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。     

模拟降雨条件下坡度对东北黑土区坡面侵蚀过程的影响

利用野外模拟降雨实验,分析了不同坡度(3°,5°,7°,9°,12°,15°)、不同降雨强度(70,100,120mm/h)条件下,黑土坡地产流和产沙特性随坡度和降雨强度的变化规律。研究结果表明:降雨强度小,产流时间长且坡度对产流时间影响小。降雨强度大,产流时间短且坡度对产流时间的影响明显;在坡度较小的条件下,降雨强度对坡面径流量的影响较小,较大坡度条件下,降雨强度对坡面径流量的影响较大;在同一降雨强度下随坡度的增加,侵蚀产沙率基本呈现增大的趋势;坡度对侵蚀产沙率的影响程度与降雨强度有一定关系;在12°~15°之间存在本试验条件下的临界坡度,超过临界坡度12°后侵蚀产沙率和总产沙量都大幅度下降。     

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。     

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。     

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。     

野外人工模拟降水条件下荒草坡产流产沙试验

采用人工模拟降水的方法,以5种不同的降水强度研究浙江省临安市青山湖流域内荒坡的产流产沙特征。结果表明,降水强度越大,产流时间越短,其径流量、产沙率和产沙量都越大,降水强度为1．66mm·min^-1时。产流时间仅为47s,降水约30min后,小区径流总量可达到0．898m^3,次侵蚀模数达到了30t·km^-2。降水强度与产流时间呈较好的负相关对数关系,与径流系数以及次侵蚀模数呈指数相关,与径流总量呈幂函数相关。相关系数分别达到了一0．9655．0．9218,0．9635和0．8736,均达到极显著水平（P〈0．01）。图3表1参11     

地表坡度对坡面溶质随薄层水流迁移特征的影响

通过上方来水模拟薄层水流冲刷试验,研究了地表坡度对红壤坡面产流、产沙及非吸附性离子(Br-)迁移过程的影响.结果表明:起始产流时间随地表坡度增大呈递减趋势;坡度对产流规律和产流总量影响并不显著.坡面径流泥沙含量随产流时间呈半正弦波衰减趋势;坡度越大,周期越短,波幅越大;泥沙流失总量与坡度呈幂函数递增关系.薄层水流冲刷作用下坡度对土壤溴迁移特性影响显著;随着坡度增大,径流澳浓度随之增大,澳的流失方式由淋溶损失为主逐步转变为径流流失为主.     

翻耕和覆盖对坡耕地产流产沙的影响

为了研究减小坡耕地水土流失的方法,本试验在人工降雨条件下,研究坡度、土壤容重和秸秆覆盖3种因素对产流和产沙的影响。试验结果表明:3个因素中坡度对产沙量影响最大,15°坡以内,随着坡度增大,总产流量增大,总产沙量迅速增大。翻耕可以有效增加降雨入渗,但总产沙量随着容重的减小而增大。小于10°的坡耕地翻耕至容重1.2g·cm~(-3)时保水效果明显而产沙量增加不大。增加秸秆覆盖可以有效减小总产流量和总产沙量,且坡度越大减沙效果越明显。坡耕地尽量选择缓坡地;小于10°坡耕地翻耕至容重1.2g·cm~(-3)为宜,大于10°坡耕地免耕;在秸秆覆盖率不超过80%的前提下尽量增加秸秆覆盖。     

麦糠基质草坪水土保持效果研究

室内人工降雨条件下,对麦糠基质草坪的产流、产沙规律进行了试验研究.结果表明:麦糠基质草坪盖度对坡面出流时间影响显著,随着麦糠基质草坪盖度的增加,坡面径流的出流时间延迟,在降雨强度为1.0mm/min,坡度5°条件下,草坪盖度由裸地增大至80%时,出流时间由4.42min变为12.88min;坡面产流量和产沙量随着麦糠草坪盖度的增大而减少,在坡度30°,降雨强度为0.5mm/min、1.0mm/min、1.5mm/min条件下,30%、55%、80%盖度的草坪的产流量与裸地相比,分别减少了30%、40%、70%以上,与裸地相比,产沙量减少均达到90%以上.研究表明,麦糠基质草坪可有效延迟产流时间,减流、减沙作用明显,具有良好的水土保持效果.     

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。     

亚热带地区土地利用对磷素径流输出的影响

以位于亚热带低山丘陵地区的安徽省南部宣城市梅村流域为实例，通过航空遥感图像解译、GIS分析和实地定位动态监测方法，研究了具有不同土地利用结构的农－林生态系统地表径流水的磷素含量和输出通量及其与土地利用的定量关系。结果表明，径流量、水溶性磷（DP）和悬浮泥粒含磷（PAP）的输出量都与林地和水田面积比例具有明显的指数相关性；径流水中PAP的含量与土地利用间存在线性相关关系；PAP的输出与悬浮泥粒的输出量具有显著线性相关性，且受到土地利用的影响；DP的输出则与PAP的输出间具有极显著的对数相关性。     

草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验研究

[目的]研究草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验。[方法]通过放水冲刷模拟试验对内蒙古自治区达茂旗草原土壤侵蚀特性进行系列分析,研究土壤侵蚀产沙过程和机理。[结果]变坡径流平均流速随径流量和坡度的增大呈波动趋势增加;坡面径流平均输沙率和平均剪切力均随流量的增加波动增加,随坡度的增加而呈抛物线形式变化,临界坡度值出现在25°左右,流量对输沙率的影响大于坡度因素的作用;坡面径流平均输沙率与平均剪切力之间有良好的线性关系。[结论]该研究为建立我国草原区土壤侵蚀预报提供理论依据。     

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.      

黄土高原流域土地利用变化水文动态响应--以甘肃天水吕二沟流域为例

黄土高原是我国水资源短缺以及土地利用变化水文影响敏感区域.为正确认识土地利用变化对水资源的影响,并为今后该地区土地利用规划、管理提供依据,该研究以黄土高原吕二沟流域为例,分析了1982和1989年两期土地利用变化的水文动态响应.经剔除不同时期降水因素对径流的影响后,研究结果表明:土地利用变化对年径流有显著影响,后期土地利用较前期土地利用径流系数下降57%,林地面积较多、植被条件较好的后期土地利用总体年产流减少27.09%～100%,且随着降雨的增多,土地利用与植被变化对径流的影响效应增强;土地利用变化对径流产量的影响表现为季节性,在同一降水条件下两期土地利用的产流量仅在生长季具有明显差异.虽然不同土地利用时期枯水季节径流系数具有不同表现,但作者认为此时的径流系数并不代表实际的降雨-产流能力,推断这种分布可能与降水的丰、枯情况有关;经洪水频率分析,认为若前后两期土地利用具有相同频率的降水,则一定频率范围内的洪峰流量将可能对土地利用与植被变化产生明显响应.      

贵州六冲河流域地下水资源特征与评价

介绍了六冲河流域概况和地下水资源分布特征,采用降水入渗系数法、径流模数法和枯季径流模数法计算了各个分区的地下水天然补给量、排泄量和可采资源量,并对水质进行了评价。结果表明,有41个水样中NO3-超出地下水质量2类标准,与采样点附近的洼地和坡地区农业生产的排放有直接关系;29个水样中Cr（六价）含量超出地下水质量2类标准,11个水样中Mn含量超出地下水质量2类标准,污染源主要来自取样点上游城镇工厂排污、煤矿矿坑排水;P2l含煤系地层中地下水超出2类标准的指标数目相对较多,尤其是重金属含量;除直接取自煤矿排水的水样以外,其余地下水均符合地下水质量3类标准。     

青紫泥水稻田磷素径流流失量研究

[目的]为合理施用磷肥,减轻磷素污染提供科学依据。[方法]对浙北水网平原地区青紫泥稻田施用磷肥流失进行研究。[结果]几次降雨事件中TP的累积流失负荷在0.179～0.454 kg/hm2,占当季施肥量的1.72%～1.82%;磷的径流输出负荷与降雨量存在较好的相关性;在不同磷肥施用水平,降雨径流的总磷累积流失负荷随着施肥量的增加而增加。[结论]青紫泥水稻土农田晚稻施磷(P2O5)不宜超过40 kg/hm2。     

北京西山砂壤土绿地雨水断接径流调控效应试验研究

目的定量评估雨水断接系统的径流调控效应,探寻影响其径流调控效应的主要因素,为海绵城市建设过程中雨水断接系统水文设计和效益评估提供数据基础和科学参考。方法于2017年4—10月,取北京西山砂质壤土填充土槽（4 m长×0.6 m宽×0.25 m高）,构建雨水断接试验系统并开展人工降雨试验,采用产流和峰现延迟时间及径流和洪峰削减率4个指标,定量分析绿地面积比例（25%、50%和75%）、绿地建设方式（平式绿地和深5 cm下凹式绿地）及绿地土壤前期含水量（26% ~ 30%和35% ~ 38%）对雨水断接系统径流调控效应的影响。结果本试验9组雨水断接系统的平均产流和峰现延迟时间分别为18和8 min,平均径流和洪峰削减率分别为38.9%和28.3%;雨水断接系统的径流调控效应随绿地面积比例增大而增强,绿地面积比例为25%、50%和75%的雨水断接系统的平均产流延迟时间分别为15、23和24 min,峰现延迟时间分别为5、5和15 min,径流削减率分别为29.4%、35.1%和52.2%;绿地下凹可增强雨水断接系统的径流调控效应,绿地下凹深度为0 cm和5 cm雨水断接系统的平均径流削减率分别为20.3%和52.3%,平均洪峰削减率分别为12.8%和35.4%;绿地土壤前期含水量越低（26% ~ 30%）,雨水断接系统的产流延迟时间越长（17 min）,径流和洪峰削减率越高（分别为44.1%和39.1%）。结论雨水断接系统具有较好的径流调控效应,能有效滞蓄地表径流,降低流速,延迟产流时间和峰现时间,削减径流总量和洪峰流量。      

湖北省稻田地表径流氮磷养分流失规律初探

在湖北省水稻主要种植区设置3个田间原位监测点,采用径流池收集地表径流的方法,研究水稻田地表径流产生和氮磷养分流失的规律.结果表明,2010年,全省稻田平均产生地表径流8次,产流量平均为304.5 mm,产流系数为34.7％,径流主要发生在4～8月降雨比较集中的时段;施肥后全省稻田年平均总氮的流失量为4.90-10.67 kg/hm2,总磷流失量为0.63～1.44 kg/hm2;径流水中总氮平均浓度为1.83～3.83 mg/L,总磷浓度为0.16～0.49 mg/L;可溶态氮是地表径流氮素流失的主要形态,约占总氮的70.2％～86.7％,其中尤以硝态氮的流失量最大,占总氮的51.8％～69.5％,铵态氮流失量较小,约占总氮的7.4％～34.9％;磷素的流失以颗粒态磷为主,占总磷的60.4％～87.7％;肥料氮、磷养分流失量平均分别为当季施肥量的0.46％和0.37％.施肥和径流量是影响地表径流氮、磷流失的主要因素,施肥导致氮、磷养分流失量增加,径流产生量大的时段,其氮、磷的流失量也增加.     

Drip fertigation and plant hedgerows significantly reduce nitrogen and phosphorus losses and maintain high fruit yields in intensive orchards

A field experiment was carried out to evaluate the effects of drip fertigation combined with plant hedgerows on nitrogen and phosphorus runoff losses in intensive pear orchards in the Tai Lake Basin. Nitrogen and phosphorus runoff over a whole year were measured by using successional runoff water collection devices. The four experimental treatments were conventional fertilization (CK), drip fertigation (DF), conventional fertilization combined with plant hedgerows (C+H), and drip fertigation combined with plant hedgerows (D+H). The results from one year of continuous monitoring showed a significant positive correlation between precipitation and surface runoff discharge. Surface runoff discharge under the treatments without plant hedgerows totaled 15.86% of precipitation, while surface runoff discharge under the treatments with plant hedgerows totaled 12.82% of precipitation. Plant hedgerows reduced the number of runoff events and the amount of surface runoff. Precipitation is the main driving force for the loss of nitrogen and phosphorus in surface runoff, and fertilization is an important factor affecting the losses of nitrogen and phosphorus. In CK, approximately 7.36% of nitrogen and 2.63% of phosphorus from fertilization entered the surface water through runoff. Drip fertigation reduced the accumulation of nitrogen and phosphorus in the surface soil and lowered the runoff loss concentrations of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP). Drip fertigation combined with plant hedgerows significantly reduced the overall TN and TP losses by 45.38 and 36.81%, respectively, in comparison to the CK totals. Drip fertigation increased the vertical migration depth of nitrogen and phosphorus nutrients and reduced the accumulation of nitrogen and phosphorus in the surface soil, which increased the pear yield. The promotion of drip fertigation combined with plant hedgerows will greatly reduce the losses of nitrogen and phosphorus to runoff and maintain the high fruit yields in the intensive orchards of the Tai Lake Basin.     

云南坡耕地红壤地表径流氮磷流失特征定位监测

选取南方典型坡耕地红壤为试验区,采用田间小区试验方法,在自然降雨条件下,于2008-2010年连续3a对不同农业管理方式下地表径流及氮磷流失特征进行田间实地监测.结果表明,试验区域干湿季极其分明,3a平均降雨量为838.6 mm,主要集中在5月到10月,坡耕地红壤地表径流、养分流失时间、流失量与降雨量之间具有显著的相关性,在常规施肥处理下径流量和氮磷流失量之间呈极其显著的指数相关性,相关系数分别为R=0.8974**和R=0.5297**.坡耕地红壤地表径流量、径流系数及氮磷流失量变化规律一致,不施肥条件下,总氮、总磷流失量最大,优化施肥、揭膜、横坡垄作及秸秆覆盖等农艺措施能降低氮、磷流失量,尤其是横坡垄作种植,相对于顺坡垄作氮、磷流失总量降低了2/3左有.不同处理之间径流中各种形态氮磷含量无显著差异,说明不同农业措施主要通过地表径流流失量而影响坡耕地地表径流氮磷流失量的多少.坡耕地红壤地表径流氮磷流失以颗粒态为主,TDN占TN比例年均为24.58％,TDP占TP的比例年均为7％,TN流失量是TP的3倍左右;优化施肥和揭膜条件下可溶性氮磷所占比例增加,横坡垄作和秸秆覆盖条件下降低.在可溶性氮素中,NO3-N、NH3-N占TN的比例年均分别为8.41％、12.65％,但是2009、2010年NH3-N均小于NO3-N.因此,关于坡耕地地表径流不同流失氮素形态的影响因素较多,目前研究结果不确定,且年际之间差异较大,尚需要进一步研究.