水蚀风蚀交错带坡面土壤入渗特性的空间变异及其分形特征

研究在水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心陕北神木县六道沟流域进行。在一个自然完整坡面上网格布点,采用双环定水头入渗法研究了坡面土壤的入渗特性,在应用传统统计学方法的基础上,将分形理论和地统计学方法结合起来对坡面土壤入渗特性的空间变异进行了研究。获得以下结论:(1)稳定入渗率、平均入渗率和前30 min累积入渗量等三个参数的变异系数分别为0.48、0.36与0.40,在坡面上的变异程度属于中等变异性;(2)三个参数的分维值D分别为1.88、1.92与1.85,样本之间土壤特性值的差异较小,短距离的变异影响占主导地位;(3)研究的土壤在一定的空间范围内具有分形特征。稳定入渗率、平均入渗率与前30 min累积入渗量的自相关范围分别为20~120 m2、0~140 m与40~100 m。     

细沟侵蚀动力过程输沙能力试验研究

细沟水流的输沙能力是土壤侵蚀的重要参数之一,对于土壤侵蚀预报和土壤侵蚀过程模拟尤为重要。在不考虑土壤团粒结构条件下,根据集中稳定水流条件下侵蚀产沙随沟长增加而增加并将最终趋近于水流输沙能力的事实,提出了通过改变沟长来量测水流输沙能力的实验室水槽测量方法。相应地提出了根据试验数据计算水流输沙能力的函数表达式。用一种粉粘（黄土）土壤,进行了一系列（405次）室内水槽摹拟试验。采用五种坡度（5°,10°,15°,20°,25°）、三个流量（2,4,8 L min-1）的细沟侵蚀产沙数据,分析了输沙能力与沟坡、入流量的相互关系。     

称重式坡面径流小区水流流量自动测量系统

坡面径流小区流量观测是坡地水土流失状况研究的重要内容。该文提出了一种新型的含沙水流流量自动观测方法和测量系统。通过受力分析和水力推导，得到了无含沙水流流量测定计算模型和含沙水流流量校正公式。模型验证和参数标定的试验结果表明：无含沙水流的拉力输出值和流量之间的关系与推导得到的水力学模型非常吻合，决定系数可以达到0.99。含沙水流流量通过校正可以得到精度很高的观测结果，与人工观测平均相对误差仅为0.4％。因此，该含沙水流自动测量系统具有很好的可靠性和观测精度，有一定的应用前景。     

玻璃纤维水泥土集雨面物理性能的试验研究

为了提高集雨—灌溉农业中雨水收集的效益，开发经济、适用的材料用于建造集雨面非常重要。为确定新开发的一种集雨面材料—玻璃纤维水泥土在恶劣环境下（如冻融、干湿变化）其强度和抗渗透性的变化，在实验室内进行了控制条件下的性能试验研究。用玻璃纤维水泥土制成的集雨面立方体试块，研究了集雨面在干湿循环、冻融循环物理作用下的强度、抗渗性能和体积冻胀变形特性。定量确定了玻璃纤维水泥土的性能变化规律。结果表明，玻璃纤维水泥土集雨面的抗压强度在浸水饱和后比初始抗压强度降低26%,而在冻结融化和干燥后恢复并比初始抗压强度增加41     

基于统计理论数据融合的水流泥沙含量测量仪

水流泥沙含量的测量在土壤侵蚀和水土保持研究中具有重要意义。采用自行研制的便携式水流泥沙含量测量仪测量了水流泥沙含量。结果表明，水流泥沙混合液质量与泥沙含量之间呈线性关系，可采用荷重传感器测量水流泥沙含量；通过采用基于统计理论的数据融合法来处理测量结果，可大大提高测量的准确性和重复性；其测量精度为0.63%，重复性误差小于0.49%；该测量系统为水流泥沙含量的快速、准确测量提供了一种新的、有效的方法。     

土壤抗压强度的试验研究

通过对土壤的无侧限抗压强度的试验研究，认为土壤容重与含水率是影响抗压强度的主要因素。分别确定了抗压强度与土壤容重、土壤含水率之间的关系，从土壤抗压强度的微观机理分析了它们之间的关系与作用，建立了土壤抗压强度—容重—含水率的数学模型。     

基于虚拟仪器技术的光电式坡面径流流速测量系统

在水土流失研究中，坡面径流流速是径流计算、土壤侵蚀预报中不可缺少的水动力参数。目前尚没有广泛应用的测量径流流速的仪器，该研究从两相流理论出发，基于相关流速测量理论，采用Lab VIEW虚拟仪器开发平台，研制了一套径流流速在线测量系统，包括红外光电传感器、信号调理电路、PCI-6040E数据采集卡以及使用Lab VIEW开发的相关测量软件等。采用室内模拟水槽试验，结果表明，该测量系统适用的泥沙含量范围为0～250 kg/m³，以染料示踪法测得流速作为标准值进行标定试验，系统最大相对误差为4.14%；基于相关流速理论所建立的虚拟仪器系统测量坡面径流流速是可行的。     

水土保持措施及其减水减沙效益分析

水土流失已经和正在蚕食着人们赖以生存的宝贵的水土资源，如何有效地控制水土流失日益受到社会各界和科学家们的广泛关注。中国在水土保持方面创造了许多颇具特色的水土保持措施，如：生物林草措施、耕作措施和水土保持工程措施。该文总结了目前所采用的主要水土保持措施类型。采用坡度、坡长校正公式将数据转化为具有可比性的量值(标准小区)，定量分析了各种水土保持措施对于减少径流和土壤侵蚀产沙的效果，即治理措施的减水减沙效益，为小流域土壤侵蚀预报、水土保持措施的优化及合理配置、优化土地利用结构等提供参考依据。     

坡面薄层水流流速测量的比较研究

在室内模拟水槽中分别用质心运动学原理、电解质脉冲法和流量法3种方法测量不同坡度、不同泥沙含量条件下的薄层水流流速。比较以上3种测量结果发现在下垫面无渗透时，即加入的盐液没有损失时，电解质脉冲法测量坡面薄层水流流速与质心运动速度及流量法测量结果基本是一致的。在泥沙含量较大时，电解质脉冲法测量结果的误差较大，流量对测量结果影响不显著；随着测量距离的延长，测量误差变小，这可能是随着测量距离的增加，加入电解质的时间与测量时间之比减小，从而使假设加入的电解质为电解质脉冲更加合理。总的来说，电解质脉冲法在实验条件下测量坡面薄层水流流速是可行的。     

土壤点源入渗自动测量系统监测滴头下土壤湿润过程

土壤水运动过程是滴灌系统设计和运行管理的重要内容。该研究采用点源土壤入渗自动测量系统,利用计算机可控数码相机和图像识别技术测量滴灌地表湿润面积和土壤湿润体随时间的变化过程。采用正三棱形有机玻璃土箱,设计一系列点源滴灌室内试验,获得点源滴灌入渗过程随时间的变化过程。试验采用3个流量:2、4及8 L/h处理,每个处理设置了3个重复。用数码相机每4 min拍摄一次地表湿润面积,用于计算地表湿润面积随时间的变化过程。同时,在1、2、3、4、6、8、10、12、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180 min时刻,在贴在土箱侧面的透明胶片上,手工记录地表湿润面积和垂直湿润锋面随时间的变化过程。由测量系统根据记录的地表湿润面积随时间的变化过程自动计算得到土壤的入渗过程。通过入渗过程,计算得到滴头下地表土壤的湿润面积,由计算得到的土壤入渗率和计算得到土壤的湿润剖面,将计算结果与实测结果对比,检验测量的精度。结果表明,手工测量得到的地表湿润面积都略大于由土壤入渗自动测量系统计算得到的入渗率计算的地表湿润面积。由计算得到的入渗率预测的土壤入渗深度,略大于实测土壤入渗深度。计算得到前者的相对误差为2%~15%,后者的相对误差为1%~8%。说明土壤入渗自动测量系统,能够准确描述点源滴灌地表湿润过程及土壤入渗过程,并能预测不同流量下垂直入渗深度,测量方法可以为滴灌系统的设计提供相关参数。