台风“利奇马”暴雨引发的土壤侵蚀调查研究——以山东省临朐县为例

[目的]实地调查极端降雨事件下的土壤侵蚀特征,探寻水土流失治理中存在的问题,为人类应对极端天气灾害提供科学依据。[方法]以受2019年8月9号台风"利奇马"暴雨影响较大的山东省临朐县为调查区域,采用资料分析与野外调查相结合的方法,分析曾家沟、耿家沟典型小流域的坡面侵蚀、道路侵蚀及弥河上游各级河道的冲淤情况。[结果]"利奇马"台风过境期间,暴雨中心的雨量站降雨量达到50 a一遇标准;林草地、撂荒地基本无细沟侵蚀发生,坡耕地细沟侵蚀模数为4 560～19 500 t/km~2,梯田田面上细沟集中于承接上方汇水的位置;受植被保护或石坎梯田的田坎完好,而其他类型田坎滑塌严重。调查样地滑塌侵蚀模数301～36 321 t/km~2,田坎滑塌最为严重;河岸尤其是弯顶处冲刷严重,河道回流区、两河交汇处、拦河坝以及桥梁上游等淤积量较大。[结论]小流域的水土保持措施可减少暴雨造成的土壤侵蚀量。建议针对不同部位和利用类型的土地设计修建适宜的蓄排水和保土措施,并加强对农民的水土保持型农艺培训,提升极端暴雨下的水土流失防灾减灾能力。     

不同有机物料对黄土高原治沟造地土壤水分运移的影响

为了改善黄土高原治沟造地土壤结构较差的问题,采用一维定水头土柱模拟试验,探讨了不同有机物料(生物有机肥、粉碎秸秆、50%粉碎秸秆+50%生物有机肥、尿素、对照)对治沟造地土壤湿润锋推移、累积入渗量、入渗速率和土壤水分蒸发特征的影响,并采用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov模型拟合分析土壤水分入渗规律。结果表明:(1)粉碎秸秆与有机肥均降低了土壤水分移动速率,增强了土壤持水能力;粉碎秸秆同时降低了土壤稳定入渗速率,与对照相比减小了17.65%;(2)湿润锋推进深度与累积入渗量呈良好的线性关系;通过对3种入渗模型拟合发现,Philip模型和Kostiakov模型的拟合效果较好,符合黄土高原治沟造地土壤入渗率和时间的动态关系;(3)土壤水分蒸发过程中,添加粉碎秸秆具有阻截和蓄积土壤水分,提高土壤含水量的积极作用。     

1901—2019年上海合作组织国家气候时空变化特征

为了应对和缓解区域潜在气候变化情况,基于1901—2019年Climatic Research Unit(CRU)长时序的月平均气温和逐月降雨量格点数据集,分别采用一元线性回归法、5年滑动平均和Pettitt检验等方法分析了上合组织国家气温、降雨量的时空变化特征。结果表明:(1)1901—2019年年平均气温和降雨量整体均呈显著增加趋势,其变化趋势分别为0.142℃/10 a(p<0.05)和2.395 mm/10 a(p<0.05),2000年之后上升最为显著。(2)气温变化具有显著的区域差异,由南向北随纬度升高变化速率逐渐加快,大部分区域小于0.2℃/10 a(p<0.05)。(3)气候变化具有显著的季节性特征。各季节气温呈显著增加趋势,春季升温速率较快(0.2℃/10 a,p<0.05),夏季气温变化速率较慢(0.08℃/10 a,p<0.05); 春季降雨量变化趋势大(0.75 mm/10 a,p<0.05),夏季降雨量呈不显著的增加趋势(0.29 mm/10 a)。(4)上合组织气候突变遵循纬度分异规律,随纬度和海拔的升高突变时间推迟。综上,上合组织国家气候存在暖湿化趋势,春季气候变化趋势显著高于夏季,且随纬度升高,气温变化趋势逐渐加快。     

黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对径流-泥沙-氮素排放影响的模拟研究

针对黄土丘陵沟壑区沟道土地整治工程对水资源和水环境的影响难以评价的突出问题和现实需要,通过不同雨强和不同沟道土地整治比例的模拟降雨试验,研究了沟道土地整治工程对地表和地下径流过程的影响,分析了地表和地下径流氮素排放对沟道土地整治工程的响应,探讨了沟道土地整治工程对降水分配和氮素排放的作用机制。结果表明:沟道土地整治能调节降水分配、拦截地表径流、促进降水向地下径流转化,降水分配的调节程度随沟道土地整治比例的增加而增加;与无整治工况相比,在不同的降水强度下,30%和60%的沟道整治平均将降水的地表径流、土壤持留和地下径流比例从62∶21∶17分别调整为45∶22∶33和27∶23∶50。沟道土地整治减少地表径流中泥沙、硝态氮和铵态氮的输出,却有增加地下径流中硝态氮输出的风险;60%的沟道土地整治分别降低地表径流泥沙输出69%~82%、铵态氮输出63%~74%、硝态氮输出31%~48%,增加地下径流中硝态氮输出160%~337%,对地下径流铵态氮输出无影响。     

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。     

地表覆盖对大豆田土壤水热盐及产量的影响

[目的]研究不同覆盖措施对农田土壤水、热、盐及大豆产量的影响,为促进陕北安塞县山地梯田作物增产提供理论基础。[方法]以大豆(中黄35)为试验材料,设置地膜覆盖(M)、谷子秸秆覆盖量5 000 kg/hm~2(J_5)与2 500 kg/hm~2(J_2)和传统耕作(CK)4个处理进行了系统对比试验。[结果]①除20—40 cm土层的结荚期外,其他土层各时期M和J_5处理的土壤贮水量均高于CK处理。另外在0—60 cm各土层中,出苗期M处理的土壤贮水量均高于J_5处理;②在0—60 cm各土层中,全生育期M的土壤温度均高于CK处理,除结荚期外,J_5处理的土壤温度均低于CK处理;③在一定范围内,M处理可提高土壤电导率,且在0—20 cm土层中,M和CK处理的电导率差异达到极显著水平(p0.01);④M和J_5处理的大豆产量分别显著高于CK处理46.73%(p0.01)和34.61%(p0.05);⑤在一定范围内,大豆产量与其全生育期的平均土壤贮水量、土壤温度和土壤电导率呈正相关关系。且相较于其他生长阶段,出苗期土壤物理条件对大豆产量的影响更为明显。[结论]大豆产量与出苗期土壤贮水量和电导率极显著正相关,且地膜覆盖有利于提高出苗期土壤贮水量和电导率,可促进大豆增产。     

黄土坡面细沟侵蚀强度的空间分布及形态分异特征

为探索细沟侵蚀的空间分异特性,通过人工模拟降雨试验的方法,分析不同降雨强度和坡度下的坡面细沟侵蚀过程,探讨细沟侵蚀强度及形态在坡面尺度的沿程变化特征.结果 表明:随着坡度和雨强增加,细沟侵蚀量不断增大;在特定处理下,细沟侵蚀强度沿坡长方向均呈现出先增后减的规律;沟宽、沟深和细沟割裂度等细沟形态参数也表现为先增加后减小,...     

卡口河段桥梁建设对河道行洪的影响——以渭河咸阳段为例

河流束窄处断面窄深,形成河道水沙输移的卡口,该区域行洪能力相对较弱,桥梁建设更加威胁河道防洪安全。以陇海铁路咸阳渭河桥改扩建工程为例,采用平面二维水流数学模型,研究了不同工程方案在3种洪水频率下对河道行洪的影响特征,结果表明:在桥梁建设期,四桥并存引起桥位处水位壅高值最大;疏浚量大的工程方案建设后过水面积增大更多,桥位水位降低幅度也相对较大,如工况1建设后300年一遇、100年一遇、5年一遇洪水下分别降低0.9m,0.9m,0.6m;卡口河段的桥梁建设宜结合适当的疏浚工程,以增加行洪河宽及过水面积,平顺水流,提升河道行洪能力。     

间歇性与连续性降雨对黄土坡面细沟侵蚀影响的比较

采用室内模拟降雨试验，对比了间歇性降雨与连续性降雨对黄土坡面细沟侵蚀的影响差异，量化了间歇性降雨相对于连续性降雨条件的试验误差，并评估该试验方法在坡面侵蚀模拟中的适宜性。结果表明：（1）低雨强（≤60 mm/h）时，对于间歇性降雨试验，坡面细沟产沙大幅降低，误差达-40.8%，伴随着沟宽、沟深和割裂度等形态指标的减小，误差介于-33%~-45%；产流误差较小，为0.4%。（2）高雨强（≥90 mm/h）时，产流产沙、细沟形态的各项指标误差均不大，为3%~12%，对试验结果影响相对较小。（3）在采用间歇性降雨试验方法时，建议采用高雨强试验条件（≥90 mm/h），才能准确模拟天然降雨的细沟侵蚀过程，且在高雨强时应控制间歇性降雨试验每一阶段的降雨历时，避免累积产沙量的持续快速增长而导致细沟侵蚀剧烈发展，误差进一步增大。由于土壤性质的区别，该试验结果在其他区域的适用性还有待深入研究。研究结果可为坡面细沟侵蚀的过程与机理研究提供技术支撑。     

台风“利奇马”暴雨引发的流域产流产沙特征——以山东省临朐县为例

为了明确极端暴雨下不同尺度流域的产流产沙特征,为应对极端暴雨事件提供技术支撑。基于2019年9号台风“利奇马”导致的暴雨洪水事件,采用暴雨中心的辛庄控制站和弥河干流黄山水文站的水文数据,分析了本次暴雨中两个不同尺度流域的径流、泥沙总量及过程特征。结果表明:2019年8月10—17日,辛庄观测站次洪水径流总量为123万m³,实测洪峰为40.96 m³/s,洪水泥沙总量为4600 t,产沙模数为1285 t/km²。黄山水文站实测洪峰流量为2210 m³/s,是自1988年建站以来的最大流量,重现期为33.3年一遇。黄山水文站输沙量为36.23万t,输沙模数为966 t/km²。本次暴雨洪水的输沙量是多年平均输沙量(19.50万t)的1.65倍,与2018年夏季汛期洪水泥沙过程的水沙关系曲线相关性较好。综上,基于水沙关系的黄山水文站流域场次洪水输沙量预测方法是准确的,说明在极端暴雨事件中采用历史洪水泥沙关系预测输沙量是可行的。