黄土高原典型生物结皮对坡面产流产沙过程的影响

[目的] 明确不同类型生物结皮坡面产流产沙过程及其影响因素，为评价生物结皮的水土保持功能提供理论依据。[方法] 选取黄土高原常见藻结皮和苔藓结皮为研究对象，系统研究降雨条件下结皮类型及破坏前后对坡面产流产沙的影响。[结果] ①生物结皮可显著增强土壤黏结力，藻结皮和苔藓结皮土壤黏结力是裸地（4.53 kPa）的1.52倍和1.25倍，结皮破坏后其土壤黏结力仍高于裸地，分别是裸地的1.22，1.10倍；②生物结皮可以增加坡面产流，抑制坡面产沙。藻结皮和苔藓结皮产流量分别增加了21.64%和55.75%，产沙量分别减少了94.06%和89.24%。结皮破坏后，产流量分别增加了58.76%和59.66%，产沙量分别减少了16.18%和29.45%，仍可促进产流，抑制产沙；③随累积径流量的增加，累积产沙量增长速度由大到小依次为：裸地 > 藻结皮去除 > 苔藓结皮去除 > 苔藓结皮覆盖 > 藻结皮覆盖。黏结力是表征生物结皮抑制土壤侵蚀的有效指标。随黏结力的增大，产沙量呈线性降低（R²=0.66）。[结论] 增加生物结皮覆盖并有效防止生物结皮被破坏，可最大程度发挥其水土保持功能。     

黄土丘陵区生物结皮对坡面流水动力特征的影响

[目的]探究生物结皮对坡面流水动力特征的影响,为黄土高原丘陵区生物结皮防蚀机理研究提供理论指导。[方法]设置生物结皮覆盖及破坏处理,进行人工模拟降雨试验。[结果](1)生物结皮覆盖及破坏处理下坡面流均属于层流急流。(2)生物结皮可显著降低坡面流流速,增加水流剪切力,阻力系数和水流功率(p<0.05)。其中,藻结皮处理和苔藓结皮处理较裸地流速分别减少了48.74%和62.24%,水流剪切力、阻力系数、水流功率较裸地分别增加了130.01%和308.07%;703.35%和2 532.01%;21.16%和57.43%。(3)生物结皮破坏后其阻力系数与裸地无显著变化,流速、水流剪切力、水流功率均显著高于裸地(p<0.05)。其中,藻结皮破坏和苔藓结皮破坏处理较裸地流速、水流剪切力、水流功率分别增加了10.84%和16.46%;36.83%和42.44%;60.90%和62.14%。[结论]生物结皮覆盖会增大坡面流阻力系数,降低流速。生物结皮破坏后坡面流阻力系数与裸地无差异,流速增加。此外,生物结皮覆盖及破坏处理均会增大坡面流水流剪切力及水流功率,进而增加径流侵蚀能量。     

黄土高塬沟壑区小流域暴雨侵蚀特征分析

基于黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站历史实测降雨、径流、泥沙数据，分析水土保持治理对A、B两种暴雨(A类型以降雨时间不超过24 h的短历时强降雨形式出现，B类型以降雨时间超过24 h的连阴雨形式出现，下同)条件下小流域侵蚀特征的影响，结果表明：(1)研究区2005—2021年共出现暴雨事件13次，其中A类型暴雨占暴雨总次数的61.5%,B类型暴雨占暴雨总次数的38.5%,出现大暴雨2次，无特大暴雨出现；(2)在A、B两种类型暴雨条件下，水土保持治理小流域产流时间均值比非治理小流域延后17.97%和17.26%,涨水过程所用时间多109.72%和21.36%,非治理小流域退水过程所用时间均值分别比治理小流域多84.25%和1.21%,洪水总量均值为治理小流域的3.06倍和3.39倍，径流深分别为治理小流域的2.75倍和3.06倍，洪峰流量分别为治理小流域的1.95倍和2.09倍；(3)在A类型暴雨条件下，治理小流域产沙量峰值出现时间较非治理小流域滞后15.09 min,但输沙率峰值出现时间较非治理小流域提前10.33 min,在B类型暴雨条件下，治理小流域产沙量峰值出现时间及输沙率峰...     

地表糙度测定方法研究

地表微地形测量是地表粗糙度定量化的基础,对地表形态动态监测和土壤侵蚀过程相关研究具有重要意义。采用链条法、照相机法和无人机法,选取常规人工降雨土槽和野外径流小区,设置裸地和植物根系2个处理,分别测定其地表糙度。结果表明:(1)链条法、照相机法和无人机法测定的平均弯曲性指数分别为0.257,0.219,0.248,与标件实际平均弯曲性指数0.242偏差小于<10%;其中链条法测定的弯曲性指数整体偏大(6.2%),照相机法测定的弯曲性指数整体偏小(-9.5%),无人机法测定的弯曲性指数略有偏大,但误差仅为2.5%。(2)裸地土槽细沟较深,链条法和照相机法测定结果与实际不符,无人机法测定结果与实际较为一致,链条法和照相机法相对无人机法均偏小了50.0%和40.3%;有根系土槽链条法测定结果与实际不符,照相机法和无人机法测定结果与实际较为一致,链条法相对于照相机法和无人机法均偏小了48.2%和57.8%。(3)受地形因素限制,照相机法无法测定径流小区地表糙度;对于裸地和有根系小区,无人机法测定结果与实际较为相符,而链条法测定结果与地表起伏不一致,链条法相对于无人机法测定的地表弯曲性指数分别偏大了28.6%和24.8%。总体而言,立体摄影测量能有效地反映地表糙度,但受拍摄高度和地形因素的限制,照相机法测定结果会存在低估或使用受限,无人机法测定结果相对稳定;受人为操作和本身测定过程误差的影响,链条法测定结果偏差相对较大,但对于立体摄影测量无法测定的立地环境,链条法仍可作为地表糙度测量的有效方法。     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。     

黄土丘陵沟壑区典型灌木林地枯落物的蓄积特征及持水性能

[目的]对黄土丘陵区不同植被枯落物层持水效能进行研究,为该区植被恢复和水土流失防治提供理论基础。[方法]以柠条、沙棘、狼牙刺、杠柳4种典型灌木林地枯落物层为研究对象,采用室内浸泡法对其水文效应特征进行分析。[结果]①沙棘林地地表枯落物蓄积量最大(1.048 kg/m~2);沙棘林地土壤中枯落物量最大(0.674 kg/m~2);土壤中枯落物占枯落物总蓄积量的20.15%～68.75%,其中柠条和狼牙刺土壤中枯落物高于地表枯落物。②地表枯落物和混入土壤枯落物的持水量均随浸泡时间呈极显著对数函数关系(R~2≥0.745,p0.01),地表枯落物5 min持水量可以达到最大持水量的40%,且与最大持水量存在显著的幂函数关系(R~2=0.38,p0.01),可以通过5 min持水量来拟合最大持水量,而混入土壤枯落物并没有呈现这一规律。混入土壤枯落物的持水量显著大于地表,其中地表枯落物有效持水量杠柳最大(2.13 g/g),土壤中枯落物有效持水量柠条最大(1.90 g/g)。③地表枯落物有效拦蓄量沙棘林地最大,为21.16 t/hm~2;土壤中枯落物有效拦蓄量柠条林地最大,为10.01 t/hm~2;土壤中枯落物拦蓄量的校正系数变化范围在0.18～0.42之间。[结论]土壤中枯落物不容忽视,其混入量占枯落物总蓄积量的1/5甚至2/3以上;柠条总有效持水量最大,而受枯落物类型和积累量的影响,沙棘总拦蓄能力最大,具有较强的水源涵养和水土保持功能。     

黄土高原不同降雨强度下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响

[目的]明确不同降雨强度下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响,进一步评估生物结皮的水土保持功能。[方法]以黄土高原典型藻结皮和苔藓结皮为研究对象,系统研究了60,90,120,150,200 mm/h雨强下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响。[结果](1)所有雨强下藻结皮和苔藓结皮坡面流流型均为层流,除200 mm/h雨强下苔藓结皮坡面流为急流外,所有雨强下藻结皮和苔藓结皮流态均为急流;(2)藻结皮在90,120,150,200 mm/h雨强下流速、径流量和径流系数分别是60 mm/h雨强的1.76～3.9,4.89～9.26,3.91～4.13倍,苔藓结皮则为1.34～2.56,5.86～13.81,2.46～4.26倍,流速和径流量均随雨强呈线性函数增加(R²≥0.85,p<0.01),径流系数呈幂函数增加(R²≥0.49,p<0.05);(3) 60,90,120,150,200 mm/h雨强下藻结皮阻力系数和曼宁糙率系数变化范围分别为0.15～0.74,0.01～0.03,苔藓结皮则为0.82～3.02,0.03～0....     

黄土高原坡耕地土壤物理结皮对坡面产流产沙过程的影响

探究黄土高原坡耕地土壤物理结皮对坡面产流产沙的影响和作用机理,为黄土高原坡耕地水土流失防治提供科学依据.通过室内人工模拟降雨试验,研究坡耕地沉积结皮和翻耕以后形成的击溅结皮对坡面产流产沙过程的影响.根据研究区坡耕地结皮形成的特点,试验共设计5个处理,分别为裸地、沉积结皮、沉积结皮破坏、翻耕和翻耕击溅结皮,每个处理对应2...