华北典型山区坡地径流的退水过程研究

通过位于北京市怀柔区东台沟的华北山区典型坡面径流场内人工模拟降雨实验,分别讨论了地表径流、壤中流和基岩风化带出流共3层的退水特征,三者比较结果表明,壤中流最早开始退水,其退水历时最长,流量最小;地表径流的退水一般受降雨和地形地貌的影响,雨停后迅速消退;基岩风化带出流通常在地表径流退水的后半段开始.影响因子分析表明,降雨历时与地表径流的退水流量呈幂函数变化趋势;雨强与地表径流的退水流量呈对数变化趋势;雨强与壤中流和基岩风化带出流的退水流量之和呈线性变化趋势.雨强还影响退水流量在总径流量中的分配比例.地表径流、壤中流和基岩风化带出流的退水流量分别占总流量的7.8%、1.7%和5.9%.当雨强1.5 mm/min时,随雨强增加地表径流退水量的比例呈直线增加趋势,雨强2 mm/min时地表径流退水量所占比例反而下降.基岩风化带出流的退水流量所占比例呈幂函数逐渐下降的趋势,壤中流的比例一直较小.计算结果表明,该区退水常数可以分地表径流退水和壤中流-基岩风化带退水共2层,其值分别为0.75和0.94这一结果为进一步研究坡面水文过程乃至流域的退水过程提供了参数.      

干热河谷雨养坡地剑麻和番麻的径流分配作用及水土保持效应

金沙江干热河谷水土流失严重,自然降雨对地面的溅蚀以及形成径流对地表的冲刷是造成区域土壤养分流失、地力退化的重要原因。为了探究番麻、剑麻对干热河谷地区坡地产流产沙的影响及其对降雨径流的调控分配机制,设置标准小区监测试验,比较番麻、剑麻和裸地措施对小区土壤侵蚀量及降雨径流分配的影响。结果表明:干热河谷地区坡地径流输出以地表径流为主, 3种处理小区地表径流占总径流量的比例为76.42%～95.78%;番麻、剑麻小区的地表径流与裸地相比分别减少了71.09%、 84.21%, 50 cm处壤中流减少了19.33%、32.77%, 100 cm处壤中流则增加80.26%、 36.84%。拟合方程分析发现,平均雨强对裸地小区的产流影响最大,3种处理小区泥沙含量均与径流深关系最为密切,呈极显著正相关关系(p0.01)。该结论提示,在干热河谷栽种剑麻或番麻可以有效降低坡面径流的产生,并减少干热河谷坡面土壤的侵蚀,且这种减流减沙效益与剑麻和番麻在不同降雨条件下对降雨径流(地表径流、壤中流和界面流)的分配作用有关。     

紫色土坡地氮素和磷素非点源输出的人工模拟研究

氮素和磷素是引起水体富营养化的莺要限制因子,本文通过人工模拟降雨的方法,对紫色土坡地在降雨后产生的氮磷迁移过程进行动态研究.结果表明,两种坡度(5°和10°)和不同降雨强度的模拟降雨过程中,供试的土壤产生两种径流模式:地表径流和壤中流.多场人工模拟降雨中,单场降雨造成坡地总氮(TN)最大迁移量达2.13 kg·hm-2,总磷(TP)最大迁移量达0.17 kg·hm-2,地表径流的总氮和总磷(NP)输出与壤中流NP输出相差3～5倍,地表径流是TP输出的主要途径,而地表径流TN输出与壤中流TN输出差异不显著,壤中流也是TN迁移的另一重要途径;在相同坡度和降雨强度条件下,农田作物的覆盖作用能减缓地表径流量和N、P的迁移量具有明显作用,但产流时间的差异不大;在相同作物覆盖和降雨强度条件下,坡度越大其地表径流量和TN的迁移量也越大,土壤的NP迁移主要以TN为主.通过模拟降雨发现紫色土坡地土壤NP流失浓度与径流流量之间的关系可以表示为:Gn=aQ2 bQ c,降雨量是影响参数b的主要因子.     

陕北黄土坡地枣园降雨入渗产流试验与模拟

【目的】对陕北榆林黄土坡地枣园的降雨入渗、产流进行试验与模拟研究,为陕北坡地枣园雨水的高效利用提供指导。【方法】在陕北枣园径流小区,利用人工降雨试验,开展不同降雨强度(0.8,1.0,1.3mm/min)和不同初始土壤含水率(0.08,0.15,0.24cm3/cm3)条件下的降雨、入渗产流试验,运用Richards入渗方程结合水量平衡方程对人工降雨的入渗、产流过程进行模拟。【结果】土壤含水率相同条件下,降雨强度越大产流时刻越早,入渗达到稳定的时间越短,累积入渗量和径流量越大;降雨强度相同条件下,土壤初始含水率越大,产流越快,平均入渗率越小,趋于稳定入渗的时间越短,累积产流量也越大。模拟值与实测值相比,累积入渗量相对误差小于3%,平方根误差小于0.3mm;累积径流量平均误差≤12.5%,平方根误差小于0.4mm。模拟产流起始时刻普遍滞后于实测产流时刻,滞后时间最少为0.8min,最多为2.55min,其原因与坡面饱和导水率的空间变异性及降雨的不均匀性有关。【结论】采用Richards入渗方程并结合水量平衡方程模拟黄土坡地径流小区的降雨入渗、产流过程,结果合理可靠,且比较符合实际,但产流起始时间的模拟还需进一步探索。     

模拟降雨下雨强对石灰岩坡地土壤径流及泥沙含量的影响

通过室内模拟降雨试验研究了降雨强度(简称雨强)对石灰岩土壤坡面产流产沙过程和侵蚀过程,结果表明:雨强在60~100 mm/h之间、其他条件相同,坡面动态径流量随雨强的增大而增大,即100 mm/h85 mm/h60 mm/h。雨强为100 mm/h时,坡面径流总量为540.97 L;雨强为60 mm/h时,径流总量为332.28 L,且100 mm/h时的径流总量约是60 mm/h时的1.6倍。同一雨强下,泥沙含量在产流初期迅速增大到峰值,随后持续下降,20 min后趋于稳定。     

江西红壤缓坡地壤中流影响因素分析

针对地表植被覆盖、死地被物敷盖、裸地3种类型的坡面,采用径流小区试验方法,研究江西红壤表层(距地表30 cm)、底层(距地表60 cm)壤中流及地下径流(距地表105 cm)特征,运用数理统计方法分析壤中流流量、流速、历时与降雨、径流因子的相关关系。结果表明:1.与裸地相比,百喜草覆盖、死地被物敷盖显著增加壤中流量,2种措施都延长壤中流历时;2.壤中流量与雨量、雨强、降雨历时、初渗雨量呈正相关关系,覆盖、敷盖小区壤中流量受雨量影响较大,而裸地小区壤中流量受雨强影响较大;3.表层壤中流历时与降雨因子有较好相关性,而底层壤中流历时与降雨因子相关性很差;降雨历时对壤中流历时影响最大,降雨量影响最小;4.壤中流流速与因子的关系受措施及土层深影响,在植被覆盖、死地被物敷盖小区表层与雨量相关性最好,在裸地表层与雨强相关性最好。在各小区底层流速均与降雨历时相关性最好;5.裸地地表径流量与壤中流量相关关系不显著,在采取2种措施后,地表径流量与壤中流量呈线性正相关关系。随地表径流量的增大,覆盖措施壤中流量增大幅度大于敷盖措施。     

人工模拟不同降雨强度对贵阳市花溪区石灰土水分运移的影响

采用人工降雨对各种降雨强度进行模拟,观测花溪区石灰土土壤水分在不同雨强下的入渗情况,总结和探讨了不同降雨强度对典型喀斯特区域石灰土土壤水分入渗的影响规律。结果表明:对于石灰土,降雨强度小于60 mm/h的降雨归类于有效降雨,≥60 mm/h的降雨归类为侵蚀性降雨。40 mm/h雨强降雨对土壤水分补充效果优于20 mm/h雨强降雨。在60~80 mm/h雨强范围的降雨是利用率最低的降雨,降雨强度越大,产流量越高,对土壤的侵蚀力越强,土壤对降雨的吸收率越低。雨强越大,土壤表层含水率变化越大,土壤水分的增加过程在降雨后20 min达到最大值然后缓慢降低。     

晋西黄土区刺槐林地土壤水分对降雨的响应

通过野外坡面降雨试验,对晋西黄土区刺槐林地内土壤水分进行连续定位观测,以揭示晋西黄土区坡面土壤水分对降雨的响应,旨在为黄土高原区水土流失治理提供一定的理论依据。结果表明:1）坡面土壤含水率受植被密度影响较明显,密度较高的刺槐林地相对于密度较低的林地或裸地而言,其林地内坡面土壤水分对降雨的响应较平缓。2）垂直方向上,0~20 cm土层土壤含水率对降雨的响应最为直接和迅速。植被密度不同,各测点次表层（10~20 cm土层）土壤含水率的上升有先后之分,与表层（0~10 cm土层）相比,次表层的土壤含水率变化有一定的滞后和延长,体现出土壤水分入渗的先后过程。深层（20~150 cm土层）土壤含水率对降雨几乎无响应过程。3）坡面上表层土壤含水率对降雨的响应受降雨强度和植被密度影响,当降雨强度较小时,土壤含水率变化会出现上升期和退水期;当降雨强度较大时,土壤含水率变化则分为上升期、平台期和退水期,各期到达时间会因植被密度增加而出现相应的滞后现象。      

暴雨条件下不同林型对坡面径流过程的影响

为研究暴雨条件下不同林型对坡面径流及径流过程的影响,采用野外定位观测与室内试验相结合的方法,分析了北京山区典型小流域不同植被下坡面上的径流及其过程特征。结果表明,不同林型对地表径流、壤中流的影响存在差异。各径流小区产流时间和滞后时间有明显差异,其中灌木林产流时间明显早于乔木林,其滞后时间也明显小于其他3个乔木林径流小区。4种林型下的地表径流产流过程与降雨过程有明显的相似性,说明产流过程主要受降雨这个起源动力的影响,而不同林型则主要影响其发生、结束时间和产流量,而对整个产流过程曲线的影响不大。相对于降雨和地表径流,各径流小区的壤中流产流过程曲线表现均相对平缓,且产流开始时间和过程曲线明显滞后于降雨和地表径流的过程曲线,这主要因为土壤的缓冲作用所致。     

雨前土壤含水量对紫色土坡耕地地表产流过程的影响

[目的]为紫色土侵蚀的相关研究提供参考。[方法]试验在盐亭站7个不同坡度、不同土层厚度的径流小区进行,每小区进行两种土壤含水量(10%和20%)的降雨试验,研究雨前土壤含水量对紫色土坡耕地地表产流过程的影响。[结果]当雨前土壤含水量较高时,地表产流较快且径流上升较快,在降雨6 min后开始产流,产流10 min后地表径流达到稳定;而土壤含水量较低时,降雨10 min后才开始产流,产流25 min后地表径流达到稳定;当产流稳定后,2种土壤含水量条件下的稳定入渗率差异不明显,相对偏差小于10%。雨前土壤含水量较高时,地表径流量较大。[结论]雨前土壤含水量对地表产流过程的影响主要体现在降雨初期。     

雨强和地下孔（裂）隙度对喀斯特坡耕地养分流失的影响

【目的】研究不同降雨强度和地下孔（裂）隙下,喀斯特区坡耕地表和地下土壤养分流失途径及流失规律,为喀斯特坡耕地土壤养分流失控制和农业面源污染防治提供理论依据。【方法】以喀斯特区坡度为15°的坡耕地为研究对象,通过模拟其地表形态和地下孔（裂）隙特征,设置不同雨强（30、50、70、90 mm·h^-1）和地下孔（裂）隙度（1%、3%、5%）交叉试验共36场降雨,探索喀斯特坡耕地地表和地下养分流失特征。【结果】（1）雨强对喀斯特区坡耕地产流产沙影响显著（P<0.05）,地表、地下产流产沙量随雨强增大而增加,其产流产沙从地下过渡到地上的临界雨强可能在30—50 mm·h^-1;随地下孔（裂）隙度增大,地下产流产沙量增加,地表呈相反的规律。（2）喀斯特坡耕地径流养分主要通过地表流失,小雨强下通过地下孔（裂）隙流失;径流中全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）流失量和流失模数均随雨强增大而上升,雨强对各径流养分流失浓度影响不明显。地表养分流失量和流失模数随地下孔（裂）隙度增加而下降,地下反之。地下孔（裂）隙度的增加使地下径流养分流失占比逐渐增加。（3）养分会通过附着于泥沙流失,其中以地表泥沙流失为主。地表、地下各泥沙养分平均流失浓度、流失量和流失模数均随降雨强度增大而增加,其中TK流失平均浓度和流失量在不同雨强下显著高于TN和TP。同雨强下,地表泥沙各养分平均流失浓度、流失量和流失模数随孔（裂）隙度增加呈减小趋势,地下反之,但流失量从地表为主到地表与地下二者并重。（4）相关性分析表明,降雨强度与径流和泥沙流失量均呈现显著正相关关系,雨强对各养分径流的影响高于泥沙,地表径流受雨强影响最大。地下孔（裂）隙度对泥沙养分流失量的影响高于径流,而泥沙养分中地下泥沙养分流失量受其影响较大。【结论】喀斯特坡耕地养分主要通过地表流失,但地下孔（裂）隙对养分流失的影响不容忽视。在坡耕地养分流失防治上,地表通过增加植被覆盖度和添加枯落物等方式减缓坡耕地产流产沙量,地下通过植被根系固定土壤,防止养分通过孔（裂）隙向地下渗漏进而达到减少坡耕地土壤养分流失。     

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。     

裂隙岩体渗流补给特性及边坡稳定对策研究

“岩土二元结构体”边坡失稳现象由于其物质组成、形成年代、地质结构等方面的特点,与其他岩土边坡失稳有不同的表现.为探讨降雨诱发“岩土二元结构体”边坡失稳的机理及保证边坡稳定的对策,采用自记雨量计、时域反射仪（TDR）、翻斗式自记流量测定仪对“岩土二元结构”小流域的降雨特性、坡地岩土水分的动态变化以及裂隙岩体渗流的动态过程进行了测定分析.结果表明,降雨特性、坡地岩土前期水分含量以及坡地的地质结构特性是影响降雨入渗补给渗流及降雨诱发边坡失稳的重要因素;在强降雨条件下,距坡地表层50cm深度的土壤层与岩体层结合部位存在暂时饱和区,该饱和区通过对滑动面的浸泡软化,可以促使滑坡体的滑动;降雨入渗补给裂隙岩体渗流在坡面尺度上存在“优先流”现象,这主要是由于太行山区坡面尺度介质的非均匀性与空间变异性所造成的,同时,暂时饱和区的形成也起了重要的促进作用,这有利于区域地下水资源的形成,但也为诱发边坡失稳提供了条件;可以通过渗流集蓄技术降低暂时饱和区内的水分含量及裂隙网络中的侧向水压力,从而保证边坡的稳定.      

高寒草甸草原地表径流的若干特征分析

[目的]揭示高寒草甸草原降水特性、土壤水分对草地地表径流和水土流失的影响。[方法]利用高寒牧区海北牧业气象试验站2005年9月~2007年10月观测的天然草地地表径流与大气降水、土壤水分及植被覆盖资料,分析了该地表径流的特征。[结果]高寒草甸草原年平均径流系数为0.18%,各季地表径流夏季>秋季>春季,分别占年总径流量的57.3%、36.0%和6.7%,冬季无地表径流;年水土流失量主要由几次大降水造成;地表径流量与降雨量呈明显的线性正相关关系,与30 min最大雨强表现出指数函数关系,与0~20cm表层的土壤水分呈现显著的正相关关系。[结论]为高寒草甸草原水旱灾害的综合防治和实现水资源的可持续利用提供科学依据。     

间歇降雨条件下黄土坡面土壤溶质的迁移特征

 【目的】研究间歇降雨条件下黄土坡地水分溶质迁移特征,为减少汛期坡耕地肥料流失率和水土流失量提供理论依据。【方法】以黄土坡地为研究对象,采取表层喷施和拌施两种施肥方式,通过两场间隔24 h的室内模拟降雨试验,从降雨-径流-土壤相互作用角度,研究间歇降雨条件下坡面水土流失和土壤溶质（NO3-、Br-和PO43）的迁移特征。【结果】第二次降雨的稳定产流强度、径流量和侵蚀泥沙量均大于第一次降雨,初始产流时间和产流强度达到稳定的时间也比第一次降雨提前。与第一次降雨平稳阶段NO3-和Br-的浓度相比,第二次降雨开始产流时浓度明显偏大,但其平稳阶段浓度又均小于前者,而吸附性PO43-的第二次降雨浓度高于第一次降雨稳定期浓度。非吸附性NO3-和Br-易随入渗水迁移,导致表层土壤溶质含量显著减少,第二次降雨地表总流失量小于第一次降雨,而PO43-受土壤侵蚀因素影响很大,喷施和拌施条件下PO43-第二次降雨的总流失量分别为第一次降雨的2.93和1.77倍。【结论】对于土体疏松易侵蚀的黄土地区,受降雨间歇期表层土壤溶质含量和土壤抗蚀性变化的影响,第二次降雨的径流溶质浓度过程线不能视作第一次降雨的简单延续,多次降雨会加剧吸附性土壤溶质的地表流失风险。在雨季里,首次降雨应时该采取必备的截流措施,减少非吸附性土壤养分的大量流失;对后期降雨的关注重点则是涵养水土,防范吸附性土壤养分的流失风险。     

苏南马尾松林分冠层水文过程对降雨的响应特征

目的探究不同雨量级、雨强下马尾松林冠截留、树干径流、穿透雨变化的特征与联系,为苏南丘陵区马尾松林的可持续经营管理提供科学依据。方法2012年9月到2013年8月,选取34年生马尾松林,使用RG3-M翻斗式自记雨量计、自制树干径流收集装置、集水槽收集降雨、树干径流、穿透雨数据,定位监测马尾松林外降雨、林冠截留量、树干径流、穿透雨,建立并验证Gash模型的适用性。结果（1）降雨主要集中在5—8月,林冠截留量、树干径流量、穿透雨量对降雨量有良好的响应,树干径流率和穿透雨率随着降雨强度和降雨等级的增加呈现上升趋势,截留率呈现下降趋势。（2）马尾松林冠截留率最大值出现在最小雨量（< 1.0 mm）和 < 1.0 mm/h雨强范围内,树干径流率最大值出现在中等雨量（≥ 50 mm）和1.5 ~ 2.0 mm/h雨强范围内,穿透雨量最大值出现在最大雨量级（≥ 50.0 mm）和1.5 ~ 2.0 mm/h雨强范围内,结果显示马尾松林林冠水文过程对降雨有较好的响应,降雨强度是影响马尾松林内水文过程的关键因子。（3）通过Gash模型定量分析降雨再分配规律,经过推导和计算相关参数,得到的模拟值与实测值有较好的一致性。结论马尾松林林冠部分和树干的持水能力分别为1.21、0.1 mm,形成树干径流的最小降雨量为4.86 mm。本研究可以为马尾松林的截留过程提供较明确和科学的参考。      

前期含水量对坡耕地产流产沙及氮磷流失的影响

土壤前期含水量是影响土壤入渗、产流以及溶质迁移、淋失的重要因素之一。通过人工模拟降雨实验,对5%、9%、13%、17%和20%这5个不同前期含水量水平下的黄土高塬沟壑区黑垆土坡耕地土壤侵蚀及氮磷流失情况进行了研究。结果显示:在同一雨强和坡度条件下,随着土壤含水量的增加,坡面达到稳定入渗率的时间缩短,开始均匀产流时间也减小;在5%~17%前期含水量的范围内,径流量、泥沙量随前期含水量增加而增加,17%~20%时径流量和产沙量为递减的变化趋势;产沙量与径流量呈显著的线性关系,相关系数为0.889。前期含水量为17%时,径流中水溶性磷、硝态氮、铵态氮浓度最大,总流失量最大,3种养分在湿润层内发生积累的深度随含水量增加而减小,前期含水量17%是影响径流中养分浓度变化的一个临界值;在前期含水量范围为5%~9%时,养分流失量变化不大,且流失量较小;硝态氮平均流失总量最大,分别是铵态氮和水溶性磷的1.32和2.46倍。该项研究结果可为当地农业生产、减少水分损失、提高水分和养分利用率提供有效的指导。     

金沙江干热河谷地区降雨对水土流失的影响

金沙江干热河谷是长江上游生态环境最脆弱、水土流失最严重的区域之一。在对攀枝花市2010-2012年降雨观测基础上,结合9个径流小区水土流失量的监测数据,剖析金沙江干热河谷地区降雨对水土流失的影响。结果表明,金沙江干热河谷地区6-10月为降雨集中期,6-8月是强降雨集中期,强降雨累计雨量占全年降雨量的31％～36％;水土流失的发生一般为强降雨所致,本地区降雨侵蚀力因子为336.17（J·cm）/（m2·h）;径流系数与降雨强度、坡度、农作物种类、耕作方式有关,坡耕地的径流系数为0.08～0.12,并随坡度的增加而增大;坡改梯径流系数为0.02～0.04,灌木林（黄连翘）为0.02～0.04,鱼鳞坑为0.08,地膜覆盖（顺坡）为0.28。     

模拟降雨下重庆喀斯特槽谷区径流氮磷元素流失特征

为揭示降雨强度和岩层倾向对喀斯特槽谷区耕层土壤氮磷流失的影响,利用人工降雨装置和可变坡钢槽进行模拟试验,设计坡面坡度为25°,岩石裸露率为15%,岩层倾角为30°,地下孔裂隙度为3%,降雨强度分别为30、60和90mm/h,模拟降雨持续时间为1h。结果表明:1)产流量随着降雨强度的增大而增大,地表产流量表现为裸坡顺层坡逆层坡;地下产流量表现为逆层坡顺层坡裸坡。2)在30mm/h降雨强度条件下径流全氮浓度最高;在60mm/h降雨强度条件下铵态氮浓度和硝态氮浓度最高;磷浓度随着降雨强度的增大而降低;逆层坡的径流氮磷浓度最高。3)氮磷流失量随降雨强度增大而增大,且地下流失量高于地上流失量;不同岩层倾向条件下,氮磷流失量地上表现为裸坡顺层坡逆层坡,地下表现为逆层坡顺层坡裸坡;氮在逆层坡的流失量最多,磷在顺层坡的流失量最多。本研究可为在喀斯特槽谷区布设保水保土措施以及改善土壤质量上针对不同岩层倾向坡方案提供依据。