覆沙坡面微地形变化与侵蚀产沙的响应关系

坡面微地形的发育反映了侵蚀的强度及变化过程。为了定量研究不同覆沙厚度下坡面的微地形变化与侵蚀之间的响应,通过模拟1. 5 mm·min~(-1)雨强下的3场连续降雨试验,结合三维激光扫描仪技术,分析了坡面微地形与土壤侵蚀的空间变化特征,较好地拟合了微地形变幅与侵蚀量之间的关系。结果表明:坡面平均含沙量随着降雨场次的增加而减小。覆沙坡面主要产沙区的长度是黄土坡面的3倍左右,且坡段侵蚀量的峰值多分布在坡面4～6 m的位置,而黄土坡面侵蚀峰值分布在3～4 m的位置。随着降雨场次的增加,黄土坡面微地形因子显著增大(P 0. 05),覆沙坡面微地形因子总体呈增大趋势,但并不显著(P 0. 05)。与黄土坡面和覆沙坡面的侵蚀响应最强烈的微地形因子分别为地表切割深度和地表粗糙度,黄土坡面微地形变幅与侵蚀量的响应关系较强于覆沙坡面,覆沙坡面应寻找其他敏感的指标对方程进行优化。该研究为揭示风水复合侵蚀地区的侵蚀机理提供一定参考。     

黄土坡面侵蚀方式演变过程中汇水坡长的侵蚀产沙作用分析

利用由位于坡面上部的供水装置和坡面下部的试验土槽组成的试验装置系统,通过模拟降雨试验,研究了不同降雨强度(50、75和100 mm/h)和不同坡度(15°、20°和25°)条件下坡面侵蚀方式演变过程中汇水坡长对侵蚀产沙的作用.结果表明,黄土坡面片蚀-细沟侵蚀-切沟侵蚀方式演变过程中汇水坡长对侵蚀产沙具有重要作用,且受降雨强度、坡度和侵蚀方式演变过程的综合影响.汇水坡长增加,使坡面片蚀-细沟侵蚀-切沟侵蚀发育速度明显加快,侵蚀产沙量明显增加.在坡面侵蚀不同发育阶段,汇水坡长对坡面侵蚀的产沙作用也不尽相同.当坡面以切沟侵蚀为主时,汇水坡长对坡面侵蚀产沙的作用最大,其次是以细沟侵蚀为主时.而以坡面片蚀为主时,汇水坡长对坡面侵蚀产沙的作用最小.通过对坡面侵蚀产沙量与汇水坡长的相关分析表明,它们呈正线性关系.     

聚丙烯酸钠对黄土坡面产流产沙的影响研究

通过野外模拟降雨试验,研究了施用SP对黄土坡面产流、产沙的影响,并对实验数据进行数学模拟,建立了SP施用量与产流、产沙强度间的关系模型.结果表明:SP施用量与产流时间、平均产流强度呈二次函数相关关系,与产沙强度呈线性负相关关系.SP用量在0～2.42 g/m\+2之间时,能够延缓坡面产流,用量为1.21 g/m\+2时延缓产流效果最明显;用量介于0～3.31 g/m2之间时,能够增加土壤入渗,减少坡面产流量,用量1.65 g/m2的增渗减流效果最佳;施用SP后,能够减少坡面输沙强度,且用量越大,减沙效果越明显.SP可影响坡面产流过程,用量1.8 g/m2时,能够减小产流初期径流强度增幅,用量为3.6 g/m2时,其产流过程线与对照极接近,而施用量增加到5.4 g/m2时,产流强度明显增大.SP对坡面产沙过程的影响表现为:随施用量增大,产沙强度峰值呈逐步减小的变化趋势.     

黄土坡面产流动态变化过程实验模拟

采用模拟降雨试验方法对黄土坡面产流动态变化过程进行研究，取得了如下结果：（1）不同雨强条件下，坡面径漉率随降雨过程的动态变化可用对数相关方程描述，5-10min之间径流率随降雨过程的变化幅度较大，以后变缓，并趋于基本稳定状态；（2）不同坡度条件下，坡面径流深随降雨强度的动态变化可用线性相关方程进行描述，坡面径流深随降雨强度的增加而急剧增大；（3）不同雨强条件下，坡面径流深随坡度的动态变化总体可用抛物线相关方程进行描述，25’左右是径流深随坡度变化的转折点；（4）不同雨强条件下，坡面径流深随坡长的动态变化可用对数相关方程进行描述，随着雨强的增加，径流深随坡长的增加明显增大；（5）坡面径流深随坡度、坡长及降雨强度的动态变化可用多元幂函数相关方程进行描述，降雨强度对径流深的作用大干坡度及坡长因子。     

京津水源区坡耕地土壤侵蚀特征分析

坡耕地是保障粮食安全与经济发展的重要资源.本文利用承德市南山径流场资料对不同坡长下径流深、含沙量及侵蚀量进行对比分析,结果显示:坡长和降雨强度都对土壤侵蚀有影响,随着坡长变化,导致土壤侵蚀量变化的两个主导因素不断变换.雨强小于0.25 mm/min时,坡面土壤侵蚀模数随坡长的增加而增大;雨强大于0.25mm/min时,随坡长的增加先增大后减小,最大侵蚀量总是出现在22 m坡长范围内.径流深均值与侵蚀量增量随坡长变化趋势一致,含沙量均值变化与雨强关系密切.所以治理京津水源区坡耕地水土流失,应在22 m坡长以内采取等高植物篱等措施,既可降低工程投入,又减少坡面土壤流失,提高土地生产力.     

黄土坡面土壤侵蚀过程试验研究

采用人工模拟降雨的方法对黄土坡面土壤侵蚀过程进行了试验研究,取得了如下结果:①坡面土壤侵蚀随降雨过程的变化可用幂函数相关方程进行描述,15 m in和35 m in是土壤侵蚀强度随降雨过程变化的转折点;②雨强对坡面土壤侵蚀的影响可用幂函数相关方程进行描述,随着坡度的增大,土壤侵蚀强度随雨强的增大而增加的趋势更明显;③坡度对土壤侵蚀的影响可用抛物线相关方程进行描述,土壤侵蚀强度变化的临界坡度在25°附近;④坡长对土壤侵蚀的影响大体可用幂函数相关方程进行描述,但坡长对土壤侵蚀强度的影响比较复杂,随雨强大小的变化而表现为不同的形式;⑤坡度、坡长及雨强对坡面土壤侵蚀的综合影响可用多元线性相关方程进行描述,雨强对土壤侵蚀强度的影响远大于坡长及坡度因子,且坡度与土壤侵蚀强度的关系较坡长为密切。     

黄土坡面薄层流产流过程试验研究

薄层流径流过程是最基本的坡面水文过程,揭示黄土坡面薄层流产流过程机理对于认识坡面产流理论具有重要意义。试验采用人工模拟降雨试验方法,对黄土坡面薄层流产流过程进行研究,取得了如下结果:(1)坡面薄层流径流率随降雨历时的增长呈增加趋势,可用幂函数方程很好地描述,开始产流后的2~10 min内增加很快,以后逐渐趋于平缓、稳定;(2)不同坡度条件下,坡面薄层流径流深均随雨强的增大而呈显著增加,可用线性方程很好地表示;(3)不同雨强条件下,坡面薄层流径流深随坡度的变化趋势相似,皆可用对数线性方程描述;(4)不同雨强条件下,薄层流径流深随坡长增大总体呈增加趋势,可用倒数线性方程描述;(5)雨强、坡度、坡长对坡面薄层流径流深的综合影响可表述为三元线性经验方程,其中雨强的影响最大,坡度和坡长的影响小。     

赣中第四纪红壤区马尾松林下水土流失特征及防治成效分析

马尾松林下水土流失是当前南方红壤区急需解决的环境问题。采用野外自然坡面试验小区监测方式,运用类比以及统计分析等方法,对30场次降雨下的第四纪红壤区马尾松林下水土流失特征以及防治成效进行了分析。结果表明:马尾松纯林小区与裸露对照小区相比,产流量差异不显著,产沙量差异极显著,不同雨型下的降雨对产流、产沙的贡献率存在差异,中雨型下马尾松林下水土流失表现最为突出,马尾松林下降雨、产流以及产沙之间的关系模型为一元二次回归模型;乔草、乔灌组合模式与马尾松纯林小区在产流、产沙方面存在显著性差异(P<0.01),其减流、减沙率均在90%左右,其中以乔草组合模式最优,不同雨型的减流、减沙率由大到小依次为小雨型,中雨型,大雨及以上雨型,各防治模式下的降雨、产流以及产沙之间的关系模型为一元二次回归模型。     

黄土高原沟壑区坡耕地表层土壤抗剪强度影响因素分析

以淳化坡耕地为研究对象,在人工模拟降雨条件下,设计降雨强度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min,降雨历时40 min,设计坡度分别为5°、8°、11°、15°、20°,分析了影响黄土高原沟壑区坡耕地表层土壤抗剪强度的3个主要因素:含水量、雨强及坡度.结果表明,降雨结束后,随着表层土壤含水量的降低,抗剪强度会随之增加,相关性较好;雨强对抗剪强度影响不大;坡度较小时抗剪强度会随坡度增加而降低,当坡度增加到15°以上时,随坡度增加抗剪强度随之增加.     

雨强和植被覆盖度对典型坡面产流产沙的影响

应用先进的UGT水蚀测量仪,研究黄土高原祖厉河流域雨强和植被覆盖度对典型坡面产流产沙的影响。结果表明:黄土高原半干旱区间隔为15min的产流量、径流含沙量和产沙量与15min雨强具有相同的增减趋势,呈三次曲线关系y=b0+b1x+b2x2+b3x3。7种雨强条件下,人类扰动撂荒地的产流量、径流含沙量和产沙量均明显大于植被自然恢复的撂荒地,覆盖度20%的撂荒地是覆盖度35%撂荒地的平均径流系数的2.35倍,径流含沙量的4.48倍,产沙量的14.06倍。相对于受到扰动的撂荒地,植被自然恢复的撂荒地水土保持效益显著。     

不同土地利用方式对丘陵山区坡面侵蚀产沙量的影响

选取安徽省霍山县大官山的典型研究区域,通过径流试验,分析了近20年6种典型土地利用方式的侵蚀产沙特性及影响因素.结果表明:不同土地利用方式对坡面侵蚀产沙量的影响依次是顺坡耕作区＞标准小区＞经济林区＞牧草区＞乔木用材林区＞梯田小区.在不同土地利用方式下,防止土壤流失最有效的是梯田,而顺坡耕作区水土流失量最大.坡面侵蚀产沙量与降雨侵蚀力表现为幂函数关系,且相关性达到了极显著水平.     

降雨强度对农业耕作措施水土保持作用的影响

利用人工模拟降雨试验，研究不同降雨强度下，不同农业耕作措施坡地水土流失特征。试验设计的坡地坡度分别为5°和15°，降雨强度分别为60、90、120 mm·h^-1；耕作措施分别为等高耕作、人工掏挖和人工锄耕，以相同坡度的平整坡地作为对照。结果表明：（1）随着降雨强度的增大，各耕作措施坡地产流量显著增大1.51倍以上，最大增加幅度为等高耕作坡地的2.28倍。而坡地产沙量在降雨强度较小时增加不显著，当降雨强度增大到120 mm·h^-1时，坡地产沙量显著增大；（2）与平整坡地相比，等高耕作在3个降雨强度下都具有明显的减流效益，减流量均大于15%，而人工锄耕和人工掏挖却不明显；（3）在5°坡地上，等高耕作和人工掏挖在3个降雨强度的减沙效益均大于25%，而人工锄耕减沙效益不明显；在坡度为15°、降雨强度为60 mm·h^-1和90 mm·h^-1时，人工锄耕和人工掏挖减沙效益与降雨强度关系无明显规律，在降雨强度为120 mm·h^-1时，3个耕作措施都不能有效降低坡地产沙量。可见，水土保持农业耕作措施具有降低坡地产流量的作用，而对于坡地产沙的作用存在明显差异，在大坡度和大降雨强度下，不仅不能降低坡地产沙，反而加剧坡地土壤流失。     

冀北山区不同土地利用类型的坡面产流产沙与降雨的关系研究

针对京津地区重要水源地的冀北山区区位的特殊性,以及生态环境脆弱、水土流失严重等问题,于河北围场县曹家沟布设土地利用分别为乔木林地、疏林地、天然草地的三个径流小区,通过对降雨特征及其对产流产沙的影响进行分析,得到如下结论:引起产流的次降雨以中雨和大雨为主,平均次降雨强度为5.83 mm/h；乔木林、疏林地、天然草地的次径...     

黄土耕作坡面微地形面积高程积分计算及特征研究

面积高程积分(Hypsometric Integral,HI)是定量表征地形发育阶段及侵蚀趋势的重要指标。通过90mm/h雨强下4个典型坡度的人工模拟分段降雨试验,在三维激光扫描的基础上,利用点云数据生成DEM,对微地形坡面HI值的3种计算方法及其变化特征进行了分析,并根据细沟河网格网的HI值进行了验证。结果表明:1)HI方法可用于微地形坡面侵蚀发育的定量表征,HI值介于0.50-0.59之间。在不同坡度条件下,细沟出现之前坡面侵蚀量逐渐增加且HI总体呈现递减趋势,而细沟出现后侵蚀量在细沟中有所堆积且HI值有一定回增。2)河网格网HI值介于0.45±0.11之间。随着坡度的增加,HI值总体上表现出增加的趋势,潜在侵蚀能力有增大的趋势且侵蚀量和坡度之间存在一定的转折关系。3)对比3种不同HI计算精度来看,坡面HI与格网HI之间的RMSE和SAE值差别并不明显,但总体均表现为积分曲线法的计算精度要略优于体积比例法和起伏比法。研究结果对于丰富微地形尺度下HI的计算,深入认识坡面侵蚀发育过程及其机理具有重要的参考价值。     

黄土坡面不同土地利用与覆盖方式的产流产沙效应

研究不同地类坡地产流产沙规律,对定量评价林草措施的水土保持效益具有重要的意义。利用布设在山西省吉县蔡家川流域的10个径流小区资料,分析了不同土地利用/覆盖方式对产流产沙的影响,研究结果表明:草地拦蓄暴雨功能明显小于灌木与乔木林地;农地(坡耕地)是坡面侵蚀的主要土地利用类型,天然灌木林与混交林的防蚀功能明显大于人工纯林;水土保持林地拦蓄径流明显大于经济林。     

陕北多沙粗沙区乡村聚落土壤侵蚀研究

对陕北多沙粗沙区乡村聚落中庭院、户间道路和户间空地的土壤侵蚀状况研究表明,户间道路侵蚀强度最强,其次为户间空地,庭院最小。进一步分析侵蚀泥沙中>0.05mm粗颗粒和<0.01mm细颗粒的含量与平均泥沙含量的关系说明,户间道路径流挟沙能力强,因而侵蚀强度最大;庭院水流平缓,挟沙能力最小,其侵蚀强度最小,而户间空地侵蚀强度居于二者之间。说明在加强治理黄土高原土壤侵蚀治理的同时,应特别重视乡村聚落户间道路的土壤侵蚀问题。     

农业生产活动对黄土高原丘陵沟壑区坡地土壤水分动态的影响

通过在坡度为20°耕地和荒草坡面对降水、土壤水密集观测,结合模拟降雨实验,从降雨入渗、蒸散发等过程分析讨论了影响黄土高原丘陵沟壑区坡地土壤水分动态的主要因素。结果表明:1)降雨入渗量△S主要受控于雨强和降雨量,坡耕地的入渗量随着雨强增加而衰减的速度快于荒坡,坡耕地有利于中等雨强大雨的下渗,雨强增大时两坡面的降雨转化率逐渐接近,且植被的再分配作用凸显,甚至使短历时暴雨时坡耕地的入渗速度低于荒坡,长历时的大、暴雨或连续降雨利于深层入渗,坡面耕作或在裸地上种植冰草后降雨转化率增约50%;2)7月～10月上旬为土壤水补给期,土壤水分在枯水年及平水年处于负平衡,在丰水年获得补给,最终以蒸散发消耗;3)荒地主要耗水层在20cm,耕地土壤水分活跃层及作物主要耗水层延伸至30cm。总体上,农作物增大蒸散发量、增加土壤水分利用深度,农业生产活动对减少降雨径流、增加土壤水资源量、强化水分小循环有重要作用。     

干旱半干旱地区双垄地布覆盖对土壤水分的影响

为探明一种可替代覆盖材料的可行性,在甘肃省定西市安定区开展了为期1 a的监测试验,试验设防草地布加地膜覆垄(MB)、防草地布覆垄(DB)和裸地起垄(CK)3种处理,利用土壤水分、水势传感器分别对沟内地表下5、15 cm的土壤含水率、水势进行监测,结果表明:(1)表层5 cm土壤水分日变化呈复杂波形,受不同覆垄处理和季节性天气变化的影响显著;(2)0～20 cm土层的水分年变化主要受降雨、露水和蒸发强度的影响,表现为春冬干、夏秋湿的特点,在11月至翌年2月期间MB和DB覆垄处理土壤水分净损失量要高于CK裸地垄,而在作物生育期内(5—9月)覆垄处理土壤储水净增量为DB最大(36.35 mm)、MB次之(30.73 mm)、CK最小(16.30 mm);(3)MB和DB覆垄能明显加快雨露叠加,增加土壤水储存,而CK处理下叠加效应弱,且深层土壤对降雨不敏感,具有滞后性,但随着连续降雨的发生,表层土壤储水量加大,这种滞后性明显减弱;(4) 0～20 cm土层土壤储水量日变化幅度为夏季最大(平均1.20 mm·d~(-1)),春季次之(1.03 mm·d~(-1)),秋季最小(0.79 mm·d~(-1)),全年水分净收获总量为DB最大(24.9 mm)、MB略低(21.5 mm)、CK最小(11.4 mm)。整体而言,只用地布覆垄具有最好的集水效果,这种防草地布可多年使用,无地膜碎片化污染问题,但在无降雨时期,垄沟内因土壤水分高,其蒸发强度略高于裸地处理。     

基于M-DEM黄土人工锄耕坡面微地形特征研究

黄土人工锄耕坡面微地形是地表径流和土壤侵蚀过程的重要影响因素。文中在1.0 mm/min雨强的人工模拟降雨试验条件下,采用微地形激光扫描测量方法获取5°人工锄耕坡面微地形相对高程,并进行拟合模型参数验证,进而构建了能反映真实地表情况的高精度M-DEM,并在ArcGIS中对其特征参量进行量化研究。结果表明:黄土人工锄耕坡面微地形起伏较小,整体属于凸形斜坡;虽在某些区域容易形成地表径流,但径流变化比较平缓,不容易形成较大的水流;微地形水系分维能较好地反映复杂微地形特征。论文可为在微地形层面进一步揭示黄土耕作坡面土壤侵蚀机理研究提供数据支持和方法参考。     

兴安落叶松林降雨再分配特征

以兴安落叶松人工林为研究对象,通过冠层结构稳定时期20场降雨数据,分析了落叶松林冠层对降雨的截留再分配规律。结果表明:(1)观测期内落叶松林穿透雨量、树干径流量和冠层截留量依次为198.9mm,12.6mm,127.6mm,分别占同期林外降雨的58.65%,3.72%,37.63%;(2)根据模型估算,当降雨量超过4.2mm落叶松林开始出现穿透雨,降雨量超过7.2mm才能产生树干径流;(3)穿透雨、树干径流及林冠截留的绝对量均随降雨量的增大而显著增加,但其占林外雨的比例却表现出不同的变化趋势;(4)穿透雨量的空间变异随降雨量的增大显著减小,二者呈显著负相关(p<0.05);(5)本研究林冠层截留率处于兴安落叶松林冠截留(13.04%~39.89%)的较高水平,高于全国主要森林平均林冠截留(14.7%~31.8%)。