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。     

神东煤田原地面侵蚀产沙规律野外降雨试验

为科学计算煤矿开发建设过程中弃土弃渣、扰动地面、非硬化路面等的新增水土流失量,以神府东胜煤田为研究背景,将未经人为扰动撂荒地作为自然侵蚀本底值的研究对象,采用野外人工模拟降雨的方法,对原地面的侵蚀产沙规律进行研究.结果表明:原地面含沙量随时间的变化形式有3种,平缓型、单峰型和多峰型.产流时间与降雨强度、产沙量与降雨强度和坡度的关系均呈幂函数相关,径流流速和流深与降雨强度呈指数函数相关,径流量与降雨强度、产沙量与径流量之间呈线性相关.     

不同坡度下侵蚀量与降雨特征的关系研究

坡面侵蚀影响因素众多,为研究不同坡度下土壤侵蚀的降雨影响因子。选择坡度为5°,10°,15°野外径流小区,观测雨强、径流量、降雨过程,接取沙样。利用SPSS分析统计软件,对降雨量P(X1)、平均雨强I(X2)、瞬时最大雨强IMAX(X3)、最大10min雨强I10(X4)、最大30 min雨强I30(X5)、降雨动能E(X6)、最大30min雨强与降雨动能的乘积EI30(X7)、降雨量与平均雨强的乘积PI(X8)、降雨量与最大瞬时雨强的乘积PIMAX(X9)、降雨量与最大10min雨强的乘积PI10(X10)、降雨动能与最大10min雨强的乘积EI10(X11)、降雨量与最大30min雨强的乘积PI30(X12)和坡度(X13)与土壤侵蚀量进行因子分析和逐步回归分析。结果表明:坡面侵蚀量主要受降雨动能和坡度影响,坡度在5~15°范围内是影响坡面侵蚀的主要因素,坡面侵蚀量与降雨动能和坡度呈线性关系。     

降雨特性与排土场边坡水力侵蚀的关系

本文以准格尔旗黑岱沟露天煤矿东排土场为研究对象,针对露天矿排土场特殊的土壤侵蚀特点,选择不同排弃年限的排土场边坡坡度比较一致的坡面,分别在排弃年限为当年(2009年)、4年(2006年-2009年)、10年(2000年-2009年)的排土场边坡上布设径流小区,在径流小区中设置自记雨量计,记录降雨过程,据此计算每一次降雨的降雨量、降雨历时、平均降雨强度、最大30min雨强、降雨侵蚀力等。测算各降雨条件下不同排弃年限的排土场边坡产生的径流量和产沙量,分析降雨特性与排土场边坡水力侵蚀的关系。     

聚丙烯酰胺与苔藓对幼龄锥栗园土壤侵蚀的影响

采用聚丙烯酰胺(PAM)和苔藓为材料,利用径流小区试验,观测其对幼林锥栗园土壤侵蚀的影响,分析其在3种雨型下径流量与入渗量、含沙量与产沙量以及侵蚀泥沙机械组成的变化结果表明,3种雨型顺坡和梯田的径流量关系为对照＞ PAM与苔藓混合处理＞PAM处理＞苔藓处理,入渗量为苔藓处理的小区最大;PAM处理的产沙量最少,顺坡长历时降雨条件下苔藓处理降低含沙量的效果更加明显;梅雨产沙主要以粘粒和粉粒为主,雷阵雨和台风雨产沙沙粒比例明显增加,PAM与苔藓混合处理阻止园大颗粒土壤的流失最为有效     

陕北黄土区生物土壤结皮抗冲性研究

生物土壤结皮对提高黄土区土壤抗冲刷与抗侵蚀能力起着重要作用,充分认识和了解其作用机理对治理该区土壤侵蚀具有重要意义。该文采用原状土冲刷槽的实验方法,于2008年9月对陕北黄土区不同类型生物土壤结皮冲刷过程中的径流含沙量、冲刷总量及抗冲指数进行了研究,结果表明:①苔藓比例是衡量生物土壤结皮抗冲能力的重要指标,土壤冲刷总量与苔藓比例呈负相关,生物土壤结皮崩解时间与其呈正相关。②生物土壤结皮冲刷过程中,径流含沙量随冲刷时间逐渐增加,在生物土壤结皮完全崩解后,径流含沙量开始减少。③土壤抗冲指数（冲走1 g土所需时间）与时间呈显著二次多项式的关系,即随着时间增加,生物土壤结皮逐渐崩解,土壤抗冲指数随之降低。④生物土壤结皮的盖度与土壤冲刷侵蚀量呈负相关,即盖度越高,侵蚀量越低;在坡度与冲刷强度相同条件下,无结皮土壤径流含沙量是全覆盖结皮土壤的35倍。⑤坡度与生物土壤结皮径流含沙量呈正相关,且在陡坡条件下,生物土壤结皮抗冲刷和抗侵蚀能力更为明显,因此,提高生物土壤结皮盖度、增加生物土壤结皮苔藓含量是提高黄土区土壤抗冲刷能力的有效方法之一。      

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。     

降雨和坡度对植烟坡耕地产流产沙的影响

【目的】本文探明了紫色土坡耕地产流产沙特征,为植烟土壤管理提供科学依据。【方法】对不同坡度(5°、10°、15°、20°、25°和30°)野外径流小区开展长期定位观测,研究坡面产流、产沙随降雨强度及坡度的变化特征。【结果】(1)通过近10年降雨资料分析,研究区域降雨年内分配极不均匀,6-9月降雨量占全年降雨量的80.2%～92.5%;小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨的雨量分别占6-9月总雨量的14.6%、26.7%、31.5%、22.5%、4.7%,中到暴雨占雨季降雨总量的80.7%,是土壤侵蚀强度大的重要原因;(2)坡面径流系数随最大30 min雨强的增大而增加,5°、10°、15°、20°、25°和30°坡面径流系数最小分别为0.033、0.034、0.063、0.092、0.093、0.112,最大分别为0.646、0.666、0.673、0.738、0.742、0.786,同等雨强条件下,降雨量能显著影响坡面径流系数;(3)产沙量随最大30 min雨强的增大而增加,5°、10°、15°、20°、25°和30°坡面产沙量最小分别为1.7、1.6、3.1、4.8、2.3、1.7 t·km~(-2),最大分别为75.4、234.7、440.5、486.7、489.5、477.1 t·km~(-2),产沙量随最大30 min雨强的变化过程受到植被覆盖度的影响;(4)在小雨(0.14～0.46 mm·min~(-1))、中雨(0.54～0.88 mm·min~(-1))、大雨(1.1～1.9 mm·min~(-1))下,坡面径流系数随坡度的增大而增大,最大径流系数分别为0.326、0.565、0.712。不同雨强下,坡面产沙量随坡度的变化存在差异,小雨和中雨下,产沙量变化的临界坡度为20°,最大产沙量分别为113.8、193.5 t·km~(-2),大雨下临界坡度为25°,最大产沙量为389.1 t·km~(-2),临界坡度随雨强的变化而改变。【结论】雨季是区域土壤侵蚀发生的关键时期,坡度显著影响土壤侵蚀强度,加强雨季水土保持对区域土壤可持续利用至关重要。     

基于通径分析的陕北黄土坡面径流产沙影响因素

通过对陕北半干旱黄土区16场有径流产沙发生的次降雨数据进行收集,以径流量和产沙量为因变量,植被类型、植被盖度、坡度、坡向、降雨量、降雨历时、场均雨强、I5、I10、I15、I30、土壤密度、土壤稳渗率作为自变量,在进行逐步回归分析的基础上,对影响径流量及产沙量的主要因素进行通径分析,结果表明:1)植被盖度、降雨量、降雨历时、I30、稳渗率是影响径流量的主要因素,径流量、植被盖度、坡度、降雨量、场均雨强、I15、土壤密度为影响坡面降雨产沙量的主要因素;2)降雨历时、降雨量、I30对径流量起到决定性作用,且对径流量产生影响的直接影响因素排序为降雨历时I30降雨量植被盖度稳渗率,而间接影响排序为降雨量降雨历时稳渗率I30植被盖度,决定系数排序为d降雨量·降雨历时d降雨历时·降雨历时dI30·I30d降雨量·降雨量d植被盖度·植被盖度;3)径流量、降雨量、I15对产沙量起到决定性作用。对产沙量影响因素排序:从直接通径系数来看,径流量I15土壤密度降雨量场均雨强植被盖度坡度;从间接通径系数来看,降雨量场均雨强植被盖度I15土壤密度径流量坡度;从决定系数来看,d径流量·径流量d径流量·降雨量d径流量·I15dI15·I15d土壤密度·土壤密度d降雨量·降雨量。      

黑土坡面径流特征模拟研究

以土槽模拟自然坡面,在人工降雨条件下,对黑土坡面径流参数进行了分析。结果表明:随着降雨强度(简称"雨强")和坡度的增大,黑土坡面径流的初始产流时间缩短,径流量和径流系数增加。在前期降雨条件下,二次降雨所表现的径流侵蚀特征均强于首次降雨。黑土坡面产生细沟的时间随坡度增大而缩短,当坡度15°时,细沟产生时间基本一致,细沟的数量及长、宽、深等参数增大,坡度对沉积的影响作用大于降雨强度。     

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。     

地表径流中碱土金属流失规律及调控机制研究

采用模拟降雨装置,对密云县农田褐土进行了在不同地表状况、降雨强度和坡度下的交叉试验,测试分析了径流泥沙和径流水携带的Ca、Mg流失量。结果表明,相同降雨强度、坡度条件下,Ca、Mg流失量为秸秆覆盖<草皮覆被<裸地。相同地表状况与坡度下Ca、Mg流失量与雨强呈正相关,相同雨强下泥沙携带流失量随坡度的增加而增大,草皮覆被和秸秆覆盖的地表径流水中Ca、Mg的流失量随坡度的增加而增大,坡度对裸地地表径流水携带Ca、Mg的流失量峰值有影响。相同雨强和坡度条件下,裸地地表泥沙中Ca、Mg的流失量超出径流水的携带量,草皮覆被和秸秆覆盖下,在坡度10°、15°时泥沙中Ca、Mg的流失量接近于径流水携带量,而且此时径流水中Ca、Mg的流失量占泥沙携带量的百分比高于坡度为20°、25°、30°时的百分比。秸秆覆盖,雨强90、120mm·h-1条件下,径流水中Mg的流失量已经超过了泥沙携带量,结果证明径流液中Ca、Mg均存在不容忽视的流失状况,而且Ca的流失量高于Mg。     

喀斯特地区坡耕地径流水动力学特征研究

为研究喀斯特地区坡耕地在不同条件下的水动力学特征,通过野外径流模拟试验分析在不同坡度和不同流量下的细沟径流侵蚀过程,深入研究细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征。研究结果表明：流速随坡度的增大而上升,但两者相关性不明显;雷诺数(Re)随坡度的增大而减小,弗劳德数(Fr)和阻力系数(f)均随坡度的增大而增加;南明区、青岩和修文的雷诺数(Re)与弗劳德数(Fr)呈显著负相关关系(P<0.01)。研究结果对于认识不同坡度与不同流量下细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征有重要意义,为喀斯特地区坡耕地土壤侵蚀与防治提供一定参考依据。     

紫色土细沟侵蚀输沙能力研究

本研究采用体积置换法获得的细沟水流含沙量随沟长变化的过程数据,估算得到不同水力条件下的最大含沙量,进而计算水流的输沙能力.实验采用不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)、流量(2,4,8min/L),测量紫色土细沟侵蚀输沙数据,分别采用细沟侵蚀含沙量随沟长变化的输沙过程的实测和拟合最大含沙量、细沟侵蚀剥蚀率为0时的含沙量3种方法确定紫色土细沟水流的输沙能力.结果显示,输沙能力随流量呈线性增加,随坡度呈对数增大,流量较坡度对输沙能力的影响更大.同一坡度下,流量越大,输沙量趋于输沙能力所需的沟长越短;同一流量下,坡度5°~15°时,坡度越大,输沙量趋于输沙能力所需沟长越短,坡度15°~25°时,输沙量趋于输沙能力所需沟长随坡度增加变化不大.相关性分析可知,3种方法计算得到的输沙能力基本一致.     

人工模拟降雨条件下紫色土养分流失规律分析

实验采用美国人工模拟降雨器装置, 研究了重庆紫色土区域在不同雨强和坡度条件下的养分流失规律. 结果表明, 紫色土养分流失主要以不溶态的形式存在泥沙中, 以溶态形式少量存在于径流中. 并且进一步得出, 泥沙中养分含量随坡度增加而降低, 而径流不受坡度和雨强的影响. 泥沙中各养分富集, 土壤养分含量明显大于雨前养分含量和径流养分含量, 但由于速效养分富集于径流中, 所以径流中的养分流失也不容忽视.     

紫色土细沟侵蚀输沙能力研究简

本研究采用体积置换法获得的细沟水流含沙量随沟长变化的过程数据,估算得到不同水力条件下的最大含沙量,进而计算水流的输沙能力.实验采用不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)、流量(2,4,8min/L),测量紫色土细沟侵蚀输沙数据,分别采用细沟侵蚀含沙量随沟长变化的输沙过程的实测和拟合最大含沙量、细沟侵蚀剥蚀率为0时的含沙量3种方法确定紫色土细沟水流的输沙能力.结果显示,输沙能力随流量呈线性增加,随坡度呈对数增大,流量较坡度对输沙能力的影响更大.同一坡度下,流量越大,输沙量趋于输沙能力所需的沟长越短;同一流量下,坡度5°~15°时,坡度越大,输沙量趋于输沙能力所需沟长越短,坡度15°~25°时,输沙量趋于输沙能力所需沟长随坡度增加变化不大.相关性分析可知,3种方法计算得到的输沙能力基本一致.     

降雨对不同坡比边坡产流产沙过程的影响

为了给侵蚀沟植被边坡防护提供理论基础,通过野外径流小区试验,观测次降雨对1:1.5和1:1.2坡比边坡7种植被配置产流产沙的过程特征。结果表明：产流量主要随降雨量变化,大于其受植被影响,产沙量主要集中于前期强降雨,15 mm雨量为阈值,高于15 mm雨量产沙量大幅度增长,植被生长后期产沙极少;不同时间段次降雨减流减沙优势植被配置不同,紫花苜蓿草种前期减流减沙效果好,无芒雀麦和早熟禾草种后期减流减沙效果好;坡度变陡,产流量随植被生长由相近逐渐提高,产沙量只在强降雨下明显升高。在侵蚀沟陡坡防护时紫花苜蓿混播比例要高,提高前期对强降雨的承受能力。     

模拟降雨条件下林下枯落物层减流减沙效应

通过室内模拟降雨试验,研究了不同坡度、雨强条件下枯落物覆盖对坡面产流过程和侵蚀过程的影响。结果 表明:1)枯落物单位面积生物量越大,坡面产流越迟,并且枯落物覆盖延迟地表径流产生的作用在30 mm/h 雨强下 较60 mm/h 更为突出;2)坡面总径流量随枯落物单位面积生物量增大而减小,30 mm/h 雨强下减少率在4.8% ~ 54.8%之间,60 mm/h 雨强下减少率在4.2% ~ 26.8% 之间,30 mm/h 雨强下枯落物的减流效应要优于60 mm/h 雨 强;3)坡面产沙率和总产沙量均随枯落物单位面积生物量的增大而减小,当枯落物生物量为50 g 时,坡面的总产沙 量相比裸坡可降低56.2% ~68.0%,枯落物生物量达到200 g 之后坡面总产沙量相比裸坡能降低92.2%以上,即使 在60 mm/h 雨强下枯落物层仍能发挥良好的减沙效果;4)枯落物层拦截泥沙的效应要强于其减少径流的效应,有 枯落物覆盖的坡面,在径流量较大的情况下,产沙量也可能较小。实验表明,要发挥枯落物层良好的水土保持功 能,枯落物单位面积生物量需达到250 g 以上。      

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。     

用人工模拟降雨研究不同土壤类型的产沙特征

以新疆伊宁、玛纳斯县3种土壤类型为研究材料,采用室外人工模拟降雨试验、野外调查采样与土壤样品室内理化性质测定相结合的方法,比较了相同降雨条件下3种类型土壤的坡面侵蚀特征。结果表明:(1)土壤的颗粒组成和有机质含量是影响土壤可蚀性差异的主要因素。土壤中粉粒的含量越高,其含沙量、可蚀性K值愈大,越易发生侵蚀;土壤中粘粒含量越高,土壤含沙量、可蚀性K值越小,越易抵抗侵蚀。(2)相关性分析发现土壤的径流速率和产沙量的相关系数为0.56,没有显著的相关性。(3)土壤的有机质和累积含沙总量相关性分析,发现两者显著相关,相关系数为0.73。(4)通过打破土壤结构体,发现2 mm结构体土壤中,灰钙土的产流速率、产沙量及可蚀性K值均最小;2 mm土壤结构体中,棕钙土的产流速率、产沙量及可蚀性K值均最小,且2 mm土壤结构体比2 mm结构体的土壤抵抗侵蚀的能力大。