坡面草被覆盖对侵蚀产沙影响的模拟试验

为了探究坡面植被及其布设位置对坡面侵蚀动力过程的影响,通过室内放水冲刷试验,分析了不同植被覆盖度(0,30%,50%,70%,90%)和不同坡面覆盖位置(坡上、坡中和坡下)下的坡面产沙及其水动力学参数的变化。结果表明:植被覆盖度、径流动能、径流流速、弗汝德数、阻力系数、糙率系数、剪切力等与坡面侵蚀产沙量密切相关。随覆盖度的增加,径流流速、径流剪切力、单位水流功率和径流动能逐渐降低,曼宁糙率系数和阻力系数逐渐增加,产沙量呈直线下降。当覆盖度从0增长到50%时,植被的减沙效益显著提高,当盖度增加到70%时,植被保持水土的作用不随覆盖度的增加显著提高,不同坡面覆盖位置下坡面侵蚀产沙表现为植被位于坡面中下部的产沙量小于植被位于坡面上部的,可用包含植被覆盖度、单位水流功率和径流动能等参数建立的联合公式模拟预测坡面侵蚀产沙量。研究结果可为阐明植被减沙的临界盖度和合理位置以及黄土高原水土流失治理和黄河流域高质量发展提供参考。     

坡面不同植被覆盖格局下的水文连通性变化特征

为深入探索不同植被盖度及其格局在不同冲刷流量下的坡面侵蚀过程机理，利用野外人工冲刷试验，以自然恢复草本植被小盖度格局、坡上相对聚集格局、坡中相对聚集格局、坡下相对聚集格局和较大盖度格局为研究对象，通过引入水流路径长度和水流阻抗指数，分析了不同植被盖度及格局对坡面侵蚀和水文连通性的影响作用。结果表明：（1）植被盖度及格局可影响坡面的侵蚀状况。坡面植被盖度为13.5%的产流产沙量分别是盖度为34.0%坡面对应值的2.36，3.02倍；同时与坡上和坡中相对聚集格局相比，坡下相对聚集格局的坡面产流产沙量最多，其中产流量分别增加16.42%和8.00%，产沙量分别增加26.53%和23.56%。但随着冲刷流量的增加，不同植被盖度和覆盖位置下的坡面产流产沙量差距减小。（2）植被盖度与水流路径长度和水流阻抗指数间均存在显著的线性关系。同时水流路径长度在不同覆盖格局下存在差异，其中坡上相对聚集格局的水流路径长度分别比坡中和坡下相对聚集格局减少10.89%和18.33%。而水流阻抗指数在不同覆盖格局下表示意义不明确，但可灵活反映不同试验条件下的水文连通性变化。（3）坡面产流产沙量随水流路径长度和水流阻抗指数增加呈显著的指数变化趋势。水流路径长度和水流阻抗指数均可作为反映坡面侵蚀过程及其机理的参数之一。该研究成果对于深入理解坡面侵蚀过程机理及定量评价水文连通性与植被和坡面侵蚀的作用关系具有参考价值，从而为坡面侵蚀预测模型完善和地区生态环境建设提供评价依据。     

东北黑土区不同垄作坡面产流产沙过程

起垄种植是东北黑土区普遍的耕作模式,不同垄作坡面产流产沙规律尚不明晰、亟需研究。为此,基于野外放水冲刷试验,设计3个冲刷流量(30 L/min,60 L/min,90 L/min)和4种处理坡面(横坡垄作、斜坡垄作、无垄作、顺坡垄作),探究东北黑土区不同垄作坡面的土壤侵蚀差异。结果表明:(1)3种冲刷流量产流率和含沙量均随垄作措施改变呈持续波动趋势,但受冲刷流量影响二者变化规律不同。(2)4种垄作措施状况下,产流时间与冲刷流量均不相关,含沙量与产流时间均呈负相关; 其他试验条件下,因冲刷流量和垄作措施的差异出现不同相关性。(3)30 L/min,60 L/min两种冲刷流量下,侵蚀强弱表现为:顺坡垄作>无垄作>斜坡垄作>横坡垄作。冲刷流量90 L/min时,侵蚀规律变为:横坡垄作>顺坡垄作>斜坡垄作>无垄作,且横坡垄作与斜坡垄作的累积产沙量较30 L/min冲刷流量比分别增加了12.78倍和10.11倍。综上,小流量冲刷条件下横垄和斜垄可有效控制径流和水土流失,当冲刷强度增大后二者发生断垄恰是径流和泥沙发生变异的最主要因素。     

黄河下游河岸坡面产流产沙特征及其与汇流路径长度关系

植被和地形是影响坡面侵蚀过程的重要因子,探讨两者交互作用下坡面产流产沙和汇流特征对深入理解坡面侵蚀过程和水土保持具有重要意义。采用模拟降雨试验,探讨不同降雨强度(54和90 mm·h~(-1))、坡度(5°、10°、15°、20°)和植被盖度(0%、15%、30%)下黄河下游河岸坡面的侵蚀产流、产沙特征,并基于水文连通性模型——汇流路径长度指数(Flowlength)探究植被和地形在土壤侵蚀过程中的作用以及汇流长度与产流产沙特征的关系。结果表明:54和90 mm·h~(-1)雨强下,不同植被盖度对径流流速均有减缓作用,而90 mm·h~(-1)雨强下30%盖度的减缓作用较为明显;径流总量和径流深随坡度和植被盖度增加而逐渐减少的变化基本一致,随雨强增加,受坡度影响逐渐增大。54 mm·h~(-1)雨强下,当坡度15°时,侵蚀产沙量随坡度增加增幅较小;当坡度15°后,侵蚀产沙量增幅较大。90mm·h~(-1)雨强下,当坡度15°时,侵蚀产沙量随坡度增加而增加;当坡度15°后,其随坡度增加而减少。相关分析表明,坡度对产沙量、产流量和径流深均具有显著影响,显著水平分别为P 0.001、P 0.01和P 0.05;植被盖度仅对平均流速影响显著(P 0.05)。但植被盖度对汇流路径长度影响极为显著(P 0.001),裸坡的汇流路径长度明显大于植被覆盖坡面;坡面产流产沙量随汇流路径长度的增加基本呈增加趋势。在坡度和植被盖度交互作用下,坡面产流所引发的土壤侵蚀效应受坡度影响较为明显,而在汇流过程所引发的土壤侵蚀效应中,植被的影响明显大于坡度。     

黄土凸型复合坡面产流产沙过程的坡长与植被效应

通过对野外凸型复合坡面进行3种流量(14L/min,18L/min,22L/min)、3种植被覆盖度(剪草裸坡,30%,70%)和2种坡长组合(上坡长5m,下坡长3m;上坡长8m,下坡长5m)的冲刷试验,对坡长和植被对黄土凸型复合坡面的产流产沙特性进行了深入研究。结果表明,(1)剪草裸坡时,在流量为14L/min时,产流量随坡长的增大而减小,产沙量随坡长的增大而增大;在流量为18L/min和22L/min时,产流产沙量均随坡长的增大而增大。当植被覆盖度为30%时,在各流量下,产流产沙量均随坡长的增大而增大;当植被覆盖度为70%时,在流量为14L/min和18L/min时,产流产沙量随坡长的增大而增大,在流量为22L/min时,产流量随坡长的增大反而减小,产沙量随坡长的增大仍呈增大趋势。(2)剪草裸坡时,在流量为14L/min时,复合坡面的产流速率随坡长的增大呈递减趋势,产沙速率随坡长的增大却呈递增的趋势,在流量为18L/min和22L/min时,复合坡面的产流产沙速率均随坡长的增大而增大。当植被覆盖度为30%和70%时,在各冲刷流量下,复合坡面的产流产沙速率均随坡长的增大而增大。(3)不同植被覆盖度、不同冲刷流量和不同坡长组合的复合坡面,累积产沙量和累积产流量间呈递增的函数关系,但函数表达式不统一,即复合坡面的累积产沙量与累积产流量之间的关系不仅与坡长、植被覆盖有关,而且还与冲刷流量有关。     

不同覆盖位置下草地坡面水流路径长度变化特征

为深入探索植被覆盖及其格局的减水减沙的水动力学过程及其机理,该研究利用室内放水冲刷试验,分析了不同植被盖度及其覆盖位置在不同冲刷流量下水流路径长度的变化,以及水流路径长度与植被覆盖度、水动力学参数和产流产沙量之间的关系,探讨坡面水流路径长度作为表征植被格局参数的可行性。结果表明:1)植被覆盖度可有效影响水动力参数的变化,并且随着植被覆盖度的增加,流速和单位水流功率呈线性减小趋势(P0.01);而糙率系数、阻力系数和径流剪切力则呈指数增加趋势(P0.01)。坡面水流受阻可能性增加,动能减弱,进而导致产流产沙量不断减少,并且冲刷流量越大,减小幅度越大。2)在不同冲刷流量下,水流路径长度与植被覆盖度、水动力参数和产流产沙量之间均存在显著的相关关系(P0.01)。同时随着水流路径长度的增加,一方面,流速和单位水流功率呈对数式上升,坡面水流动能增强;另一方面糙率系数、阻力系数和径流剪切力分别呈对数式和指数式减小,坡面阻滞能力下降,水流侵蚀力增强。最终导致坡面侵蚀状况发生变化,产流产沙量呈对数式增加。因此,水流路径长度可作为反映植被减水减沙的动力学过程和预测坡面产水产沙的参数之一。该研究为深化理解植被格局与水文连通性的作用关系,建立合适的植被格局表征和植被减蚀效应评价提供依据,以期增强地区生态环境的质量和稳定性,为现代化农业发展,特别是保障农业生产环境做出贡献。     

东北黑土区横垄坡耕地的产流产沙过程

[目的] 在漫川漫岗黑土区开展横垄坡耕地冲刷试验研究,为黑土地保护工作提供理论依据。[方法] 采用野外现场放水冲刷试验,研究了10,30,50和70 m横垄坡耕地径流小区,在不同上方来水量下的产流、产沙过程。[结果] 3种冲刷流量（0.34,0.67和1.00 L/min）条件下的径流系数和含沙量均随坡长的增加持续波动,但不同冲刷流量达到稳定的大小和时间不同;累积产流量和累积产沙量均随冲刷流量的增强而增大,但相同冲刷流量下受坡长变化影响二者最大值出现的坡长却不同;冲刷流量为0.34 L/min时,10,30,50和70 m这4种坡长的径流系数和含沙量相关性均显著;累积产沙量随累积流量的增加而增加,坡长越短,且线性关系越强。0.34 L/min冲刷流量侵蚀量大小顺序依次为：30 m>10 m>70 m>50 m;冲刷流量为0.67和1.00 L/min侵蚀量大小顺序为：30 m>50 m>70 m>10 m。1.00 L/min冲刷流量情形下30 m坡长侵蚀量是10 m坡长的4.2倍。[结论] 坡面侵蚀量随冲刷流量增大而增大,30 m坡长是横垄坡耕地侵蚀的临界坡长,细沟发育是横垄坡耕地坡面土壤侵蚀的主要来源。     

茵陈蒿群落分布格局对坡面产流产沙的影响

植被分布格局对其水土保持功能有重要影响。植被斑块与裸地斑块的不同组合配置对调控坡面径流侵蚀的作用不同。本文通过野外人工模拟降雨,对黄土丘陵区演替初期茵陈蒿(Artemisia capillaries)群落不同格局下的侵蚀产沙特征进行了定量分析研究。结果表明:在2.43mm/min雨强下,盖度相同组合不同,分布均匀的小斑块格局(B)比大斑块格局(C)的减流量高,但减沙效益降低。与裸地小区相比,格局B、C减流效益分别为14.7%、9.5%,减沙效益分别为36.14%和63.86%。坡面累计产流量随降雨历时逐渐增加,且二者呈线性相关。累计产沙量随降雨历时先增后减,表现为二次函数关系。累计产沙量与累计产流量之间也为二次函数,即随着径流量的增加,累计产沙量先增加后减少。     

布设植物篱条件下工程堆积体坡面产流产沙过程研究

为了探究植物篱措施对工程堆积体坡面产流产沙过程和减流减沙效益的影响,采用35,45,55L/min 3个流量,对24°,28°,32°3个坡度的堆积体边坡(20m×5m标准小区)进行模拟放水冲刷试验。结果表明:植物篱坡面的初始产流时间和产流强度较对照坡面(裸坡)均有不同程度减小,产流强度在时间尺度上表现为间歇性波动上升;植物篱坡面产沙率先增大后减小,产沙率整体低于对照坡面,且二者差值随时间逐渐缩小;小流量条件下产沙较稳定,大流量条件下产沙率变化较大;产沙量与产流量之间有良好的线性关系;植物篱措施的平均减沙效益随坡度增大而减弱,平均减流效益随坡度增加而增大,减沙效益仅与坡度有显著相关性。减流效益与减沙效益的关系较复杂,但降低工程堆积体坡面坡度仍是防治水土流失的关键,对于植物篱措施减流减沙的局限性,应通过提升植物篱的布设参数来改善。     

干旱河谷区草坡防火工程对坡面径流侵蚀的影响

为探究干旱河谷区草坡防火工程对坡面径流侵蚀的影响，以四川省凉山州的3个27.5°的草地坡面为研究对象，进行流量分别为6,9,12 L/min的模拟冲刷试验。3个坡面的处理为：(1)移除植被地上地下部分，平整坡面代表草坡防火通道；(2)移除植被地上部分代表草坡防火隔离带；(3)未进行处理作为对照。通过收集坡面出口的产流量和产沙量，研究不同的防火工程在不同的放水冲刷流量下分别对坡面径流侵蚀的影响。结果表明：(1)草坡由于修建防火通道导致坡面土质松散，水分入渗量增加，初始产流时间表现为草坡防火通道(20.33 min)>对照坡面(7.62 min)>草坡防火隔离带(5.22 min);(2)3个流量下的累计产流量和累计产沙量均表现为草坡防火通道>草坡防火隔离带>对照坡面，并且随着放水流量的增加3个坡面之间的差异显著增加，表明草坡防火工程的修建加剧陡坡水蚀；(3)对照坡面的产流量和产沙量之间呈线性关系，而草坡防火通道坡面的产流量与产沙量之间的关系呈指数、对数或线性关系，草坡防火隔离带坡面的产流量和产沙量之间呈对数或线性关系，表明草坡防火工程的修建改变水沙之间原有的线性关...     

指纹技术识别泥沙来源:进展与展望

泥沙来源信息有助于研究流域土壤侵蚀、泥沙输移与沉积特征,对于制定流域泥沙及非点源污染控制战略具有重要意义。泥沙指纹技术是识别泥沙来源的一个可靠方法被广泛应用于世界各地不同流域,最近20多年在指纹因子选择和混合模型优化等技术方法上以及不同时空尺度和源地分类等应用类型上都得到了快速发展,正在从一种研究工具逐步发展为一种管理工具。综述了国内外指纹技术识别泥沙来源在研究尺度、指纹因子筛选、源地贡献分配、不确定性分析等方面开展的研究,并对泥沙指纹技术研究当前存在的问题及今后研究趋势作了分析展望。     

韭园沟流域典型淤地坝淤粗排细作用研究

对韭园沟流域8座典型淤地坝坝内淤积物进行野外挖探坑观测取样,将坝内淤积物和马兰黄土颗粒级配进行对比,初步分析淤地坝的淤粗排细作用机理。在空间分布上,垂直分布,淤地坝坝内淤积物具有一定的沉积层理,即粉土层与黏土层相间分布;水平分布,同一沟道上游淤地坝较下游淤地坝淤积物粒径粗,单坝远坝处较近坝处淤积物粒径粗。工程结构上,有放水建筑物的淤地坝,控制面积决定了其淤粗排细效果;控制面积相近的淤地坝,有无放水建筑物决定了其淤粗排细效果;水毁坝也具有一定淤粗排细作用。     

降雨产沙资料整理方法对两者关系的影响

合理的水土流失资料整理方法是挖掘数据内在规律的基础,通过采集江西省赣县花岗岩次生马尾松林地不同植被恢复类型小区2010—2011年2 a的降雨产沙资料,研究了4种整理方法对降雨产沙关系的影响。结果表明:加大资料整理的时间尺度和降雨间隔时间,可以显著提高降雨产沙之间的相关性,同时整理方法对拟合曲线的性质产生影响,综合考虑拟合优度和曲线性质的一致性,可以采取周晴方法的幂函数来描述不同类型小区降雨产沙之间的内在关系;植被恢复减弱了产沙速率,随着降雨量的增加,纯林小区的产沙速率下降,百喜草恢复小区变化缓慢,低郁闭度胡枝子恢复小区增加迅速,因此侵蚀严重的林地应首先实施草本植被恢复,逐步实现乔灌草生态结构恢复。     

黄土高原坡耕地泥沙输移特征分析

在野外利用人工模拟降雨试验,分析了20,40,60m坡长下的输沙率、含沙量及累积产沙量—径流量的变化特征。结果显示,当雨强小于2.0mm/min时,最大输沙率出现在40m坡长;而当雨强大于2.0mm/min时,最大输沙率出现在60m坡长。在试验雨强范围内,最大含沙量总是出现在20m坡长。累积产沙量—径流量随时间变化趋于平稳。试验结果表明,为遏制黄土高原坡耕地水土流失,实践中应采取垄作等措施增加坡面糙度和改变坡面形态,防止在20m坡长形成高含沙水流和后续坡长的输沙率。     

柳河流域沙量平衡分析

柳河是东北地区泥沙问题最为严重的河流之一,该文分析了流域水沙运移特征,在此基础上建立起流域16年的沙量平衡关系,分析了流域产沙、沉积特征及沉积的分布格局.研究表明,53.5%的悬移质泥沙沉积在河道中,其中,87.9%沉积在闹德海至彰武之间;对流域上游产水、产沙与流域内泥沙沉积及流域产沙之间的关系进行了耦合分析,丰富了沙量平衡计算的内容,并可对深入认识流域泥沙发展趋势及泥沙治理提供参考.     

柳河流域沙量平衡分析

柳河是东北地区泥沙问题最为严重的河流之一，该文分析了流域水沙运移特征，在此基础上建立起流域16年的沙量平衡关系，分析了流域产沙、沉积特征及沉积的分布格局。研究表明，53.5％的悬移质泥沙沉积在河道中，其中，87.9％沉积在闹德海至彰武之间；对流域上游产水、产沙与流域内泥沙沉积及流域产沙之间的关系进行了耦合分析，丰富了沙量平衡计算的内容，并可对深入认识流域泥沙发展趋势及泥沙治理提供参考。     

黄土高原多沙粗沙区侵蚀产沙的临界问题

黄土高原多沙粗沙区高强度产沙是自然因素和人文因素综合作用的结果。该产沙过程对其影响要素存在着多个维度的临界响应。在对多沙粗沙区侵蚀产沙影响要素进行识别的基础上，比较系统地阐述了该地区侵蚀产沙存在的自然临界和社会经济临界问题及其产生的内在机理，以便为该地区的水土流失治理和生态环境建设提供一定的理论和调控依据。     

流域输沙函数应用的尺度限制

阐述了在流域产沙预测模型研究中,将试验水平范围的输沙函数的运用范围扩大,产生了数据来源的不确定性或错误的原因在于:模型不完善、重要过程的省略、初始条件的缺乏、初始条件的敏感度、异质性问题、外部动力等。数据来源的不确定性在小尺度、短时间内是能够控制的。大尺度的异质性是使得输沙函数不能仅仅建立在数量化的基础上,而应是系统历史的函数。因此,大尺度的流域产沙模型必须建立在突变量的发现及其相应的动力特征基础上,而不应是试验模型按比例放大。     

嘉陵江流域输沙量演变规律分析

嘉陵江流域水土流失严重,是长江流域重点产沙区之一,研究流域输沙量演变规律及其影响因素,对揭示其水土流失规律及人类活动水文效应具有重要意义。基于嘉陵江北碚站月及年输沙量,分析了流域输沙量演变规律及流域内人类活动对输沙量的影响。结果表明:年输沙量总体呈降低趋势,1980s—1990s年输沙量波动程度相对较大;流域年输沙量在1992年发生突变,突变年份后年径流量有所增加,年输沙量明显减少,突变年份后年输沙量波动程度加剧;年内输沙量主要集中在汛期(7—9月),占全年72%以上,总体变化呈单峰型;根据北碚站1956—2008年降雨—输沙双累积曲线,流域输沙量相对降雨量在1984年发生突变,降水和人类活动在突变年份前后对输沙量衰减的影响分别为25%和75%,人类活动的影响占据了主导地位。