21世纪中国水土保持科学的创新与发展

 根据我国水土流失综合治理实践以及当今水土保持生态环境建设的技术需求和目标,对我国水土保持科学研究进展与研究思路进行了剖析和反思。认为急待创新我国水土保持科学研究,调整研究工作思路,将水土保持科学的研究重点从土壤保持转变为水土资源的保护与安全高效利用,并尽快建立以地表径流调控与水土资源同步高效利用理论为核心的、具有中国特色的中国水土保持科学与技术创新体系;同时,强调以地表径流调控为手段,同步实现水土资源高效利用为核心的现代水土保持科学技术体系将是21世纪中国水土保持科学的创新与发展方向。     

密度和含水率对固化土无侧限抗压强度的影响

 为给修建土壤固化剂集流面的施工工艺提供科学依据,采用正交设计方法,对密度和含水率影响固化土强度的规律性进行试验研究。试验分析结果表明:密度对固化土强度的影响大于含水率;随着密度的增大,固化土的强度呈直线上升;在同一密度下含水率在最优含水率的80%±5%范围内时,固化土的强度达到最大。在实际施工过程中,建议尽可能的增加固化土的密度,压实度控制至少超过0.94;混合料的含水率控制在最优含水率的80%～90%之间。     

林草措施调控坡面降雨径流输沙效应的初步研究

利用人工模拟降雨小区试验,分析了林地和草地2种生物措施在不同坡度、不同雨强下的径流调控和产沙机制。结果表明,产流时间和降雨强度之间存在幂函数关系,与单宽输沙率之间存在线性关系,单宽输沙率与单宽流量之间亦存在线性关系。并对2种措施的调控效应进行比较,草地措施的产流、产沙调控效应均优于林地措施。     

黄土丘陵区边坡开挖对土壤抗蚀性影响

针对黄土高原高质量发展过程中为扩展农业等经济用地,大量边坡开挖工程对坡面土壤抗蚀能力影响等问题,以延安市羊圈沟流域内开挖坡面为对象,未开挖坡面为对照,通过野外采样与室内分析,研究了开挖坡面土壤抗蚀能力时空变化特征。结果表明:(1)在开挖率为7%的坡面,土壤团聚体平均重量直径(MWD)和有机碳含量随坡位的降低,开挖坡面呈先增大后减小趋势,对照坡面为逐渐增大趋势; 其中开挖坡面MWD在坡下区、开挖区相较于坡中区分别降低6%～8%和58%～73%; 土壤有机碳含量在坡下区0—80 cm土层内显著降低8%～41%,开挖区0—40 cm内显著降低10%～39%;(2)土壤可蚀性K_S值随坡位的降低,开挖坡面呈先减小后增大趋势,对照坡面为逐渐减小趋势,坡下区和开挖区相较于坡中区分别增大4.8%～5.0%,65.0%～109.7%;(3)坡面土壤可蚀性K_S值随开挖率的增大而增大,与有机碳含量相关性随开挖率增加而降低,开挖率为7%的坡面,坡下区土壤抗蚀能力年变化呈显著降低趋势。因此开挖坡面在后期边坡防护过程中不仅应加强开挖区稳定性的防护,还应注重坡面开挖区上部各坡位土壤侵蚀风险的降低。研究结果为边坡开挖工程设计及安全防护提供了科学指导和理论支撑。     

影响MBER固化土劈裂抗拉强度的因素试验

采用MBER土壤固化剂和水泥,对剂量、含水率和龄期影响固化土和水泥土的劈裂抗拉强度的规律性进行了试验研究.结果表明,固化土劈裂抗拉强度在0.08～0.43 MPa,水泥土劈裂抗拉强度在0.09～0.35 MPa.在其他条件一定时,固化土和水泥土的劈裂抗拉强度随着剂量增加丽增大,劈裂抗拉强度在试件含水率为最优含水率时达到最大值;随龄期增大,固化土和水泥土的劈裂抗拉强度均有不同程度的增大.在龄期相同条件下,固化土劈裂抗拉强度略高于水泥土.     

沟道土地整治对不同植被覆盖流域CN值的影响

[目的] 探究黄土丘陵沟壑区沟道土地整治后流域径流曲线数的变化规律,寻求合适的产流参数,为该区沟道土地整治工程安全和巩固生态建设成果提供科学支撑。[方法] 基于流域实体比尺模型分析不同植被覆盖条件下沟道土地整治对流域径流曲线数的影响。[结果] 同一植被覆盖度下,流域径流曲线数随着整治比例的增大而减小;与未整治流域相比,整治比例为20%时的流域径流曲线数减小了6.77;就分段整治比例而言,流域径流曲线数的减小速率随着整治比例的增大呈先增大后减小的趋势,整治比例由0.5%增大至5%时减小速率最大;不同植被覆盖度下,流域径流曲线数均随着整治比例的增大而减小,植被覆盖度为50%时沟道土地整治后流域径流曲线数的减小速率最大;植被覆盖度对沟道土地整治区域的径流曲线数影响显著,同一整治比例下,植被覆盖度每增大1%,沟道土地整治区域的径流曲线数减小0.22。[结论] 沟道土地整治可以改变流域下垫面,对径流曲线数影响显著。     

不同结构土壤固化剂集流面的力学与集流性能研究

【目的】研究不同结构对土壤固化剂集流面的抗压强度、吸水性和集流效率的影响,为土壤固化剂在雨水集蓄工程中的推广应用提供指导。【方法】在雨水集蓄工程示范的基础上,针对土壤固化剂集流面的不同施工工艺,采用抗压强度、吸水率和集流效率试验,对不同结构土壤固化剂集流面的力学与集流性能进行研究。【结果】结构3(10cm 6%固化土基层+5cm土壤固化剂混凝土)集流面的吸水率和集流效率与结构8(15cm水泥混凝土)集流面的相近,但其抗压强度最高;结构1(15cm 12%干性固化土+固化剂浆液罩面)与结构2(15cm 18%塑性纤维固化土+固化剂浆液罩面)集流面的表面处理一样,故其集流效率也相近,但是前者的抗压强度高于后者,吸水率低于后者;结构6(15cm 12%干性水泥土+固化剂浆液罩面)集流面表面由于采用固化剂浆液进行收光处理,所以表面抗压强度和集流效率均高于结构7(15cm 12%干性水泥土)集流面;结构5(表层掺粒径4～8mm碎石+15cm 12%干性固化土)集流面的抗压强度比仅由单纯的固化土构成的集流面高,但是集流效率却有所降低;结构4(40cm×40cm×5cm 12%砌块固化土)集流面抗压强度较高,但是由于砌块之间有施工缝隙,集流效率最低。【结论】干性固化土的抗压强度高于塑性固化土;土壤固化剂集流面表面采用固化剂浆液进行收光处理,或在固化土基础上铺设一定厚度的土壤固化剂混凝土面层,不仅可增强抗压强度,提高集流效率,而且能够延长集流面的使用寿命。     

黄土丘陵沟壑区沟道土地整治工程的排水设计

[目的]针对黄土丘陵沟壑区沟道土地整治工程新造地排水困难而引发的土地不均匀沉降、盐碱化、坝体管涌等灾害问题,探索沟道土地整治工程的排水设计方式,为今后相关领域的排水设计提供参考。[方法]以陕西省延安市羊圈沟子流域为研究对象,基于小流域暴雨设计标准,结合室内试验结果和相关设计规范,设计一种碎石与盲沟相结合的排水方式,并通过后期原型观测验证工程设计。[结果]①新造地排水设计3条截面均为1 m×0.5 m,长度分别为60,30,30 m,坡降为6%～10%的地下盲沟。盲沟用粒径50～80 mm的碎石填充,并用无纺土工布包裹,盲沟排水通过挡土坝收集于下游水窖并进行利用;②野外初步监测表明,在次降雨54.2 mm的情况下,对比无工程措施的沟道新造地,碎石盲沟排水工程可分别使新造地土壤含水率和电导率的增幅相对降低46.81%和3.61%。[结论]碎石盲沟排水设计可有效缓解沟道新造地土壤的蓄水和盐碱化程度,从而提升沟道新造地的风险响应能力。     

黄土丘陵沟壑区梯田暴雨侵蚀状况及规律分析

针对2013年延安百年不遇暴雨造成的黄土丘陵沟壑区梯田侵蚀灾害严重、水土资源利用率低等问题。选取安塞县马家沟流域曹新庄梯田作为典型研究对象,在进行野外监测的基础上,分析了梯田在百年不遇暴雨条件下的梯级侵蚀灾害发生规律。结果表明:按高程最上级梯田侵蚀轻微,依次往下梯田侵蚀面积所占百分比逐渐增大并且增加明显,上部梯田主要以面蚀为主,仅发生轻微沟蚀,下部梯田面蚀、沟蚀都比较严重。梯田侵蚀量与梯田汇水面积、地表径流量等条件有关,影响梯田侵蚀灾害发生的主要因素是地表径流量。该区2013年6—9月延安百年不遇暴雨梯田平均侵蚀模数为20 659.7 t/hm²,超过该区平均年侵蚀模数的47.6%,6—9月月降雨量侵蚀的临界值为118.8 mm。布置水沙调控措施层层拦蓄径流是保证梯田安全的重要措施。     

具有水窖设施的梯田苹果地抗暴雨侵蚀研究

针对2013年延安地区极端暴雨径流侵蚀条件下土壤侵蚀严重、水土资源利用效率低等问题,通过对陕北安塞县方塔村带有水沙调控措施的梯田—水窖—苹果水土流失状况进行定位监测,基于收集的降雨资料,研究该梯田内水沙调控措施在抗御暴雨条件下的防蚀作用和土壤侵蚀规律,结果表明:该梯田能够抗御暴雨的冲刷,各阶梯田土壤侵蚀都在中度侵蚀以下,平均土壤侵蚀模数仅为该区多年平均的1/7。集中性的高强度降雨对黄土高原土壤侵蚀起决定性作用,本文基于安塞水土保持试验站坡面土壤侵蚀预测预报模型,给出了适宜该区具有水沙调控措施的梯田土壤侵蚀预测预报模型,得到在I₃₀=0.24 mm/min前提下,当年降雨量小于191.1 mm时,土壤能够维持较高的生产力;当年降雨量小于997.13 mm时,该区土壤侵蚀模数可控制在多年平均水平以内。梯田内修建的水窖、梯壁植草、地表枯枝落叶以及梯田质量等因素的综合作用在抗御暴雨侵蚀过程中起到了重要作用。