特大暴雨下不同土地利用类型坡面切沟发育特征

切沟侵蚀是黄土高原丘陵沟壑区水土流失的重要形式之一，然而极端暴雨条件下不同土地利用类型坡面切沟侵蚀研究还鲜见报道。该研究以陕北2017年"7·26"特大暴雨为例，研究了岔巴沟流域3种土地利用类型（农地、休闲地和撂荒地）坡面切沟发育形态特征及体积估算模型。结果表明：1）农地、休闲地和撂荒地切沟长度分布在20 m内的占比分别为55.6%、34.8%和44.8%；农地切沟平均深度为110 cm，分别比休闲地和撂荒地高18.3%、19.2%；农地和休闲地切沟平均宽深比分别为0.87和0.84，横断面呈"宽-浅型"，而撂荒地切沟呈"方型"（宽深比1.01）。2）撂荒地切沟侵蚀体积分别比农地和休闲地减少47.8%和28.3%，表明植被恢复有效地削弱了极端暴雨作用下的切沟侵蚀。3）农地切沟不同坡段侵蚀体积由高到低为下坡、上坡、中坡，而休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积沿坡长方向呈递增趋势；3种土地利用类型切沟在上坡段的沟岸拓宽速率大于下切速率，中下坡则相反。4）农地、休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积均与切沟长度、横断面面积呈极显著幂函数关系（P<0.001），横断面面积是切沟体积估算更为有效的参数。研究结果可为黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用类型坡面切沟侵蚀体积估算及其防治提供重要依据。     

不同类型山丘区输变电线路工程水土流失的来源、影响因素及措施体系配置

[目的] 明确不同山丘区输变电线路工程水土流失特征,为山丘区水土保持设计、监测和防治提供理论参考。[方法] 以全国不同山丘区（东北黑土低山丘陵和漫岗丘陵区、西北黄土丘陵区、南方红壤丘陵区、青藏高原区、新疆山地区）输电线路工程为研究对象,通过文献查阅、野外调查并结合工程实例,对山丘区输变电线路工程水土流失来源、影响因素及措施体系配置进行归纳和总结。[结果] 输变电线路工程主要水土流失来源分区可分为站区、道路区、临时堆置区、塔基区、牵张场区和弃土弃渣堆置区;输变电线性工程水土流失具有不均衡性,其中站区占水土流失量的比例最高,达总水土流失量的48%～62%,其次为塔基区,其主要来源时段为施工期。[结论] 不同山丘区水土流失影响因素和防治重点差异显著,水土保持设计时须考虑土壤侵蚀形式的差异,并因地制宜地配置水土保持措施。     

含砾石风沙土堆积体坡面径流产沙特征

为明确砾石含量对风沙土工程堆积体坡面径流产沙特征的影响,以土质坡面为对照,采用室内模拟降雨试验方法,研究了不同降雨强度(1.0、1.5、2.0和2.5 mm·min~(-1))条件下不同砾石质量含量(10%、20%、30%)的风沙土堆积体坡面径流特性及侵蚀产沙规律。结果表明:(1)1.0、1.5、2.5mm·min~(-1)雨强下,10%砾石含量坡面径流率较土质坡面减少5.03%～39.99%,而20%、30%砾石含量坡面径流率则分别增加7.48%～74.56%、19.51%～84.31%;各砾石含量坡面径流率均与雨强呈显著递增的指数函数关系;(2)土质和含砾石坡面径流型态基本以层流为主;土质坡面径流流态多为急流,而含砾石坡面径流则以缓流为主;各雨强条件下,10%、20%、30%砾石含量坡面径流阻力系数较对照分别增加24.07%～114.10%、51.84%～141.57%、89.04%～288.16%;(3)1.0、1.5 mm·min~(-1)雨强下土质和10%砾石含量坡面侵蚀速率随降雨历时呈减小—稳定—增大趋势,2.0、2.5 mm·min~(-1)雨强下,则呈波动式逐渐增大趋势;4种雨强下,20%、30%砾石含量坡面侵蚀速率呈缓慢、平稳增加趋势;(4)雨强为1.0 mm·min~(-1)时土质坡面侵蚀量最小,雨强≥1.5 mm·min~(-1)时,含砾石坡面侵蚀量较土质分别减少41.08%～63.27%、22.80%～67.80%、28.89%～68.50%;(5)侵蚀量与径流率、雷诺数、弗汝德数均呈显著正相关关系,与阻力系数则呈显著负相关关系;结果可为陕北风沙土区生产建设项目工程堆积体水土流失量估算模型的建立提供科学参考。     

黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响

【目的】沟头是黄土高塬沟壑区发育最活跃的地貌部位,关系着整个塬坡沟系统的水土流失。探明黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响,为区域生态环境修复和水土保持效益评价提供科学依据。【方法】以仍进行耕作利用的农地沟头为对照,研究撂荒后自然恢复植被沟头不同土层（0—10、10—25、25—40 cm）土壤团聚体特征及土壤可蚀性随植被恢复年限（3—30 a）的变化。通过干筛法和湿筛法测定土壤团聚体组成,计算>0.25 mm水稳性团聚体含量（WR_0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、团聚体破坏率（PAD）、团聚体分形维数（D）等团聚体特征值,测定土壤机械组成及有机质含量,计算土壤可蚀性因子（K）。【结果】（1）与农地沟头相比,恢复3—30 a植被沟头土壤WR_0.25、MWD、GMD分别增加11.49%—84.43%、0.18—2.05倍、7.53%—108.62%,三者随植被恢复年限的增加呈线性递增关系（P<0.01）,且均随土层深度增加而减小;（2）植被沟头土壤PAD、D随植被恢复年限增加以线性方式递减（P<0.01）,较农地沟头分别减小3.81%—32.14%、0.55%—6.63%,二者随土层深度增加而增大;（3）随着植被恢复年限增加沟头土壤可蚀性因子K以线性关系递减（P<0.01）,较农地沟头减小5.43%—14.44%,K随着土层深度增加而增大。【结论】植被恢复条件下有机质含量的提升对团聚体形成和稳定性起着重要的作用。沟头土壤可蚀性的减小与水稳性团聚体含量的增加、团聚体稳定性的提高密切相关,自然恢复条件下植被恢复22—30 a沟头土壤团聚体稳定性和抗蚀性能得到明显提升。     

董志塬沟头溯源侵蚀过程及崩塌中孔隙水压力变化

为研究董志塬沟头溯源侵蚀过程及孔隙水压力变化规律,采用模拟降雨+放水冲刷的方法,研究集水区坡度(1°、3°、5°、7°)和放水流量(3.0、3.6、4.8、6.0、7.2m3/h)对董志塬沟头溯源侵蚀过程和孔隙水压力特征值的影响。结果表明:1)崩塌发生频率由试验初期0～30 min时的6.29%增加到150～180 min时的27.48%。2)放水流量为3.0～7.2 m3/h时,产沙率随试验时间呈对数函数减小。产沙量随坡度和放水流量的增加而加大,建立了产沙量与二者间的多元线性回归方程。3)坡度为1°～7°时,崩塌会增加22.75%～324.59%的产沙率,产沙率突变点出现时间相较于崩塌而言存在"滞后"现象。4)孔隙水压力随试验时间呈显著线性或对数函数关系,孔隙水压力的上升是影响溯源侵蚀崩塌发生的关键因素。研究结果可为黄土高塬沟壑区生态治理提供参考。     

7·26暴雨下不同土地利用坡面浅沟沟槽发育特征及体积估算

为明确黄土高原"7·26"特大暴雨下不同土地利用坡面浅沟沟槽形态发育特征,该文以黄土高原沟壑区岔巴沟流域为研究对象,采用实地的方法,研究休闲地、农地和撂荒地坡面浅沟沟槽侵蚀形态特征和沟槽体积估算。结果表明:1)休闲地、农地和撂荒地浅沟沟槽发育宽度集中分布在30～70cm、深度集中分布在20～60 cm、断面面积集中分布在0.05～0.25 m~2;沟槽平均宽度分别为46.46、47.41和43.11 cm,深度为47.11、36.06和41.47 cm,断面面积为0.23、0.17和0.19 m~2,其中,休闲地坡面沟槽深度和断面面积均显著高于农地(P0.05)。2)休闲地和农地的宽深比均为浅沟上坡段下坡段中坡段,而撂荒地为下坡段上坡段中坡段;三者宽深比均大于1且农地平均宽深比显著高于休闲地和撂荒地(P0.05),即3种土地利用坡面沟槽的横向侵蚀速率高于沟底下切速率。3)休闲地、农地和撂荒地坡面浅沟沟槽平均侵蚀体积分别为5.9、3.26和4.5m~3,其中,休闲地地侵蚀体积显著大于农地(P0.05)。4)3种土地利用坡面浅沟沟槽侵蚀体积可分别采用浅沟长度的线性函数、幂函数和指数函数进行估算。     

矿区排土场边坡不同植被配置模式的控蚀效益研究

为研究不同植被配置模式对露天煤矿排土场边坡径流产沙的影响。以内蒙古永利煤矿恢复4 a的排土场边坡为研究对象,采用原位放水冲刷试验方法。以裸坡(BS)为对照,研究了递增型放水流量(5-10-15-20 L·min~(–1))条件下内蒙古永利煤矿排土场边坡不同植被配置模式(上坡冰草(面积占比30%)+下坡沙蒿(70%),C3H7;上坡冰草(70%)+下坡沙蒿(30%),C7H3;冰草,QC;冰草和沙棘混合配置,CG)的减水减沙效益。结果表明:(1)流量递增初期(0～9 min),径流率与侵蚀速率急剧增大,后波动减小。随着放水流量的递增,坡面径流率随产流历时的延长呈阶梯式增长,相对于首次放水流量(5 L·min~(–1))冲刷时,流量增大至10、15、20 L·min~(–1)防护坡面与未防护径流率差异缩小。侵蚀速率随放水流量的变化较径流率的变化趋势减小,且后期较大流量下,坡面侵蚀速率有下降趋势;(2)C3H7、C7H3、QC、CG配置模式坡面的减水和减沙效益分别为31.99%、18.72%、15.29%、34.36%和81.28%、87.29%、84.80%、58.73%。"冰草-沙棘(CG)"配置坡面和"冰草-沙蒿(C7H3)"配置坡面分别具有最优的减水效益和减沙效益;(3)坡面不同根系植被混合搭配时的减水减沙效益高于单一根系植被防护坡面,直根系与须根系植被合理配置具有更好的防护效果;(4)各坡面侵蚀速率和径流率呈极显著的幂函数(BS、C3H7、QC、CG)和线性(C7H3)关系。(5)坡面各植被配置模式在该区能较好地抵御持续暴雨径流的冲刷袭击。研究结果可为矿区合理进行生态恢复提供依据。     

两种驱动力作用下植被调控堆积体坡面减水减沙效益

定量分析侵蚀驱动力的变化对于植被调控堆积体坡面水文和产沙过程的影响,对于深刻理解植被防护堆积体侵蚀及其水土保持效益具有重要作用。该研究以陡坡工程堆积体(30°)作为研究对象,采用野外模拟降雨和降雨+上方汇水试验研究苜蓿对工程堆积体侵蚀过程的影响及其减水减沙效益。结果表明:1)两种驱动力下苜蓿对工程堆积体坡面减沙和减流效益分别为57.28%～98.51%和13.17%～83.11%,加入上方汇水后减沙和减流效益分别减少17.01%和68.74%;2)降雨条件下苜蓿对堆积体坡面减流减沙效益随降雨强度增大降低,而加入上方汇水后减沙效益随降雨强度增大而增大,但减流效益减小。显著性差异分析表明降雨强度对裸坡和苜蓿堆积体的径流和产沙均有显著影响(P0.01),且上方汇水的作用大于降雨;3)两种驱动力下裸坡堆积体侵蚀速率总体随产流历时减少,而苜蓿堆积体在降雨条件下侵蚀速率总体增大。加入上方汇水后裸坡及苜蓿堆积体坡面侵蚀和径流随产流历时的波动性显著增强;4)裸坡堆积体在降雨和降雨+上方汇水条件下产流前期的平均侵蚀速率是后期的1.06～2.90倍,苜蓿堆积体在降雨条件下产流前期平均侵蚀速率小于后期。研究成果可为生产建设项目工程堆积体水土流失防治和植被措施布设提供科学指导,具有显著的科学意义和工程实践指导价值。     

不同砾石含量塿土堆积体坡面侵蚀特征研究

为明确砾石含量对关中塿土堆积体坡面径流和侵蚀特性的影响,采用室内模拟降雨试验方法,以土质坡面为对照,研究了10%、20%、30%三种砾石含量堆积体坡面的侵蚀特征。结果表明:(1)1.0mm·min–1雨强下,10%砾石含量时初始产流时间最大,雨强1.0 mm·min–1时,各坡面初始产流时间在10%砾石含量时最小;(2)各砾石含量坡面平均流速均随雨强增大而增大,1.0和2.5mm·min–1雨强条件下10%砾石含量坡面流速最大,而1.5和2.0mm·min–1雨强下,含砾石坡面流速较土质坡面分别减少15.3%～21.2%和13.6%～14.1%;(3)不同雨强条件下各含砾石坡面含沙量在产流前期(0～6 min)急剧下降;产流6 min后,含沙量在1.0、1.5 mm·min–1雨强下逐渐趋于稳定,在2.0、2.5 mm·min–1雨强下呈多峰多谷的变化,该时期砾石主导产沙过程;(4)次降雨侵蚀量随雨强增大呈显著的幂函数关系;而随雨强的增大各砾石坡面侵蚀量较土质坡面分别减少22.4%～42.6%、8.2%～66.3%、2.2%～56.5%和45.0%～68.3%。该研究可为关中地区堆积体坡面水蚀模型的建立提供理论依据。     

白草塬植被恢复后沟头草本植物多样性与土壤因子的关系

[目的] 探究黄土塬沟头在植被恢复后的草本植物多样性变化与土壤因子间的关系,为该区沟头水土保持效益评估提供科学依据。[方法] 以农地沟头为对照,选择不同植被恢复年限(5,13,18,22 a)的白草塬草地沟头,调查和测定了各植被恢复年限沟头的草本植物多样性和表层土壤(0—10 cm和10—25 cm)的土壤性质因子。[结果] 随植被恢复年限的增长,Patrick丰富度指数呈现先增大后稳定的变化趋势;Shannon-Wiener指数呈现持续上升的趋势,植被恢复18 a和22 a时的Shannon-Wiener指数高于恢复13 a,但没有显著性差异;Pielou均匀度指数呈现增加—降低—再增加的波动趋势,且在恢复22 a时达到最大值(0.89)。白草塬沟头0—10 cm和10—25 cm的土壤容重均在恢复22 a时达到最小值,较农地分别显著降低13.1%和17.8%(p＜0.05);0—10 cm和10—25 cm的土壤有机质含量、水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径和饱和导水率均随植被恢复年限的增加而显著增加,两土层的土壤因子在各植被恢复年限上呈现出显著性差异。相关性分析显示草本植物多样性指标与容重间呈负相关关系,与土壤有机质、水稳性团聚体、团聚体平均重量直径以及饱和导水率呈显著正相关(p＜0.05)。冗余分析表明土壤团聚体含量与草本植物多样性变化密切相关。[结论] 植被恢复显著提高了沟头草本植物多样性,可改善表层土壤性质,在稳固沟头过程发挥重要作用。