直坡,直线形坡最小,并且随着雨强和坡度的增大而增大.坡面上部和坡脚侵蚀较弱,坡面侵蚀的剧烈段在坡面中下部,并随雨强和坡度增大而逐渐上移.细沟的宽度和深度随雨强的增大而增大,产生细沟后侵蚀量将迅速增大,最大占总侵蚀量的91%.     

突变地形特征在DEM上的表达

黄土高原南部高塬沟壑区的地形,存在比较明显的塬边线和沟缘线等突变地形特征线,而这种地形特征在DEM表面的表达却缺乏必要研究。选长武县为研究区,将1:50 000地形图（等高线、高程点和河流等专题层）及其手工提取的地形特征线（塬边线、沟缘线和坡脚线）数字化;利用多要素构TIN方法和Hutchinson插值方法,分别在有无地形特征线参与的情况下建立10 m分辨率规则格网的DEM;利用地图代数运算和频率统计等方法,比较分析所建DEM表面的高程、坡度和剖面曲率等地形属性特征。结果表明:在ANUDEM插值（Hutchinson算法）情况下,地形特征线的参与,可显著改善DEM对地形特征的表达,既避免了平三角,又兼顾了地形的光滑和连续性特征;而在构TIN建立DEM的情况下则无明显影响。     

模拟降雨条件下坡面水流流速与径流输出特征研究

利用室内人工模拟降雨试验,研究不同坡度径流小区的水流流速与径流输出特征间的关系。研究结果表明:定坡长土槽坡度变化为5~20°时,水流流速随着坡面坡度的增加呈递增趋势;同时,同一坡度下坡面水流流速随时间的变化大体上是增加的过程;在模拟降雨条件下,30 min内坡面水流速度的变化趋势分为3个阶段:降雨径流产生初期,坡面微形态的形成阶段和侵蚀沟形成阶段。在25°坡面上,这3个阶段的界限不明显。另外,得出了径流量输出特征与水流速度有着密切的幂函数相关关系,且5°,10°,15°,20°坡面流速与径流量的相关系数在0.9左右,但25°坡面的相关系数较小。根据方差得出,5~25°坡面流速与径流量关系显著,坡度越大,流速对径流量的影响越显著,并分析出20~25°是坡地土壤侵蚀的临界坡度。     

放水冲刷条件下紫色土细沟侵蚀特征

细沟侵蚀对于坡面侵蚀量的贡献很大.以长江中上游典型侵蚀性土壤紫色土为研究对象,采用变坡限定性细沟径流土槽放水冲刷试验,研究不同流量、坡度和坡长情况下,紫色土细沟侵蚀特征.结果表明:相同坡度和流量情况下,清水流速大于浑水流速,坡度和流量影响流速的变化;不同流量情况下,5 °坡面流速随坡长增大变化幅度很小,基本稳定.15°和23°坡面流速呈现随坡长增加而减小的趋势,并趋于稳定.在给定的坡度和流量条件下,产沙量随着坡长的增加而增加,但增加的幅度越来越小,且趋近一个稳定值.5 °坡面含沙量稳定所需的坡长在5、15和25 L/min情况下,分别为7、5和5m.15°和23°坡面在5和15 L/min情况下,含沙量稳定所需的坡长分别为7和6m,25 L/min情况下坡长到试验坡长10m时,含沙量还没稳定,含沙量与坡长成对数函数关系.其研究结果为紫色土坡面侵蚀物理模型的建立提供参数支持.     

桂东北坡地果园生草栽培减流减沙效应

[目的]对桂东北坡地果园生草栽培的减流减沙效应进行研究,为该区坡地果园的水土保持工作的顺利开展提供科学参考。[方法]野外自然降雨条件下对比分析不同坡度(即坡度为12°,23°,42°)金桔园分别间套雀稗和白花藿香蓟的减流减沙数据。[结果]①当坡度为12°时,降雨量对雀稗及白花藿香蓟的坡面产流产沙有显著影响(p0.05);②同一生草栽培下,坡面产流产沙量随着坡度增大而增大,相对于清耕,雀稗减少坡面产流产沙量分别为33.06%～50.35%和67.09%～77%,白花藿香蓟减少坡面产流产沙量分别为21.89%～28.85%及41.65%～47%,雀稗减流减沙效果优于白花藿香蓟;③生草栽培、坡度及两者的交互作用对坡面产流产沙均有极显著的影响(p0.001)。随着坡度的升高,生草栽培对坡面产流产沙的作用逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,但雀稗对坡面产沙的作用始终大于坡度。[结论]研究区内同一坡度下雀稗减流减沙效果优于白花藿香蓟,生草栽培对坡面产流产沙的作用随着坡度增加逐渐减小,而坡度的作用逐渐增强,雀稗对坡面产沙的作用始终大于坡度。     

基于DEM的沟缘线和坡脚线提取方法研究

半干旱半湿润地区径流预报皆有超持与超渗的产流特征,是水文预报中的难点问题,而其中壤中流的计算又是关键,直接关系到模拟的精度.在分析"双超"模型、新安江等产流模型基础上,注意到壤中流可能产生于非饱和土壤及流域空间产流差异的实际,借鉴各模型处理壤中流的优点,用系统模型的思想,对半干旱半湿润地区的壤中流计算模式进行了改进.从实际模拟效果看,改进后的壤中流计算模拟精度大为提高.改进后的计算方法不仅适用于"双超"模型,同时也适用于其它类似模型.     

基于四种分辨率DEM的侵蚀模型地形因子差异分析

通过提取江西省兴国县潋水河流域10 m、25 m、50 m和100 m四种分辨率数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)的坡度、坡长因子,在GIS数字地形分析和数理分析等方法支持下,研究不同分辨率DEM计算坡度坡长组合因子(LS)的精度差异。结果表明:(1)基于4种分辨率DEM提取的坡度结果存在明显差异,随分辨率的降低,坡度整体变缓,DEM精度越低,对地形的概括作用越大,100 m分辨率DEM平均坡度降为10m分辨率DEM平均坡度的45.04%。(2)流域坡长以0~80 m的短坡为主,随着分辨率的降低,地面坡长明显整体延伸。(3)不同分辨率DEM计算的LS因子平均值变化范围为6.10~7.10,坡度和坡长的组合消弱了单一坡度和坡长的影响,随着地形起伏程度增大,在LS因子计算过程中,坡度的主导作用越来越弱,坡长的主导作用越来越强。     

基于不同分辨率遥感影像提取的水土保持措施精度分析

在韭园沟小流域选择试验样区,采用地理信息系统等技术,基于不同分辨率遥感影像开展了水土保持措施等信息提取和精度分析。结果表明,在黄土丘陵沟壑区第Ⅰ副区,开展梯田、沟台地、疏林地、未成林造林地遥感监测的影像分辨率应优于2.5m,开展坡耕地、坝地、退耕荒草地遥感监测的影像分辨率宜优于2.5m,开展天然草地遥感监测的影像分辨率可选择2.5m,开展林草植被遥感监测的影像分辨率宜优于10m。     

秦岭北坡土壤发生特性与系统分类

根据野外调查资料和典型土壤剖面理化性质 ,包括室内化验数据综合分析表明 :秦岭北坡土壤的主要发生特性随海拔高度呈有规律的变化 ,依照《中国土壤系统分类 (修订方案 )》检索 ,土壤垂直带谱结构为 :土垫旱耕人为土—简育干润淋溶土—简育湿润淋溶土—酸性湿润雏形土—暗沃寒冻雏形土—暗瘠寒冻雏形土     

粤北石漠化地区坡地入渗产流规律试验研究

在粤北山区石漠化地区的裸地、草坡地和耕地等3种类型土地的坡面上,采用0.3,0.48,0.72,1.08mm/min4种降雨强度进行了36场人工降雨模拟试验。结果表明：在岩溶发育的石漠化地区,受基岩的非均质性因素影响,出流过程均呈现出具有一定波动性质的较为曲折的峰谷相间的特点;初期波动性较大,后渐趋稳定;达到稳定的坡面径流量与雨强之间具有十分明显的线性正相关关系。3种土地利用类型的坡面径流量的增幅随雨强增大而显著增加;增幅最为明显的是裸地。其入渗率虽也随雨强的增加而增加,却在增幅上明显小于前者,其中,裸地的增幅最小,基本上能保持稳定。在土壤前期含水量影响较小的情况下,产流时间均随着雨强的增大而迅速缩短,表现为十分明显的幂函数关系,3种土地利用类型均需达到一定降雨量后才能产流。     

岩层倾向对喀斯特槽谷区地表/地下产流过程的影响

喀斯特槽谷区在降雨过程中极易发生水土流失,这使得该区生态环境被破坏。以喀斯特槽谷区为研究对象,通过室内模拟其典型顺/逆层坡面特征及地下孔裂隙发育程度,利用人工降雨试验研究不同雨强条件下地表地下产流特征,从而揭示喀斯特槽谷区地表地下产流机制。结果表明:(1)喀斯特槽谷区地表地下产流受雨强影响,小雨强(30 mm/h)条件下地下产流量大于地表产流量,中雨强(60 mm/h)条件下地表产流量增大且裸坡条件下地表产流量大于地下产流量,大雨强(90 mm/h)条件下裸坡与顺层坡的地表产流量均大于地下产流量。(2)地下孔裂隙发育程度对地表地下产流量的分配比例产生影响,地下孔裂隙度越大则地下产流量越多,且2%～3%的地下孔裂隙度时地表地下产流量分配比例发生转变。(3)不同岩层倾向条件下,地表产流量及其分配比例最高为裸坡,最低为逆层坡,地下产流量及其分配比例最高为逆层坡,最低为裸坡。(4)不同岩层倾角条件下,顺层坡地表产流量最高为30°,最低为90°,地下产流量则相反;逆层坡地表产流量最高为90°,最低为60°,地下产流量最高为60°,最低为90°。研究结果可为喀斯特槽谷区地表及地下产流机制的进一步认识提供科学依据。     

杂谷脑河下游坡面泥石流发育特征及防治对策

以杂谷脑河下游为研究对象,对干旱河谷气候区的坡面泥石流发育条件、固体物质类型与分布进行了分析,基于物源特征,将坡面泥石流分为崩滑型、沟谷冲蚀型、坡面侵蚀型和面蚀型四种类型。通过分析坡面土体启动的力学过程、泥石流启动机理、致灾方式三者之间的耦合关系,探索了土体失稳临界状态及造成其失稳的关键外力因素,揭示泥石流启动过程中的水、土相互作用及影响机制。研究结果表明,在相似的水力条件和地形地貌下,斜坡表层土体的空间分布及受力状态控制坡面泥石流频次、规模和致灾方式,由此提出基于物源受力过程和保护对象的优化防治模式,并为具有相似下垫面条件的川西北干旱河谷区的坡面泥石流防治提供参考。     

基于DEM的坡面姿态分析与制图

数字高程模型DEM在各行业和领域已经得到了广泛的应用。本文构建了区域DEM,并借助ArcGIS软件对其进行了坡面姿态地形分析,通过坡度和坡向提取与分析,得到了区域的坡度组成和平均坡度,并实现了区域坡面姿态的制图应用。     

淤地坝淤积高度对斜坡稳定性影响的定量评估

为了评估淤地坝建设对流域斜坡稳定性的影响,该文基于地理信息系统(GIS)的斜坡稳定性模型(SINMAP),根据实测的土力学参数和野外滑坡与崩塌分布点调查,分析了淤地坝淤积至不同高度时的斜坡稳定性。研究发现,随着流域淤地坝系淤积高度的增加,流域极不稳定区域逐渐减少,而极稳定性区域逐渐增加。随着淤积高度的增加,陡坡区域(坡度>45°)所占比例逐步减少,且与极不稳定性区域的减少呈线性相关。该文总结了淤地坝淤积过程中的"淹没效应",泥沙的淤积,不仅改变了流域坡度组成、缩短了坡长,而且改变了流域的土地利用等因子。该研究可为淤地坝建设提供参考。