黑麦草对黄土坡面降雨产流产沙过程的影响

为研究草地对土壤侵蚀过程的影响,选用黄绵土人工种植草地,采用室内模拟降雨试验研究黑麦草不同覆盖度（0、25%、50%和75%）对3种降雨强度（60、90和120 mm/h）坡面产流产沙过程的影响。结果表明：黑麦草覆盖可以显著减小侵蚀产沙。在坡面土壤预饱和的条件下,坡面产流、产沙与时间呈线性关系;累计产流量随降雨强度线性增加;同一降雨强度条件下,草地覆盖度对累计产流量影响不显著;草地坡面水流含沙量、输沙率、次降雨产沙量均随覆盖度增大而降低,随降雨强度增大而增加;3种降雨强度条件下,无黑麦草覆盖坡面水流含沙量差异不显著,次降雨产沙量和输沙率随着降雨强度的增加而增大。研究结果可为土壤侵蚀预报模型建立及水土保持措施的制定提供理论参考。     

上方汇水对黄土坡面侵蚀方式演变及侵蚀产沙的影响

【目的】定量评价坡面上方汇水对坡下方土壤侵蚀方式演变及侵蚀产沙的影响。【方法】利用由位于坡面上部的供水装置和位于坡面下部的试验土槽组成的试验系统,通过人工模拟降雨试验,分析不同降雨强度和坡度条件下,上方汇水对黄土坡面片蚀-细沟侵蚀-切沟侵蚀方式演变过程及侵蚀产沙量的影响。【结果】当坡面接受上方汇水后,各侵蚀方式演变速度明显加快,侵蚀产沙量迅速增大,且坡面侵蚀产沙增加幅度随上方汇水流量的增加而增大;在坡度和降雨强度相同条件下,坡面侵蚀产沙量和上方汇水引起的坡下方的净侵蚀产沙量,均随坡面上方汇水流量的增加而显著增大;受降雨强度、坡度和坡面侵蚀发育不同阶段的影响,坡面汇水引起的净侵蚀产沙量占总侵蚀产沙量的15.36%~78.15%。不同降雨强度和坡度条件下,坡面侵蚀产沙量与上方汇水流量呈幂函数关系。【结论】坡面上方汇水强度对坡面侵蚀方式演变和产沙过程具有重要影响,若能有效控制坡面上方汇水,将可有效减少坡面侵蚀产沙量,抑制沟蚀的发生和发展。     

伊犁河流域坡面径流侵蚀试验研究

通过野外径流小区实地放水冲刷试验,研究伊犁河流域大豆坡地与裸地在不同放水条件下土壤水分变化及大豆减流减沙效应,并运用水力学理论分析坡面径流水力学参数特征。结果表明:大豆与裸地土壤入渗率随放水流量的增加呈现递增的趋势,与裸地相比,大豆坡面入渗率增加20%,产沙时间晚于裸地8 min左右;大豆坡面较裸地具有显著的减流减沙效应,输沙率减少93.6%,径流系数减少63.5%左右,其削减径流作用明显弱于减沙效应;随着放水流量的增加,大豆与裸地输沙率均呈递增趋势;坡面径流平均流速、径流深、雷诺数、Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,弗劳德数逐渐减小,流速与流量呈幂函数关系,水流为层流、急流状态。     

模拟降雨条件下坡度对石灰岩坡面土壤侵蚀的影响

[目的]揭示坡度对石灰岩坡面径流的影响。[方法]通过室内模拟降雨试验,研究了坡度对石灰岩坡面产流过程和侵蚀过程的影响。[结果]在5°～25°范围内,石灰岩坡面径流总量和动态径流量随坡度的增大而增大,临界坡度接近或大于25°。径流泥沙含量也随坡度的增大而增大,同一坡度下泥沙含量在产流初期迅速达到峰值,随后的20 min内持续下降直至稳定。径流系数、径流深随着坡度的增大而增大,呈现良好的线性关系。[结论]该研究为建立石灰岩土壤侵蚀预报模型和实现石灰岩区的综合治理提供理论依据。     

砒砂岩地区坡面径流水动力学特性研究

【目的】研究砒砂岩地区坡面径流的侵蚀规律,为该地区坡面水蚀预报模型的建立提供理论依据。【方法】在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗的西召沟内,选取典型的砒砂岩沟坡,采用野外实地放水冲刷试验,对不同冲刷流量(100,150,200,250,300 L/h)和坡度(5°,15°,25°,35°)下砒砂岩坡面径流的水动力学特性进行研究。【结果】在试验的冲刷流量和坡度范围内,砒砂岩地区坡面径流流速均随冲刷流量和坡度的增加而增大,它们之间呈幂函数关系。坡面径流雷诺数(Re)为58.55~442.85,且Re随冲刷时间的延长有增大的趋势。坡面径流弗罗德数(Fr)为0.738~2.281,且Fr随着冲刷流量和坡度的增加而增大。当冲刷流量和坡度较小时,径流流态为层流和缓流;当流量和坡度较大时,径流流态为层流和急流。坡面径流Darcy-Weisbach阻力系数(f)与冲刷流量和产沙量呈反比关系。【结论】相对于其他地区,砒砂岩地区坡面径流水动力学特性有其独特的特征,研究结果可以进一步揭示该地区坡面侵蚀产流产沙机理及侵蚀动力学机制。     

径流功率理论在黄土坡面侵蚀产沙计算中的应用

介绍了径流侵蚀产沙功率理论的基本原理,并应用这一理论对放水冲刷试验中不同坡度和流量条件下的侵蚀产沙特征进行了分析和比较。结果表明,当坡度为3~°27°时,单位径流的侵蚀功率随坡度的增加而增大;当坡度增加到27°时,单位径流功率达到最大值,而后随着坡度的继续增加,单位径流功率有所减少。实测数据和据单位径流侵蚀功率理论计算的坡面单宽径流侵蚀产沙量表现出了相似的变化规律,两者都随坡度的增加呈抛物线变化,坡面单宽径流侵蚀产沙量的最大值都出现在21°左右,且二者之间具有良好的线性关系。说明径流功率理论可以较好地应用于坡面单宽径流侵蚀产沙量的计算。     

坡耕地降雨径流与土壤侵蚀特征研究

研究人工模拟降雨对坡耕地土壤侵蚀特征的影响,旨为北方土石山区坡改梯建设提供科学依据。以北方土石山区典型砂质壤土为研究对象,采用人工模拟降雨试验的方法,在室内模拟不同坡度(10°、15°、20°和25°)、不同降雨强度(40、90、120和180 mm/h)下的坡面产流和产沙过程,研究不同坡度和降雨强度对坡面土壤侵蚀过程的调控机制。结果表明:(1)坡面开始产流所需的时间不受坡度的影响,随着降雨强度的增大,坡面产流所需的时间明显缩短;(2)在降雨强度一定的条件下,随着坡度的增大,坡面产沙量逐渐增加,本试验坡面最高产沙量的临界坡度约为22°;(3)产流量随坡度变化并非单调的递增或递减趋势,而是随着坡面由缓变陡呈先增加后降低的变化;(4)在降雨量相等的前提下,大降雨强度能够带来较大的单位时间产流量,但并不能保证总产流量也最大;在其他条件一致时,坡面侵蚀随着降雨强度的增大而增加。在降雨强度一定的条件下,坡面产沙量存在临界坡度,不同土质、不同降雨强度下的临界坡度尚需进一步研究。     

海涂盐碱地工程边坡土壤抗冲刷性能试验研究

本文对6个不同坡度和6个不同流量条件下的海涂盐碱土坡面进行上方来水径流冲刷试验,对试验中得到的盐土坡面冲刷侵蚀产沙率和几个典型的径流水动力学参数与坡度、流量的相关关系以及产沙率与各参数之间的相关关系进行分析,研究其抗冲刷性能。结果表明,产沙率Rs分别与坡度呈良好的线性正相关关系,与流量呈良好的对数关系。雷诺数Re与流量呈线性正相关而与坡度无显著相关关系。坡面水流剪切力τ和水流功率ω与流量和坡度均呈线性正相关关系。剪切力τ、水流功率ω与产沙率对数相关,都可以很好的预测不同坡度和流量条件下的产沙率。对比相关系数,水流功率ω能更精确预测产沙率Rs。该研究结果可为海涂围垦区盐碱土地工程边坡的土壤侵蚀预报模型的建立研究提供科学依据。     

草被覆盖下坡面流土壤侵蚀水动力学特征

坡面侵蚀为水流和土壤互作过程,描述坡面流基本水力学特征,阐明土壤分离情况与坡面流侵蚀水动力学间关系,对了解坡面流侵蚀过程及治理坡面水土流失具有重要意义。以北京市山区野外径流小区不同植被密度、植物布设方式坡面为研究对象,以5°坡为例,在不同流量(1.0、2.0和3.0 m~3·h~(-1))下作放水冲刷试验,描述各坡面水力学及侵蚀水动力学特征,分析坡面土体土壤分离速率与水动力学参数关系。结果表明,径流雷诺数随径流冲刷流量增加而增加,植被密度对坡面流流态作用明显,植株布设方式对雷诺数影响较小;弗劳德数对其过程表征作用不显著;各坡面土壤分离速率为流量增函数(R~20.916),总体随冲刷时间延长波动性先增后减,土壤分离速率动态变化随植株布设密度增加而增加,行排列坡面抗蚀性差;径流剪切力和水流功率可与坡面土壤分离速率线性拟合,均呈线性正相关。研究结果为探究坡面流土壤侵蚀机理及治理方法提供依据。     

松土对坡耕地产流产沙的影响研究

[目的]为了研究不同坡度、松土位置及松土深度组合处理对坡耕地产流和产沙的影响。[方法]本试验采用人工降雨方法,在吕梁市方山县沙沟观测站的径流小区内进行。[结果]结果表明坡耕地的产流量、产沙量与坡度、松土位置显著相关,产流量与松土深度显著相关,产沙量与松土深度关系不明显。在各坡度上,产流量随坡度的增加而增加,产流量与各松土位置的关系为松土中部<上部<下部,产流量随松土深度的增加而减少;产沙量随坡度的增加而增加,产沙量与各松土位置的关系为松土中部<上部<下部。各坡度上,中部松土比上部及下部松土分别减少产流13.1%~16.1%、31.6%~37.8%,减少产沙3.3%~8.1%、40.5%~53.1%。[结论]综合考虑蓄水拦沙效益及坡耕地的耕种要求,坡地开荒应选择在坡面的中上部,且松土深度以20cm为宜。     

标准坡面人工草地减流减沙效应及其坡面流水力学机理研究

通过放水冲刷实验,研究草地与裸地坡面土壤水分入渗及产流产沙过程,分析草地减流减沙效益,并从水力学特性剖析草地调控水沙的机理.结果表明:①裸地与草地坡面土壤水分入渗过程均符合Horton入渗公式i=ic＋(i0－ic)e－kt;与裸地相比,草地入渗率增加40％,产流时间推迟2.5 min,径流系数减少28.3％,输沙率减少78.4％.②裸地坡面输沙过程呈高—低—高变化趋势,而草地呈现先增后减趋势.③草地坡面流属于层流中的缓流流态,裸地则属于过渡流的急流流态,说明草地坡面抵抗侵蚀力和泥沙搬运的能力明显强于裸地;草地可明显降低径流流速,增加阻力系数和曼宁糙率系数,但对径流深度影响不明显.      

鲁中南降雨因子对不同种植下坡耕地产流产沙影响的灰色关联分析

[目的]探讨鲁中南山区影响不同种植下坡耕地产流产沙的主要降雨因子。[方法]通过对鲁中南山区不同种植下降雨因子与径流泥沙量的灰色关联分析,研究不同种植下不同降雨因子对径流量、泥沙量影响的主次关系。[结果]不同种植类型下,不同降雨因子对径流量和泥沙量影响的关联序并不一致。降雨量是影响径流量的主导因子,而在自然草地径流小区,PI30对径流量的影响最大;降雨强度是影响泥沙量的主要因子,而在沙打旺径流小区,PI对泥沙量的影响最大。在花生径流小区和自然草地径流小区,复合因子对径流量、泥沙量的影响最小;在沙打旺径流小区,降雨强度对径流量的影响最小,而复合因子对泥沙量的影响最小。[结论]该研究为当地坡面水土流失综合治理以及土地的优化利用和可持续发展提供了理论依据。     

神府东胜煤田开发建设中扰动地面产流产沙试验研究

采用野外放水冲刷实验的方法,对扰动地面产流产沙规律进行了研究。结果表明:(1)平均产流时间和平均产流量均与坡度不相关,平均产流时间与放水流量呈幂函数关系,平均产流量与放水流量呈二次函数关系。(2)当放水流量为10 L.min-1时,产沙量与坡度呈线性关系,其它放水流量下,产沙量与坡度均呈对数关系;坡度为5°时,产沙量与放水流量呈幂函数关系,坡度为10°和18°时,呈线性关系,产沙量与径流量呈对数函数关系,放水流量是影响产沙量的主要因素。(3)产沙率随放水时间呈减小趋势,大约在前6 min内,产沙率呈增大趋势,达到一个峰值后迅速减小(6~15 min内)。     

天然降雨条件下裸坡、植被坡的产流产沙过程分析

[目的]分析天然降雨条件下,裸坡、植被坡的产沙产流特征。[方法]以10°、15°裸坡和植被坡为试验对象,分析了裸坡、植被坡在天然降雨条件下的产沙产流特征,以及裸坡与植被坡的降雨量与产沙量关系。[结果]裸坡与植被坡的产沙量、产流量都与降雨量、坡度、坡面植被有关。各坡面累积产沙量、产流量的大小关系均为15°裸坡〉10°裸坡〉15°植被坡〉10°植被坡。天然降雨情况下,各坡面产沙量与降雨量均呈幂函数关系。[结论]在相同坡度条件下,植被坡的产沙量、产流量都比裸坡要小,说明其具有较好的水土保持效应。     

城市透水性下垫面降雨径流污染的影响因素研究

[目的]探究城市透水性下垫面降雨径流污染的影响因素。[方法]从降雨径流产汇流特性和污染物冲刷规律角度,在实验室条件下对3种透水性下垫面(草地、透水砖、压实裸地)的降雨径流污染进行正交试验。[结果]草地、透水砖及压实裸地的次降雨径流系数差异较大,分别为0.28~0.43、0.35~0.55、0.72~0.74,地表的溶解性污染物冲刷进入径流水体中的比例较高,冲刷率可达50.00%~88.00%。坡度和降雨强度极大地影响产流过程,是影响产汇流时间、径流水量和电导率的重要因素;流量峰值产生时间、电导率峰值产生时间、退水时间、退水量和径流系数主要取决于下垫面性质;降雨动能的影响大于下垫面的入渗量,是影响溶解性污染物冲刷效率的最主要因素。[结论]该研究可为海绵城市建设提供科学依据。     

黄土区不同植被条件下的土壤抗冲性

该文以晋西黄土区刺槐林地、油松林地、农地、草地、道路边坡为研究对象,用野外实地放水冲刷的方法,以地表径流含沙量为指标,研究了不同植被条件下土壤的抗冲性,并就坡度、地被物、植物根系对土壤抗冲性的影响,以及流量和土壤抗冲性的相关性进行了探讨.研究得出不同植被条件下土壤的抗冲性为油松林地>刺槐林地>草地>道路边坡>农地.林草措施的抗冲效果与坡度密切相关,且随坡度的增大林草措施的防冲效果变小;地被物对土壤抗冲性有显著影响,没有地被物的土壤抗冲性明显小于有地被物的土壤;植物根系对土壤抗冲性的影响与冲刷水流的流量密切相关,冲刷水流的流量较小时根系对土壤抗冲性的改善效果更为突出.黄土区水土保持的关键是分散地表径流.     

90%盖度狗牙根草地对次降雨径流削减作用

利用人工模拟降雨试验研究了不同降雨强度和坡度条件下,90%盖度狗牙根草地(以裸地为对照)对次降雨地表径流产生过程的影响以及对径流总量的削减作用。结果表明:1)与裸地相比,狗牙根草地对初始产流时间延长效果明显,最小延长4′2″,最大延长29′8″;对裸地径流总量的削减率最高达59.04%,平均削减率为47.76%,削减效果显著;2)狗牙根草地相比裸地能够很好地延缓峰现时间。随着坡度和降雨强度的增加,狗牙根草地和裸地产流速率趋于稳定所需时间也在缩短,狗牙根草地和裸地的稳定产流速率也在不断增大; 3)随着坡度的增大,狗牙根草地和裸地稳定产流速率之间的差距逐渐缩小,狗牙根草地对总径流量的削减是呈减弱的趋势;4)拟合了径流削减率与降雨强度、坡度的方程,E=I－0.23(1－sin θ)0.58×e4.93×100%,双侧统计相关性显著。