WEPP模型在北京山区的适用性评价

土壤侵蚀是目前全球面临的环境问题之一。如何防治及准确预测水土流失已成为研究土壤侵蚀面临的巨大挑战。基于降雨事件及水文过程,WEPP模型的产生为土壤流失预测及评估提供了重要支撑。基于2001—2006年北京延庆径流小区的次降雨及25场次野外径流小区监测数据,对WEPP模型的参数进行了率定与验证,评价了该模型在北京土石山区的适用性,对北京土石山区土壤侵蚀及其预报具有重要意义。在北京山区褐土表土(0~10 cm)条件下,通过计算实测值和模拟值的最小累积误差法率定模型土壤参数,同时采用Nash-Sutcliffe效率系数(E)和决定系数(R2)对模型有效性进行验证。结果表明,当模型有效水力传导系数、临界剪切力和细沟土壤可蚀性分别为1.400 mm/h、1.000 Pa和0.010 s/m时,模型模拟效果最佳,且径流量的模拟效果(E=0.730)优于侵蚀量的模拟效果(E=0.670)。相关系数和通径系数显示,关于降雨参数对径流量和侵蚀量的影响,最大30 min雨强(I30)与其呈极显著相关,对其直接影响最大;其次是降雨量;而降雨历时与径流量和侵蚀量没有关系,对其直接影响最小。      

草地土壤细沟可蚀性季节变化研究

[目的]为土壤侵蚀预报模型的校验及中国土壤侵蚀预报机理模型的开发等工作提供科学依据和数据支持.[方法]采用水槽试验方法,研究柳枝稷草地土壤细沟可蚀性的季节变化,在取样同时测量土壤黏结力和根系密度.[结果]草地土壤细沟可蚀性具有明显的季节变化.4月中旬至6月中旬细沟可蚀性较大.此后,土壤细沟可蚀性迅速下降.在7月上旬至9月中旬,细沟可蚀性较低.之后直至生长季末期,细沟可蚀性小幅回升.试验期内草地土壤细沟可蚀性最大值出现在5月下旬,为0.012 s/m,最小值出现在9月中旬,为0.001 4 s/m,试验期均值为0.005 s/m.[结论]草地土壤细沟可蚀性的季节变化受根系密度和土壤黏结力的影响,随着根系密度与土壤黏结力增大,细沟可蚀性呈指数形式降低.试验区内草地土壤细沟可蚀性可用根系密度和土壤黏结力模拟(R2=0.604).     

碎石含量影响下紫色土坡面径流流速变化过程及土壤侵蚀的阶段性

在室内人工模拟降雨条件下,对6种不同碎石含量(0,5%,10%,20%,30%,40%)的土壤侵蚀产流产沙的过程进行模拟研究。结果表明:碎石含量对径流流速的影响不显著,随着碎石含量的增加,平均径流流速呈减小的趋势。碎石含量对坡面侵蚀径流含沙率影响显著(F=30.076,P0.05),随着碎石含量的增加,径流含沙率呈降低的趋势。累积产沙量与降雨历时具有对数相关关系,碎石含量为5%时相关性最大,碎石含量越大累积产沙量递增速率越小。土壤中碎石混合通过改变土壤的物质组成和结构,增强土壤的抗蚀性和抗冲性,随着碎石含量的增加,土壤流失量逐渐减少,土壤侵蚀速率显著降低。     

基于DEM和SCS模型的吉泰盆地红壤丘陵区径流模拟

为研究吉泰盆地红壤丘陵区降雨-径流关系变化,建立吉泰盆地红壤丘陵区坡地径流资源潜力公式,探究坡地径流资源化可行性.采用泰和水保站12个不同覆被下径流小区的观测数据,通过以该流域部分实测次降雨-径流过程进行模型参数率定,用算术平均值法求出研究区CN值,并用部分降雨—径流资料进行模拟验证,得出符合该流域的SCS模型.结果表明:模型对吉泰盆地红壤丘陵区合格率为65％ ～ 85％,且不同覆被下径流小区模拟结果存在明显差异,植被覆盖度高的产流量小,反之产流量相对偏高.通过对结果的分析,发现降雨量越大,模拟效果越好,准确性越高.     

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。     

激光扫描技术应用于细沟侵蚀的研究——以东北典型黑土区为例

【目的】使用德国引进设备3D激光地貌分析仪研究多场降雨下细沟侵蚀过程,为解释黑土区细沟侵蚀过程提供理论依据。【方法】根据试验地多年自然降雨参数设计人工降雨参数,使用人工降雨设备,在坡度为5°的标准径流小区上进行7场等强度人工降雨,每场降雨后使用3D激光地貌分析仪对地表进行扫描,观测细沟侵蚀的发展过程。【结果】平均产流率及输沙率大体呈现先增大后减小的趋势,平均产流率及平均输沙率最大值分别出现在第3场降雨及第4场降雨时,值分别为3.30L/min及200.57g/(m2.min);细沟侵蚀强度由第1场降雨的2.061kg/m2最终发展为第7场的7.295kg/m2,增大了约2.54倍。【结论】使用3D激光地貌分析仪进行细沟侵蚀的监测是可行的,研究区内随着降雨时间的推移,细沟侵蚀是一个不断稳定加强的过程。     

安家沟流域坡沟系统坡面径流泥沙特征的研究

该文以黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区安家沟流域为研究对象,采用1986—2011年坡沟系统地表径流和产沙量指标数据,研究不同土地利用条件下地表产流产沙特性,并分析了时间尺度上地表径流与产沙变化特征。结果表明:不同土地利用类型条件下径流量、产沙量的均值存在差异,且呈现规律性,即在同等降雨条件下灌木小区径流量和产沙量均最小,坡耕地径流量和产沙量均最大;不同土地利用类型小区产流、产沙次数均为坡耕地人工草地乔木林地荒草地灌木林地;模拟研究时间段内径流量变化趋势结果表明,在时间尺度上,径流量和产沙量变化均呈现y=ax+b(a0)线性关系,尤其灌木林地的斜率最大。     

SWAT模型灵敏度分析模块在黄土高原典型流域的应用

SWAT模型是基于水文过程的、具有很强物理机制的流域分布式水文模型.SWAT2003以SWAT2000为基础,增加了灵敏度分析、自动校准和不确定分析3个全新模块.该文主要介绍SWAT2003模型灵敏度分析模块的原理,并在罗玉沟流域应用与验证.通过灵敏度分析,辨析出影响该流域产流产沙模拟结果精度的主要参数因子:径流曲线数(CN2)和土壤可利用水量(SOL-AWC)对罗玉沟流域模拟产流产沙值的影响最为显著,且对产沙值的影响大于对径流值的影响;而基流α系数(ALPHA-BF)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)、坡度因子(SLOPE)和坡长因子(SLSUBBSN)对模拟产沙值的影响也十分显著,但对径流值的影响并不明显.依据上述结论调整参数值,采用连续15年的实测月流量数据对模型进行了校准和验证,结果表明,模型对月流量模拟的相对误差在模型校准期和验证期均小于15%,相关系数R2和Nash-Suttcliffe系数Ens均高于0.8,SWAT2003模型对罗玉沟流域产流的模拟结果良好.因此,灵敏度分析模块的应用极大地提高了模型在黄土丘陵沟壑区的可用性,具有一定的推广意义.     

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。     

城市雨水管网模型参数的率定与评价

为推动排水管网模型在城市雨水管理领域的应用,建立了上海市某居住小区雨水管网模型,通过实施管道流量测量,对常用产汇流模型的主要参数进行了率定,并对径流体积和洪峰的影响参数进行了灵敏度排序.结果表明:对径流体积与洪峰流量,最主要的影响因素是不透水表面径流系数/有效不透水面积因子和不透水表面比例;对径流体积影响较小的参数是管壁粗糙系数和地面坡度;对洪峰影响较小的参数为透水表面的渗透性能和地面坡度.总体而言,Horton公式参数的灵敏度最大,英国模型参数的灵敏度最小.研究成果可为城市排水管网模型参数的选择与率定提供参考.     

聚磷酸铵对砖红壤和石灰性土壤上磷素吸附解吸行为的影响

以砖红壤和石灰性土壤为供试土壤,探索不同聚磷酸铵(APP)对土壤中磷吸附解吸的影响,为评价磷的有效性提供数据参考。在等磷等氮条件下,分别以APP1(以中聚为主)、APP2(以低聚为主)、APP3(聚合度分布均匀且高聚含量高)、MAP(磷酸一铵)、A-M(APP3和MAP以P₂O₅质量比1∶1的比例混合)、CK(空白对照)为供试材料,设置6个处理(各处理名同所用材料),在砖红壤和石灰性土壤上进行50 d的培养,测定各处理下磷的吸附解吸特性。结果显示,在石灰性土壤和砖红壤上,朗缪尔(Langmuir)方程、弗罗因德利希(Freundlich)方程和Temkin方程均可很好地拟合土壤中磷的等温吸附特征,且以Freundlich方程的拟合效果最好(相关系数在0.86~0.98)。在石灰性土壤上,除CK外,以APP1处理下土壤对磷的吸附性最强,A-M处理下土壤对磷的吸附性最弱,磷解吸量最大,磷解吸率最高;在砖红壤上,除CK外,以APP1处理下土壤对磷的吸附性最强,APP2处理下土壤对磷的吸附性最弱,磷解吸量最大,磷解吸率最高。结果表明,聚合度分布均匀且高聚含量高的APP配施MAP可减少石灰性土壤对磷的吸附,提高磷的有效性;而以低聚为主的APP可减少砖红壤对磷的吸附,保持土壤磷的平衡和供磷能力。     

基质配比和缓释肥用量对望天树容器苗的生长效应

为了研究望天树育苗的优化方案,给育苗生产中提供理论与技术参考,采用析因试验设计方法,研究基质配比和缓释肥用量对望天树1年生容器苗生长量及其根系发育的影响。结果表明:1)随着基质中红壤土比例的降低,望天树容器苗高生长呈降低趋势,地径、生物量及根系发育等指标均呈明显先增高再降低趋势,红壤土所占比例为60%时,地径、全株生物量及根体积指标值为最大。2)随着缓释肥用量的增加,望天树容器苗苗高、地径生长表现为波动升高而后减缓的趋势,缓释肥用量为2.5 kg·m^-3时,容器苗高、地径和全株生物量等生长指标值均为最大。3)望天树容器苗生长对基质配比和施加缓释肥均较为敏感,但根系生长发育的缓释肥效应不够明显。4)本研究综合各因素对望天树1 年生容器苗生长的主效应和互作效应,选出望天树容器育苗最佳的优化方案,即红壤土:松树皮:碳化树皮配比基质的体积比为6∶2∶2时,缓释肥用量2.5 kg·m^-3。     

不同母质黑钙土对锌的吸附-解吸特性

研究了松嫩平原南部红土母质、黄土母质黑钙土0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm层深的土壤对锌的吸附-解吸特性。结果表明:土壤对锌的吸附量与平衡液浓度成正比,且土壤的基本理化性质会影响其对锌的吸附能力。其中Freundlich方程拟合程度最好,其次为Langmuir方程,Temkin方程的拟合度相对较低,相关系数分别均0.99、0.96、0.94。土壤对锌的解吸量与吸附量成正比,不同土层土壤对锌的解吸能力不同。在同一平衡液质量浓度条件下,红土母质黑钙土1和黄土母质黑钙土1在0~20 cm层深土壤对锌的吸附强度最大,红土母质黑钙土2和黄土母质黑钙土2在20~40 cm层深土壤对锌的吸附强度最大。     

不同聚合度的聚磷酸铵对土壤磷动态转化及有效性的影响

以石灰性土壤和砖红壤为供试土壤,进行土壤培养试验,研究不同聚合度组成的聚磷酸铵(APP)对土壤有效磷和磷分级的影响。试验共设置5个处理:CK,不施磷肥;MAP,施用磷酸一铵;APP_L,施用以低聚合度为主的APP;APP_M,施用以中聚合度为主的APP;APP_H,施用以高聚合度为主的APP。结果显示:在石灰性土壤中,试验初期(5 d)APP_H处理的土壤有效磷含量显著(P<0.05)低于MAP处理,但至50 d时,APP_H处理的土壤有效磷含量较MAP处理显著(P<0.05)增加了23.92%。在砖红壤中,试验初期(5~10 d),APP_H处理的土壤有效磷含量显著(P<0.05)低于MAP处理,但在15~50 d却显著(P<0.05)高于MAP处理;APP_L处理5~15 d的土壤有效磷含量显著(P<0.05)高于MAP处理,但在后期却与MAP处理无显著差异。在石灰性土壤中,APP_L和APP_H处理的Resin-P含量在整个试验期间均较MAP处理高,APP_H处理后期的NaHCO₃-P含量随培养时间延长不断升高,高于其他磷肥处理。在砖红壤中,APP_L和APP_H处理的Resin-P和NaHCO₃-P含量虽然在试验初期稍低于MAP处理,但随着时间延长均逐渐高于MAP处理。在石灰性土壤中,APP_L和APP_H处理相较MAP处理可提高土壤磷的有效性,减少磷的固定;在砖红壤中,APP_L处理土壤前期磷的有效性高,说明其适合作基肥施用,而APP_H处理后期土壤中磷的有效性高,有效减少了酸性土壤对磷的固定。     

洞庭湖区土壤肥力的综合评价

以洞庭湖区生态地球化学调查数据为基础,采用模糊综合评价法,讨论了区域土壤肥力分布状况及影响因素.结果显示,洞庭湖区土壤肥力处于较高水平,但区域内土壤肥力存在差异,其中平原区河流冲积物区土壤肥力最高,丘岗山地区的红层、花岗岩等区土壤肥力较低;地质背景对土壤肥力有显著影响;土地利用类型对土壤微量养分影响最为显著,认为在合适的区域,以合理的耕种方式和有效地防止水土流失对培肥地力至关重要.     

磷和砷专性吸附对砖红壤胶体动电电位的影响

不同Na_2HPO_4和NaH_2AsO_4浓度及其配比的试验表明,磷酸根离子和砷酸根离子专性吸附都会显著地降低砖红壤胶体的ζ电位及其等电点(IEP),但后者的吸附对动电性质(ζ电位和IEP)的影响比前者的影响更大.磷和砷的专性吸附对砖红壤表面电荷的影响是很相似的.     

污泥营养基质对尾巨桉苗木生长的影响

通过营养袋栽培试验,研究了污泥营养基质对尾巨桉苗木生长的影响。结果表明,污泥营养基质能 够显著促进尾巨桉苗木的生长,显著增加尾巨桉苗木树冠、地径和总生物量,其中以80％赤红壤+20％污泥和 70％赤红壤+30％污泥2种营养基质的效果最好。污泥营养基质能够显著提高尾巨桉苗木叶片的叶绿素和N、P、K 含量,但对尾巨桉苗木叶片的Cu、Zn含量没有影响。     

不同扦插基质对尾叶桉生根的影响

用河沙、生红土、地表土3种不同基质,对尾叶桉无性系6号进行扦插试验,结果表明:在元江县河沙和生红土是较为理想的扦插基质,经炼苗移栽成活率达90%以上.     

新疆农田粉土离散元仿真参数标定

【目的】标定新疆地区粉土离散元仿真模型,量化分析农业机械触土部件与土壤的相互作用。【方法】采用EDEM离散元仿真软件,运用斜坡试验标定土壤与触土材料（65 Mn）之间的接触参数,堆积角试验标定土壤与土壤之间的接触参数,以斜坡滚动距离为优化目标进行回归分析。【结果】土壤与65 Mn之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.51,静摩擦系数0.56,动摩擦系数0.08,JKR表面能4.12;以堆积角为优化目标,土壤之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.57,静摩擦系数0.65,动摩擦系数0.23,JKR表面能4.49。滚动距离和堆积角的误差分别为6.05%、1.28%。【结论】在建立的仿真模型条件下,在8、9、10 km/h作业速度下,犁体仿真试验与实际试验的工作阻力相对误差为5.69%、5.95%、6.49%,建立的模型真实可靠。