改进针管式降雨设备对中国西南地区降水的室内模拟研究——以贵州省贵阳市为例

基于贵州31年暴雨雨强统计和贵阳市1年周期内小时降水量统计,对该区域暴雨及特大暴雨特征进行分析。通过设计加工针管式降雨设备对贵阳市降水进行室内模拟。结果表明,当集水管水头高度在30-70mm之间时,雨强为27．6—49．7mm／h的大雨;在80～130mm之间时,雨强为60．4～96．3mm／h的暴雨;在140～180mm之间时,雨强为102．6—125．5mm／h大暴雨。改进后的针管式降雨设备可以满足西南喀斯特地区暴雨雨强的降雨要求。     

坡耕地土壤流失规律研究

通过人工模拟降雨,研究了降雨强度、坡度和耕作措施与土壤流失的关系,得出坡度和耕作措施相同时,雨强与土壤侵蚀模数之间呈较好的指数函数关系;耕作措施相同、雨强接近时,土壤侵蚀模数与坡度之间呈较好的幂函数关系.当坡度相同,雨强小于0.75 mm·min-1时,土壤侵蚀模数沿直线坡-锄地-等高犁地-等高沟垄序列逐渐下降;当雨强大于1.5 mm·min-1时,土壤侵蚀模数沿该序列逐渐增大.     

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。     

黄土坡面定雨强入渗产流物理基础模型研究

【目的】建立具有物理基础的坡面降雨入渗产流模型,为降雨有效性和产流特征分析奠定理论基础。【方法】根据土壤水分运动的基本理论,分析降雨条件下土壤入渗的特征,建立入渗产流模型,并在室内进行不同降雨强度和坡度情况下黄土坡面降雨入渗产流试验,通过对试验数据的分析,确定模型参数。【结果】在分析积水入渗条件下Philip入渗公式特点的基础上,建立了基于长历时Philip积水入渗公式的降雨产流模型。该模型显示,地表积水时刻与雨强、吸湿率和土壤饱和导水率相关。【结论】利用室内模拟降雨资料对所建立模型进行了评估,表明其可以反映坡面降雨入渗产流的基本特征,可用于黄土坡面降雨入渗产流过程的分析,为坡面降雨径流过程的描述提供了新途径。     

黄土高原降雨因素对土壤侵蚀的影响

根据调查和模拟降雨试验试验资料分析,黄土高原地区降雨是影响土壤侵蚀的最重要因素之一。水土流失主要是由少数几次大雨或暴雨所引起,大多数的降雨一般不产生地表径流;能够引起水土流失的土壤侵蚀暴雨标准随雨强和历时而异;ＥＩ３０是较适用的降雨侵蚀力指标,各种降雨特征值具有明显的空间分布规律。     

北京密云油松与刺槐林降雨再分配过程研究

结合野外观测和室内试验对密云集水区两种主要防护林树种(油松、刺槐)在生长季的降雨再分配特点进行研究。结果表明:油松与刺槐在生长季内降雨的截留量均随降雨量的增大而增大;降雨开始时增加幅度较大,随着降雨量的增加,截留量达到最大值,但油松的变化幅度和最大值均比刺槐大;林冠的截留率随降雨量的增大而减少;降雨初期下降梯度最大,以后趋于平稳直到饱和,油松的截留率大于刺槐;林内穿透雨降雨量与林外降雨量呈线性相关关系,其回归系数可用来估计林冠蓄水蒸发系数,而截距可用来估计林冠蓄水容量;林下枯落物层对降雨进行了第2次分配,可截留一定的穿透雨,且可减少降雨对林下土壤的侵蚀,从而达到保持水土的作用。     

高羊茅草地地表径流系数影响因素研究

高羊茅作为我国北方典型冷季型城市草坪草,具有调蓄雨水的作用。为了进一步深入研究北方高羊茅草地的降雨径流,本文采用人工模拟降雨试验,研究了高羊茅草地在不同覆盖度(60%和90%)及不同雨强(30、60和90mm/h)条件下的径流系数变化过程及其与影响因子之间的关系,并用裸地作为对照,得出高羊茅草地在不同试验条件下的径流系数削减率。研究结果表明:1)高羊茅草地初始产流时间随雨强增加逐渐提前,随着覆盖度的增加逐渐延长,同时,雨强越大初始产流时间提前幅度越小,覆盖度越大草地延缓初始产流时间的效果越明显;2)裸地和高羊茅草地的径流系数随降雨时间变化规律相似,均随降雨时间的延长先迅速增加后逐渐变缓,经过拟合裸地及高羊茅草地的径流系数与降雨时间均呈对数关系;3)高羊茅草地地表径流系数随着覆盖度的增加而降低,随着雨强的增加而增加,且覆盖度越低雨强对径流系数的影响越显著,反之则越不显著;4)高羊茅草地对径流系数的削减能力有限,随着雨强的增加两种覆盖度草地径流系数削减率越相近,在雨强为30、60和90mm/h时两种覆盖度草地径流系数削减率分别相差25%、24%和23%;5)建立试验条件下高羊茅草地径流系数与降雨强度、覆盖度、降雨时间的回归方程,经过验证,方程可用于试验条件下高羊茅草地径流系数的预测。      

晋西黄土区不同尺度小流域降雨径流过程的对比分析

水文观测是水文学的基础,尺度转换问题是水文学的热点问题之一,利用野外定位观测资料开展黄土区不同尺度小流域径流过程的研究对该区水文模型的构建与尺度转换问题的解决具有重要意义。该文通过在不同降雨条件下,对不同尺度小流域径流系数、径流深、洪水过程线的对比分析得出:不同尺度小流域的径流深、径流系数差异显著;雨强是影响小流域洪水过程线的主要因素;在小尺度上,不同雨量条件下小流域的洪水过程线相似,而在较大尺度上,不同雨量条件下流域的洪水过程线差异显著;如何定量描述下垫面覆盖、地形的变化和定量描述雨强、雨型的空间分布是水文模型构建与水文尺度转换的关键。      

黄土高原降雨因素对土壤侵蚀的影响

根据调查和模拟降雨试验资料分析,黄土高原地区降雨是影响土壤侵蚀的最重要因素之一。水土流失主要是由少数几次大雨或暴雨所引起,大多数的降雨一般不产生地表径流;能够引起水土流失的土壤侵蚀暴雨标准随雨强和历时而异;ＥＩ３０是较适用的降雨侵蚀力指标,各种降雨特征值具有明显的空间分布规律。     

降雨对黄土丘陵阶地水土流失的影响研究

在水土流失的发生过程中,降雨是一个关键的诱因。研究不同的降雨对水土流失的影响具有重要意义。一般认为,降雨量越大,水土流失就越明显,但研究表明其规律并不明显,而与水土流失密切相关的,是雨强、雨滴大小、雨型、前期降雨状况和降雪。     

降雨强度对西南喀斯特坡地土壤水分及产流特征的影响

降雨强度是水文过程的重要影响因素，为揭示其对喀斯特坡地土壤水分及产流特征的影响，本研究以桂西北典型喀斯特坡地为研究对象，采用野外人工模拟降雨方法，在相同降雨量（200 mm）下，对不同降雨强度下（34.8 mm/h、73.2 mm/h、100.0 mm/h 和136.4 mm/h）坡地土壤水分动态变化及产流过程进行研究。结果表明：1）随着土层深度的增加，土壤水分对降雨的响应趋于迟缓；由于喀斯特坡地土壤导水率较大，在不同坡位和土层深度，土壤水分变化迅速，通常在24 h 内恢复到降雨之前的水平，表明土壤层蓄水能力低，水文过程迅速。2）随着降雨强度的增大，累积地表径流量、壤中流量及表层岩溶带径流量均呈增加的趋势，表明随雨强的增加，喀斯特坡地水分由垂向（深层渗漏为主的慢速流）转为侧向运移（不同径流成分的快速流）。3）地表径流、壤中流及表层岩溶带径流与土壤含水率存在明显的产流阈值关系，且径流产生与消退过程和土壤含水量存在滞后效应，表现为顺时针（壤中流）或逆时针（表层岩溶带径流）的“绳套关系”。本研究表明喀斯特坡地产流主要受控于土壤- 表层岩溶带界面稳定入渗率，表现为受降雨强度的影响较大，研究结果有助于深入了解喀斯特关键带水文循环。     

云 杉 截 留 降 雨 实 验 与 模 型

该文通过实验室模拟实验，得到了不同雨强和不同叶面积指数组合下的云杉截留降雨过程，同时考虑了树冠湿润度的影响. 依据实验资料，建立了单位叶面积最大截留量随雨强增大而减小和枝叶截留速率随树冠湿润度变化的定量关系，进而构建了云杉截留降雨随雨强和叶面积指数变化的模型. 最后，通过对模型模拟验证，得到模型对截留过程的模拟精度为91.5%.      

不同降雨强度下旱地农田氮磷流失规律

为阐明旱地农田径流氮磷流失规律,以种植空心菜的旱地为研究对象,采用人工模拟降雨方式,设计10、15、25 mm·h^-1三个降雨强度,研究不同雨强下旱地氮磷流失特征和径流拦截效果。结果表明：在相同降雨量条件下,旱地径流量随降雨强度的增大而增加,10、15、25 mm·h^-1雨强下产生的径流总量分别为197.07、381.92、649.45 m³·hm^-2,对应的径流系数分别为0.20、0.38、0.65。总氮（TN）浓度变化随产流时长呈现出先上升后下降的趋势,峰值明显,氮的流失形态以硝酸盐氮（NO₃^--N）为主;TN流失量随着降雨强度的增大而增加,10、15、25 mm·h^-1雨强下分别为0.67、2.48、9.74 kg·hm^-2。总磷（TP）流失浓度随降雨强度的增大而降低,流失过程相对平缓,磷的流失形态以颗粒态磷（PP）为主;10、15、25 mm·h^-1雨强下TP流失量分别为0.061、0.050、0.030 kg·hm^-2。通过田间沟渠水位的管控,可有效减少TN的径流排放,不同雨强下减少比例分别为100.00%、63.56%、33.98%。研究表明,氮的拦截是控制旱地面源污染的重点,在拦截能力有限的情况下,选择污染负荷较高的时段可有效提高面源污染拦截效果。     

模拟降雨条件下谷子和冬小麦植株对降雨再分配过程的影响

以谷子（Setaria italica）、冬小麦（Triticum aestivum Linn.）为研究对象,利用人工模拟降雨测定了不同降雨强度和生长阶段两种作物植株的穿透雨,采用人工喷雾法测定了不同生长阶段的冠层截留,根据水量平衡法计算了不同观测阶段的茎秆流。结果表明：谷子、冬小麦冠层对降雨的再分配作用显著,谷子冠下穿透雨率平均约为79%,茎秆流率平均约为20%,冠层截留率平均约占1%;冬小麦冠下穿透雨率平均约为79%,茎秆流率平均约为19%,冠层截留率平均约占2%。在其全生育期内,两种作物冠下穿透雨与茎秆流呈彼此消长趋势。穿透雨量和茎秆流量与降雨强度呈显著正相关关系,但是穿透雨率和茎秆流率与降雨强度的关系不显著。茎秆流量和冠层截留量及其二者占总降雨量的比率均与作物叶面积指数呈显著正相关关系,但穿透雨量及穿透雨率随叶面积指数增加呈显著下降趋势。     

模拟降雨对百菌清在小白菜上的淋失效应

为探究降雨对露地蔬菜上农药沉积的淋失影响,以百菌清为供试农药,以小白菜为代表作物,采用人工模拟降雨研究了不同降雨强度、雨滴大小、降雨间隔、降雨次数、降雨连续性、小白菜生育期及室内外生长环境对百菌清在小白菜上沉积量的淋失影响.结果表明:百菌清在小白菜上的残留量随着降雨强度增大而降低;随着雨滴直径增大而降低;随着降雨间隔时间增加而升高;随着降雨次数的增多而降低,达到一定次数趋于稳定;且间断降雨对百菌清的淋失作用大于连续降雨.小白菜生长前期百菌清淋失率远低于生长中后期.施药24 h后,室内生长小白菜上百菌清的淋失率高于室外.百菌清施药后48h内,残留量受降雨影响较大;48h后在小白菜上具有较高的抗雨刷性.     

玉米植株对降雨再分配过程的影响

 【目的】明确成熟期玉米冠层截留降雨的能力。【方法】以研究区域实际降雨强度为基础,采用人工模拟降雨法对成熟期玉米冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量进行了测定。【结果】冠层截留率平均为7.5%,茎秆流率平均为28.8%,穿透雨率平均为63.7%;冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量与雨强呈极显著线性正相关关系,冠层截留量和茎秆流量与叶面积之间呈极显著正相关直线关系,而穿透雨量与叶面积呈极显著线性负相关关系。【结论】不同雨强条件下,玉米冠层截留效应不尽一致;玉米冠层和茎秆可以引导一部分冠上雨量,减少直接到达地表降雨的数量,从而影响径流;本研究中建立的雨强和叶面积与冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量之间简洁、实用模型,可为农耕地土壤侵蚀防治提供一定参考依据。     

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.     

贡嘎山暗针叶林林冠对降雨能量再分配的影响研究

雨滴速度、雨滴动能等参量都与土壤侵蚀关系密切。充分考虑林冠结构特征与降雨特性,观测了贡嘎山不同演替阶段暗针叶林群落的林内降雨,采用经验公式和雨谱法计算出降雨雨滴的动能和势能。结果表明:雨滴终点速度与雨滴直径和雨滴动能的大小均成正比;在小雨强时,林冠可以增加降雨落地时的动能,有时甚至可以达到林外的2倍以上;林冠对降雨势能的消减量与降雨量和林冠截留量有显著相关关系,不同月份的降雨特征不同、林冠截留特征不同,致使林冠对降雨势能的削减能力也不同。     

基于土壤表面粗糙度预测降雨影响下的表层土壤孔隙度

根据表层土壤（0～40 mm）孔隙度与降水量和土壤表面粗糙度之间的关系,提出一种预测表层土壤孔隙度的新方法。基于此目的,在德国波恩大学Dikopshof试验站,以两块采用不同耕作方式（地块1:铧式犁+圆盘耙;地块2:旋转锄+圆盘耙）处理过的耕地为研究对象,以耕后50 d内的表层土壤孔隙度（TSP）与土壤表面粗糙度（SSR）为测量对象,分别采用地面激光扫描仪和气压比重计对TSP与SSR随时间的变化进行了连续测量,以研究TSP与SSR两者的动态关系。自2006到2009年,每年夏天进行1次重复试验,以研究不同降雨量对TSP与SSR关系的影响,并引入累计平均日降雨量（ARF）的影响指数。通过4 a试验,得出结论: TSP随ARF增加而降低,随SSR降低而降低。在此基础上,建立了由ARF和SSR预测TSP的多元线性模型,且模型通过了F检验。结果表明,借助于地面激光扫描仪和降雨量数据,该模型可快速连续估算不同耕作方式下的土壤表层孔隙度。      

沈阳市降雨径流初期冲刷效应

研究探讨城市降雨径流的初期冲刷效应对于城市水环境治理和水污染防治具有重要意义。以沈阳市典型区域为例,对坡顶屋面、平顶屋面和路面3种典型下垫面的降雨径流进行了监测,分析的污染物包括总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Zn)。利用M(V)曲线和污染物初期冲刷率(MFF₃₀),分析了不同降雨径流事件的初期冲刷强度和发生强冲刷、弱冲刷的概率。结果显示:研究区较易产生初期冲刷现象,约有50%-90%的降雨事件能产生初期冲刷现象。3种下垫面发生初期冲刷的强度依次是:平顶屋面>坡顶屋面>路面。降雨历时和干期长度与初期冲刷效应具有正相关关系,降雨量和降雨强度与初期冲刷先是正相关关系,但当稀释效应大于冲刷效应时,呈现负相关关系。重金属污染物较容易发生初期冲刷现象,而TN易发生强初期冲刷。