日本关于不同地质条件对汇流历时影响的研究

在日本 ,中古生代地层多在降雨后期发生滑坡、泥石流 ,而花岗岩地层的泥沙灾害多发生于降雨过程中。名古屋等大学科研人员研究了不同地质条件对汇流历时的影响。观测分析表明 :花岗岩地区存在降雨过程与径流过程对应关系 ,径流反应快 ,洪峰滞后雨峰时间平均为 8min ,单位面积洪峰流量均为 2 0 0～ 90 0L/ (s·km2 ) ,中古生代地区虽存在雨峰与洪峰对应关系 ,但退水过程缓慢 ,不同坡向反应不一。结论认为 ,花岗岩地区存在一致性 ,一个流域测试结果可推延其他流域应用 ,而中古生代地区则需要逐一验证。     

关于花岗岩地区泥石流发生规律的研究

岩盘地下水的运动是诱发山体滑坡及泥石流的主要原因。日本京都大学宫本秀介等人通过测试岩盘涌水对洪水的流出特性及花岗岩地区在250 mm以上暴雨时,岩盘地下水对洪水的影响,研究岩盘地下水对花岗岩地区泥石流的发生规律。研究的结论是:岩盘涌水可分为浅层、深层两个类型。在降雨100 mm时,土壤——岩盘界面泉水的流出,对洪水的发生有较大的支配作用。在250 mm以上的暴雨时,岩盘地下水对洪峰有增大作用,洪峰滞后于暴雨峰期12 h。且两种岩盘涌水对洪水的发生都具有很强的助长作用。土壤——岩盘界面的泉水流出,各流域间差异较小。此项研究对我国研究花岗岩地区泥石流的发生、发展规律有一定的借鉴作用。     

关于降雨结构对岩基水流影响的试验研究

深层土壤崩塌易引发泥石流 ,为制定防御措施 ,必须研究诱发深层崩塌的地下水变化规律。日本专家齐藤哲生等人应用水文学原理 ,采用模拟试验 ,进行了关于降雨结构对岩基水流影响的研究。研究结果表明 ,引发地下水变化的诱因是雨水的入渗。透过岩基的缝隙水渗到地下水中 ,理论上认为这个过程是在饱和状态下进行的 ,而实际上在不饱和状态下 ,雨水也能迅速供给地下水。由于地形、地质条件的原因 ,当降雨结束后 ,在裂缝多的地区 ,仍会存在地下径流增大的可能性。     

沙质沉积岩坡面崩塌的水文条件

在沙质沉积岩台地内,具有大量的岩屑堆,其地下水位变化是诱发崩塌的起因。观测表明:降雨后,在沙质沉积岩岩屑堆区,地表径流很快转化为地下径流。当地下水位长期处于高位时,一旦发生较大降雨,地下水位出现急剧上升,此时则是岩屑堆崩塌的高危时期。沙质沉积岩坡面的剖面上从上到下大量分布有管孔、裂隙。地表径流通过管隙和裂隙渗透进入地下,形成管流,很快到达基岩,再从台地山麓的周边地区流出。当台地内地下水流出量超出岩屑堆排水能力时,岩屑堆内的地下水位急剧上升,以至引起崩塌。基于沙质沉积岩谷地低水位时的流量测定,岩屑堆崩塌是发生泥石流的起源,而不是沙质沉积岩谷地。     

喀斯特地区裸坡面土壤侵蚀的人工模拟降雨试验研究北大核心CSCD

通过人工模拟喀斯特裸坡面微地貌特征和地下喀斯特裂隙构造,结合人工模拟降雨实验,研究不同基岩裸露率、不同降雨强度、不同地下孔裂隙度以及降雨历时对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)地表、地下孔裂隙流量均随雨强的增大而增大,地表累积悬移质和推移质流失量,地下累积悬移质流失量均随雨强的增大总体呈增大的变化规律;(2)总体上地表径流随基岩裸露率的增大先增大后减小,地下孔裂隙流随基岩裸露率的增大先减小后增大;地表累积推移质和悬移质流失量随基岩裸露率的增大总体呈增大趋势,地下孔裂隙流的累积悬移质流失量随基岩裸露率的增大总体呈减小的变化规律;(3)降雨历时和地表径流呈正相关的关系,而和地下孔裂隙流则呈负相关的关系;地表的推移质和悬移质产沙量,地下孔裂隙的产沙量随降雨历时总体呈下降趋势;(4)地表产流产沙随地下孔裂隙度增大而减小,而地下产流产沙则相反;(5)土壤侵蚀和各因子间相关程度为雨强>降雨历时>地下孔裂隙度>基岩裸露率。     

基于原型观测与DEM的强风化花岗岩小流域水文过程模拟

为了解华南花岗岩小流域特殊的产流机制,以土壤为砂壤土、基岩为强风化花岗岩的中山大学珠海校区滨海小流域作为研究对象,观测了2个分别代表森林、灌丛覆盖的5 m×10 m的径流试验场的产流过程和土壤含水率变化过程。观测结果表明超渗产流、优先流是试验场的重要产流方式,壤中流（尤其是在土壤-基岩界面上产生的壤中流）对试验场的总产流量也有较大贡献。在径流试验场原型观测基础上,建立了一个基于数字高程模型（DEM）的、包括地表径流、壤中流和基岩裂隙出流的三水源小流域水文模型。利用9次降雨径流过程对模型参数进行率定,利用4次降雨径流过程进行验证,模型的率定、验证均取得了良好的拟合效果。根据模型的模拟结果,在径流的起涨阶段地表产流贡献最大,而基岩裂隙出流对退水过程贡献明显。综合试验场原型观测结果与模型模拟结果得出结论：明显的壤中流和基岩裂隙出流是华南花岗岩小流域显著的产流特点。     

水分环境、林相与泥石流灾害发生的关系

进入雨季,在泥石流易发区,常诱发泥沙灾害。那么,在发生山地灾害地区中,其水分环境、林相结构、植被盖度等下垫面条件与发生泥沙灾害究竟有怎样的关联度,2009年日本学者清水靖久等人研究了日本长野县林相结构、植被盖度、水分环境等下垫面条件与发生泥沙灾害的关系。其结论是:在靠近泽地的山脊源头部多发生崩塌。所有的崩塌都发生在被树冠覆盖的林地内。在立木密生的壮龄林内多发生崩塌。崩塌规模虽小,却有大量的水流出的痕迹。流出的泥石流冲倒立木,卷起土石,气势凶猛,灾害更大。渗透到厚亚黏土层处于饱和状态,是崩塌的导火索。若是荒废林地,崩塌面积就扩大。沟谷呈现出具有"圆形剧场型"的地形特征,喜欢湿润环境的林地,是多发区。基岩层中有来自地下径流通道,是多发区。     

依据流量特性制定紧急避难预警标准

制定紧急避难预警标准多采用长期降雨量指标。但受地域土壤、地质等特征的影响其值不同。有望研究在小流域径流递减特性与有效降雨量的半衰期进行确定。2009年日本学者森池宽通等人应用小流域的径流观测资料,研究其径流递减的半衰期与有效降雨量、泥石流发生的危险性的关系,确定紧急避难预警的长期降雨量指数。结论是:小流域的Qmax递减特性,决定大流域Qmax递减的特性。各地质区域Qmax递减趋势能表示有效雨量的半衰期。对于泥石流发生的危险,Qmax递减对应的有效雨量半衰期短的顺序为花岗岩<沉积岩<石灰岩。各流域可依此方法,研究其不同地质条件的半衰期的雨量,应在全国建立监视系统,为基岩地质不同的区域预警避难使用。     

基于SWAT的西苕溪流域降雨一径流关系及水量平衡分析

以SWAT模型为工具,对太湖西苕溪流域进行了径流模拟,采用1988—2001年范家村水文站逐日、逐月实测径流资料对模型进行了参数率定和模型验证,效率系数均大于0.88,径流相对误差均小于4%。在此基础上,重点分析了西苕溪流域的降雨—径流关系和水量平衡。结果表明,研究时段内西苕溪流域降雨—径流关系变化不明显;西苕溪流域的降雨年际分布不均匀;受降雨影响,雨季月径流量和洪峰值均有缓慢上升的趋势。水量平衡分析表明,河道径流、蒸散发、地下水补给量分别占降雨量的54.1%,45.8%,17.3%。     

不同绿化屋面对雨水调蓄能力的影响

[目的]为了分析不同基质层厚度的绿化屋面对雨水的调蓄作用。[方法]通过搭建绿化屋面装置,采用人工降雨模拟器开展试验,在不同基质层厚度和降雨条件下,对绿化屋面的降雨—径流过程、持蓄雨水和减滞洪峰能力进行了研究。[结果]基质层厚度在一定的范围内时,绿化屋面出水的洪峰过程具有很高的相似性;绿化屋面基质层厚度与降雨持蓄率呈指数函数的关系;洪峰削减率与降雨强度无明显关系,主要由基质层厚度决定。[结论]绿化屋面能在一定程度上降低雨水的径流峰值,减少总的径流量,延缓产流时间,且随着基质层厚度的增加,绿化屋面对雨水的调蓄能力越好。     

侵蚀性风化花岗岩坡地降雨产流及水文过程研究

为研究坡地的降雨产流分配及水文动态过程,以侵蚀性风化花岗岩坡地为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(30,60,90,120,150mm/h)和不同坡度(5°,8°,15°,25°)条件下坡面径流和壤中流的分配特征与水文过程。结果表明:坡面径流的初始产流时刻均随降雨强度和坡度的增大而提前,壤中流的初始产流时刻明显滞后于坡面径流。壤中流径流量在不同坡度下随降雨时间的延长呈先递增后趋于平稳的现象,雨强越大达到峰值的时间越早,在降雨停止一段时间后径流量开始下降。多数情况下,壤中流所占总径流量的比重均大于坡面径流,坡面径流量比重随雨强的增大而增大,随坡度的变化幅度较小。坡面径流的径流系数与雨强的相关性较强,而壤中流径流系数与坡度之间的拟合效果较好。不同坡度下坡面径流、壤中流和混合流(坡面径流与壤中流同时发生)的径流模数与雨强呈正相关关系,不同类型径流的径流模数大小依次为混合流壤中流坡面径流。     

紫色土农业小流域径流过程与氮流失尺度效应

为揭示紫色土丘陵区小流域径流过程和氮素流失过程中迁移转化机制,同步监测了该区域内苏蓉(3.01hm~2)、截流(35hm~2)、大兴(480hm~2)、万安(1 236hm~2)4个梯级小流域径流过程与氮素迁移特征,分析了不同雨型条件下典型农业小流域中氮素迁移转化规律与尺度效应。结果表明:流域面积越小洪峰对降雨响应越快,随着面积增大,洪峰在流域中有明显的滞后和坦化现象;全氮(TN)、硝态氮(NOx-N)浓度在降雨过程中呈现出较为明显的两段式特征,降雨产流初期及径流峰前期波动较大,退水期浓度缓慢上升。相较人为影响较强的源头小流域(苏蓉)而言,尺度较大小流域的TN浓度有较为明显的削减,但NOx-N仍是氮素流失的主要形式。根据NCL-NCF曲线可知,历时短、强度大的暴雨更容易产生"初始冲刷效应",梯级流域对AN负荷有明显消减作用。携带大量NOx-N的壤中流和地下水控制退水过程线,并不断补充水体中氮素负荷,表现出一定的"末期冲刷效应"。运用数理统计方法得出TN流失总量与流域面积之间的经验公式,可为区域内小流域氮流失通量估算提供依据。     

晋西黄土区不同土地利用类型小流域径流产沙研究

通过山西省吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站蔡家川流域的实验观测,采取对比分析的方法,对不同土地利用类型小流域场降雨径流产沙过程进行研究。结果表明：在降雨量分别为8．6和13．6mm的场降雨过程中,半农半牧小流域洪峰与沙峰基本同步,次生林小流域沙峰明显滞后于洪峰;农地小流域场降雨地表径流系数、产沙模数最高,分别为2．40％、6．40％和6．71t／km^2、73．69t／km^2;次生林小流域场降雨地表径流系数、产沙模数最低,分别为0．13％、0．75％和0．02t／km^2、6．95t／km^2。     

坡面氮素流失的坡度和雨强效应模拟研究

为了研究坡面径流和壤中流中全氮(TN)的流失特征,探索坡度和雨强对TN流失的影响,以风化花岗岩母质发育的土壤为研究对象,选定坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(60,90,120,150mm/h)作为可变量,采用原状土搬迁的方式,在室内设计的径流槽上进行人工模拟降雨试验,设计试验降雨时长为坡面径流产流后90min,壤中流水样收集延续直至无出流为止。结果表明:(1)坡面径流TN流失浓度在产流初期快速下降,随雨强的减小或坡度的增大而增大,产流后期浓度趋于稳定且差距不大。(2)壤中流TN流失浓度均明显高于坡面径流,其流失过程规律为"上升—下降—略有上升—平稳",总体上随雨强的减小或坡度的增大而增大。(3)坡面径流和壤中流的TN流失量均随雨强或坡度的增大而增大。壤中流是坡面TN流失的主要途径,流失比例可达91.26%~99.61%。坡面径流中TN流失量占坡面TN总流失量的比例随雨强的增大而增大。(4)雨强、流量与坡面径流、壤中流TN总流失量均呈极显著正相关,而坡度只与壤中流TN总流失量呈显著正相关。(5)在雨强90mm/h与120mm/h之间存在一个临界雨强,超过这个临界雨强,坡面径流TN流失量及其占总流失量的比例都会大幅上升。     

桂东南容县地质灾害发育与时空分布特征

[目的]掌握广西壮族自治区容县地质灾害的发育状况,为地质灾害的防治规划和监测预警提供科学依据。[方法]基于10a余的详查资料,运用统计分析方法,深入探讨地质灾害的发育与时空分布特征。[结果]地质灾害有滑坡、崩塌、不稳定斜坡和泥石流4种类型,数量百分率分别为40.57%,26.87%,32.30%和0.26%,规模以小型为主。致灾体多为表层残坡积土,滑坡以牵引式为主,崩塌以滑移式与牵引式为主,不稳定斜坡有坡面局部崩塌型、坡面冲蚀型、高陡型。地质灾害受局地强降雨与台风降雨影响显著,在6—8月集中发生,稍滞后于降雨,具有夏汛突发的特点。地质灾害地域分布呈全县整体分散而部分乡镇高密度聚集的特点,主要发育于低山丘陵地貌区和块状坚硬花岗岩岩组区。沿地质构造带呈局部线状分布,但受地质构造的影响不大。[结论]容县地质灾害发育与分布主要受岩土体类型、降雨与人类工程活动影响。     

印度尼西亚应用缝隙坝研究泥石流泥沙淤积

利用 1998年 2月印尼内拉毕火山泥石流的实测资料及在泥石流沟布设的缝隙坝的拦蓄现状 ,研究缝隙坝防治泥石流的拦蓄效果。根据同年 2月份发生泥石流的洪痕及侵蚀沟淤积断面 ,推断出泥石流的规模 ;采用STC测定出缝隙坝库区的纵、横断面 ,确定其缝隙坝的沉积效果 ;用一维河床演变计算法评估并验证缝隙坝的功能。结果证明 :径流系数随降雨频率增加而增大。在连续布设 2座缝隙坝时 ,上游坝可容纳较大规模的泥石流 ,洪峰过后 ,随退水时程 ,沉积泥沙可排出 ,起着缓冲、调节径流泥沙作用 ,下游坝将大量拦蓄泥石流。为保证下次拦蓄 ,要求人工排石、排沙 ,腾出库容。     

不同雨强和坡度下侵蚀性风化花岗岩母质坡地产流产沙特征

为研究解决南方侵蚀性风化花岗岩地区的水土流失问题,该文采用室内人工模拟降雨方法研究了不同降雨强度(30,60,90,120,150 mm/h)和不同坡度(5°,8°,15°,25°)条件下的风化花岗岩残积坡地的土壤侵蚀过程。结果表明:1)坡面径流的初始产流产沙时间都随着坡度和雨强的增大而提前;2)坡面径流量与坡度之间不呈简单的正相关关系,径流系数随雨强的变化呈现指数相关关系,入渗率在雨强为30~120 mm/h之间在坡度8°左右出现极大值;3)侵蚀产沙量随坡度和雨强的增大而增大,其与坡度之间的关系可以用幂函数表示,决定系数均达到0.815,与雨强之间为指数函数关系,决定系数均达到0.889以上;4)水力侵蚀对泥沙具有分选性,径流侵蚀挟带泥沙中的粉粒、黏粒以及细砂粒含量较多;5)坡度和雨强对于侵蚀产沙量的综合影响可以用线性相关方程来比较准确地描述,对产沙量的影响权重排序为:含沙量雨强径流系数坡度。     

冀北山地阔叶林对降雨再分配的影响

[目的]探讨冀北山地阔叶林林冠层的穿透降雨、冠层截留和树干径流对降雨再分配的影响,为该地区的森林建设、森林结构调整提供依据。[方法]利用SPSS专业统计分析软件对林地降雨的数据进行相关性分析和回归分析。[结果]林分的穿透雨占的比例是最大(占到总比例的70.22%),林冠截留其次(为28.20%),而树干径流占得比例最小(为1.58%);穿透雨量与林外降雨量有比较好的线性关系(R^2=0.997 9),林分在降雨比较小的时候是不会有穿透雨的,当林外降雨量达到0.78mm时开始出现穿透雨。林冠截留在降雨的再分配过程中占有很重要的作用,林冠截留量与林外降雨量有明显的幂函数关系,达到了极显著水平(p<0.01)。树干径流量与林外降雨量呈现正相关的关系(R^2=0.9703),阔叶树林在降雨达到4.88mm时才会出现树干径流,但是树干径流具有一定的时滞性,而时滞性的大小和林木本身及雨量的强弱都有很大的关系,当叶面积指数较小,并且枝干夹角成45%,林木表面光滑则形成比较容易。[结论]林冠层对降雨的再分配过程有重要影响,冀北山地阔叶林林冠层的水文效应与森林健康发展具有一定的关系。     

黄土道路侵蚀过程模拟试验研究

黄土地区土质道路侵蚀强烈,严重影响当地的生产与交通事业。开展黄土道路侵蚀研究,对于黄土地区水土保持与生态经济建设具有重要意义。采用模拟降雨试验方法研究了黄土道路侵蚀过程,取得了如下结果。(1)道路径流侵蚀发生时间随雨强及坡度的变化皆可用幂函数方程描述;(2)道路径流侵蚀开始时含沙量很高,但很快下降并随降雨历时的延长而逐渐趋于相对稳定;(3)道路侵蚀率变化过程可分为3个阶段:径流侵蚀开始至20min及40min至侵蚀过程结束,侵蚀率随降雨过程的变化较大,20～40min之间基本稳定;(4)道路侵蚀模数随雨强及坡度的变化均可用幂函数方程描述,雨强及坡度对道路侵蚀的综合影响可用二元线性方程描述。     

树干流形成饱和带对坡面稳定性的影响

林地降雨,一部分被树冠、林地植物拦截及树干流而被分散,土壤水分同时受根成孔隙的渗流和树干流的共同影响,空间分布不均。在树木周边存在腐烂植物根系易形成旁侧管道流。树干流因大量雨水集中,沿铅直方向发生快速流动,在基岩面形成饱和带。进而引发滑坡等灾害。2010年日本京都大学梁伟立等人应用水文观测及数值模拟,研究树干流对坡面稳定性的影响。其结论是:树干流与局部的基岩面形成饱和带,进而快速降低稳定率,在坡面中上部有发生崩塌的可能性。此项研究,为泥石流、滑坡等山地灾害发生机制,提供又一理论依据。