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。     

黄土高原典型流域次降雨径流侵蚀产沙规律研究

【目的】研究黄土高原地区小流域次降雨径流侵蚀产沙规律,建立适宜于该地区的侵蚀产沙预报模型。【方法】根据岔巴沟流域32年实测的水沙资料,采用径流侵蚀功率、地貌分形信息维数的计算模型及多元非线性回归方法,分析了黄土高原地区岔巴沟流域的次降雨径流侵蚀产沙规律。【结果】岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙模数Ms与径流侵蚀功率E、地貌形态分形信息维数Di有很好的相关性,模型具有较高的精度和一定的适用性。【结论】基于流域径流侵蚀功率与地貌形态分形信息维数的岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙预报模型,能够近似反映不同尺度流域次降雨径流侵蚀产沙特性及水沙传递的关系,为建立具有广泛适用性和较高预报精度的黄土高原流域次降雨径流侵蚀产沙预报模型提供了理论依据。     

不同空间尺度次暴雨径流侵蚀功率与降雨侵蚀力的对比研究

【目的】提出径流侵蚀功率的概念,对比分析降雨侵蚀力和径流侵蚀功率在表征次暴雨水力侵蚀动力上的优劣。【方法】基于次暴雨洪水过程中径流深和洪峰流量模数2个重要的水文特征参数,提出了径流侵蚀功率的概念,并利用岔巴沟流域团山沟径流场和纸坊沟流域2个不同空间尺度实测降雨径流泥沙资料,对径流侵蚀功率和降雨侵蚀力表征次暴雨水力侵蚀动力的优劣进行了比较。【结果】径流侵蚀功率可以更好地表征坡面和流域尺度的次暴雨水力侵蚀动力,更能体现天然降雨和下垫面特性对次暴雨侵蚀产沙的综合影响。【结论】与通用的降雨侵蚀力相比,径流侵蚀功率更适宜用作坡面、流域尺度次暴雨侵蚀产沙模型的侵蚀动力因子。     

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。     

基于三维激光扫描仪技术的坡面径流小区土壤侵蚀运用研究

利用徕卡HDS300三维激光扫描仪的精密测量技术对黄绵土坡面径流小区土壤侵蚀形态的微观变化及过程进行高精度、实时监测,从形态学上探讨了土壤侵蚀过程及分布特征,研究结果表明:(1)徕卡HDS300三维激光扫描仪及其配套的软件能准确地测量到初始坡面、降雨后坡面的地貌形态DEM;(2)徕卡HDS300三维激光扫描仪中的Clyclone软件对初始坡面、降雨后坡面的地貌形态DEM进一步分析,计算了降雨后土壤侵蚀体积与土壤流失量,且二场人工降雨实验测得的实验误差分别为5.38%和3.41%,经过精度验证表明,三维激光扫描仪可应用于坡面产流产沙研究,土壤侵蚀量的测算精度较高;(3)各场次降雨后的三维点云数据导入到Arcgis中进行分析处理,获取了坡面侵蚀时空分布特征,实时监测了侵蚀沟的发展以及土壤侵蚀形态的变化。该实验研究可以弥补目前在土壤侵蚀形态微观定量研究上存在的不足,获取高精度数据,为水土保持工程设计、水土保持管理提供技术支撑。     

模拟降雨条件下覆沙坡面产流产沙过程研究

【目的】分析不同覆沙条件下坡面降雨的产流产沙过程,为揭示黄土高原水蚀风蚀交错区风水复合侵蚀机制奠定基础。【方法】采用3个雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)和3种覆沙方式(全坡、半坡、无覆沙)在室内进行模拟降雨试验,分析不同雨强和覆沙条件下坡面的产流产沙特征。【结果】坡面覆沙与无沙坡面(裸坡)相比延长了降雨初始产流时间1~30min;坡面覆沙后使得坡面的产流产沙过程复杂化,出现多峰多谷现象;坡面的累计径流量和累计产沙量均与降雨历时呈显著线性相关,相关系数在0.9以上;累计径流量与累计产沙量之间呈函数相关性,相关系数在0.90以上。【结论】坡面覆沙在一定程度上加剧了侵蚀的发生。     

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。     

三峡库区紫色小流域侵蚀性降雨特征

【目的】本文以三峡库区陈家沟小流域为研究区,探讨了小流域内侵蚀性降雨的雨情、分配及时空变化等特征。【方法】采用K-Mean Clustering聚类方法以及多种降雨特征指标。【结果】①陈家沟小流域在第Ⅲ类雨情下侵蚀性降雨次数少,但其平均降雨侵蚀力最大,引起强烈土壤侵蚀的潜在能力大;第Ⅱ类雨情下平均降雨侵蚀力最低,但其侵蚀性降雨次数最多,且集中在汛期,容易出现短时间内连续降雨的情形,其引起严重水土流失的潜在能力也不容忽视;第Ⅰ类雨情下侵蚀性降雨总侵蚀力值高于其它两类雨情。②陈家沟小流域内侵蚀性降雨量在年内呈明显的双峰型分布,5-9月是降雨集中期,侵蚀性雨量和降雨次数分别占全年总量的82%和75%以上。③陈家沟小流域内不同支沟侵蚀性降雨雨量、平均最大I30、平均降雨侵蚀力值具有如下趋势:戴家沟黑沟岭杨家沟乔家1号。【结论】陈家沟小流域侵蚀性降雨主要有3类雨情。陈家沟小流域内不同支沟的侵蚀性降雨雨量、降雨强度以及降雨历时的空间变异程度较大。     

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.     

伊犁河谷次降雨特征对坡面产流产沙的影响

【目的】研究西北干旱区自然降雨与退化草地坡面产流产沙的关系,及坡面阻控措施对水沙变化的影响,为区域洪水防治和水土保持提供理论支持.【方法】基于2019年4～9月伊宁市北坡31场次降雨,分析降雨特征并制定侵蚀性降雨标准;在同一坡面设置枯草覆盖、水平沟、增渗孔以及对照等4种处理开展自然降雨径流监测实验,研究降雨特征与坡面产流产沙的关系,比较3种坡面阻控措施的效果.【结果】伊犁河谷次降雨最大30 min雨强远大于平均雨强,具有明显的短时强降雨特征;当次降雨量超过4.0 mm且最大30 min雨强超过3.6 mm/h时,可引发降雨侵蚀;坡面产流量与降雨量及前3 d降雨量呈显著正相关,产沙量与降雨侵蚀力呈显著正相关;坡面处理措施对径流和泥沙削减效果均为:枯草覆盖水平沟增渗孔.【结论】伊犁河谷夏季短时强降雨是引发水土流失的重要条件,通过设置坡面阻控措施可降低短时强降雨对土壤的侵蚀,枯草覆盖和水平沟均能减少70%以上的产流产沙,有效减轻了坡面水土流失.