淤地坝系安全运行保障技术探析

淤地坝作为黄土高原最主要的沟道治理措施之一,其安全运行对于流域保持水土、淤地造田具有重要的积极作用。淤地坝系安全运行保障技术作为一套相对完整的技术理论体系,对于指导区域坝系的安全运行具有重要意义。着重从淤地坝发展存在的问题、技术体系解析及目前存在的问题三个方面对该技术体系进行了介绍,分析了3大子技术在实践中的应用状况。同时通过文献查阅发现,以发现问题—解决问题—预防问题为理念构建的淤地坝系安全运行保障技术,目前主要集中于理论体系的构建阶段,在实践中应用较少,许多问题还有待于进一步解决。     

冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P0.05),贡献率分别为17.94%、19.96%和18.43%。冻融前后,土壤分离能力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48g/(cm~2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm~2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P0.05),但其随冻融循环次数增加的变化趋势差异较大,只有在坡度与流量同时较小(10°和≤18L/min)或较大(15°和≥18L/min)时,呈显著增大趋势。冻融循环1、5、10次后,土壤细沟可蚀性分别增大1.25、1.66和1.72倍,随冻融次数的增加逐渐趋于稳定;土壤临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。     

小麦秸秆覆盖量对坡面流水动力学特性影响

为系统研究小麦秸秆覆盖量对坡面流水动力学特性的影响,采用室内定床模拟试验,探究在不同流量(3.0、4.5、6.0、7.5、9.0 L/min)和坡度(3°、5°、10°、15°)下,坡面流水动力参数随秸秆覆盖量(0、1.5、2.5、3.5、4.5 t/hm²)的变化特征。结果表明：1)秸秆覆盖显著影响坡面流流型,在不同流量和坡度下,无秸秆覆盖时坡面流型均为急流,而在秸秆覆盖条件下,坡面流型均变为缓流。当流量≤7.5 L/min时,流态均为层流,当流量>7.5 L/min时,流态均为过渡流。2)随着秸秆覆盖量的增加,坡面流流速分别较裸坡降低了47.85%、53.86%、57.69%、60.11%。3)不同覆盖量下,坡面流流态指数随坡度的变化规律不一致。覆盖量≤2.5t/hm²时,随坡度的增加,流态指数呈先增后减的变化趋势,覆盖量>2.5 t/hm²时,流态指数随坡度的增加而逐渐减小。4)不同覆盖量下,坡面流阻力系数随坡度的变化规律不一致。秸秆覆盖坡面阻力系数是裸坡的9.36～19.68倍。低覆盖量下(≤2.5t...     

黄土丘陵沟壑区不同草灌植被土壤分离速率及其主导因素

[目的]探究不同草灌植被条件下土壤理化性质和根系特征对土壤分离速率的影响强度,为黄土高原生态建设成效的评估提供科学依据。[方法]分别选取黄土高原典型直根系灌木柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、须根系草本冰草(Agropyron cristatum)和直根系草本植物铁杆蒿(Artemisia gmelinii)及其复合群落为研究对象,采集原状土样,在坡度为15°,流量为36 L/min的条件下,进行土壤分离试验,估算其分离速率,并测定相关土壤参数和根系参数。[结果]草灌复合使分离速率较单一草本和灌木的均值降低了73.58%,其中锦鸡儿与冰草的复合模式减蚀效果最强。影响土壤分离速率的最主要根系因子为根长密度和根重密度,主要土壤因子为>0.25 mm的团聚体含量。根系因子是影响草本植物土壤分离速率最主要的因子。灌木及草灌复合下的土壤分离速率受到土壤因子和根系因子的共同主导。[结论]草灌复合根系能够有效提高土壤抗分离能力,其中以直根系与须根系的根系构型组合效果最强,且不同的根系构型组合在影响土壤性质的程度和发挥抗分离作用时的主导因子不同。     

基于力学参数解析黄土高原典型草地的土壤分离能力研究

为解析黄土高原地区典型草地土壤分离能力变化的力学机制,选择代表性的须根系和直根系草地作为研究对象,基于室内径流冲刷试验,估算了相对土壤分离能力（RSD）,测定了土壤抗剪强度和根系抗拉力,并基于Wu氏模型估算了根系黏聚力（Cr）。结果表明,须根系草地的RSD较直根系草地显著低77.27%,而Cr较直根系草地高14.84%。直根系草地的Cr对RSD的表达效果优于根长密度,而须根系草地效果差异不明显。RSD与200 KPa正应力下抗剪强度（τ200）的相关性优于其他正压力。根土复合体中,Cr对土壤分离的效应强于τ200。通过根土复合体力学参数能够有效预测直根系草地的土壤分离能力,但对于须根系草地的预测还需进一步探究。研究结果可为黄土高原根系减蚀机理的完善提供参考。     

冻融条件下藻结皮对土壤分离能力的影响

为探明生物结皮存在时,冻融条件下结皮盖度、坡度和流量对土壤分离能力的影响,以黄土高原北部东柳沟小流域的藻结皮为研究对象,采用室内模拟冻融和放水冲刷相结合的试验方法,利用正交设计和田口方法分析藻结皮盖度、坡度、流量和冻融对土壤分离能力的影响。结果表明：土壤分离能力最大时盖度、坡度和流量分别为10%、20 7)和24 L/min,而冻融次数正交设计和田口方法中分别为10,1次。冻融条件下,随藻结皮盖度的增大土壤分离能力逐渐减小;随坡度和流量的增加土壤分离能力增大;正交设计中土壤分离能力随冻融次数的增减呈先减小后增大的趋势,而田口方法中则在试验条件下无明显变化规律。正交设计中坡度是影响土壤分离能力的主要因子,各因子对土壤分离能力的贡献率为坡度(15.08%)>盖度(14.38%)>流量(13.69%)>冻融(-13.23%);田口方法中藻结皮盖度是土壤分离能力的主要影响因子,且各因子对土壤分离能力的贡献率为盖度(30.41%)>坡度(25.32%)>流量(1.59%)>冻融(0.85%)。田口方法预测的土壤分离能力相对误差变化幅度小(CV=0.49),决定...     

黄土丘陵区治沟造地工程对流域水沙的影响

综述了近几年国内外有关治沟造地工程对流域土壤侵蚀和水文过程的影响,并进行了展望。     

耕作模式对黄土高原地区新增耕地土壤紧实度、养分含量及玉米产量的影响

[目的]探明不同耕作模式对以生土为构建材料的新增耕地的改良效应,为该类土地的高产高效利用提供科学依据。[方法]于2017年6—9月分别在免耕、深松、翻耕3种耕作处理模式下的玉米地开展定位监测试验,分析耕作模式对土壤紧实度、养分含量以及作物产量的影响。[结果] 0—20 cm土层紧实度在免耕模式下最低,分别较深松和翻耕低约37.49和38.48 kPa/cm~2,且各模式下0—20 cm土层均呈分层紧实的状态。玉米出苗期土壤紧实度最小,喇叭口期紧实度最高。0—40 cm土层有机质、全氮和有效磷含量在深松模式下均最高,分别为免耕的1.20,1.22,1.36倍,是翻耕的1.18,1.08,1.34倍。深松和翻耕模式下的速效钾含量相近,均为免耕的1.09倍。从出苗期到灌浆期,有机质和全氮含量增加,有效磷和速效钾含量减小。深松耕作模式下玉米产量最高,是免耕和翻耕条件下的1.30,1.19倍。[结论]深松耕作模式土壤紧实度适中,能有效增加土壤养分含量,提高作物产量,是新增耕地最理想的耕作改良方式。     

黄土高原丘陵区不同植被恢复方式下土壤水分特征——以桥子沟流域为例

为研究黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复方式下的土壤水分特征,以天水典型对比小流域——桥子西沟(自然恢复的荒草地)和桥子东沟(人工恢复的刺槐林地)为例,基于2流域5-8月0～ 100 cm深度土壤质量含水量和氢氧同位素浓度,定量分析不同植被恢复方式下降水和坡向对土壤水分影响.结果表明:以刺槐林地为主的流域土壤含水量低于以荒草地为主的流域(16.72％)约3.70％,对降水量的响应较弱,各土层含水量变异系数较高.土壤水分存在临界变化深度,刺槐林地为主的流域在10 cm以下含水量趋于稳定,最大蒸发深度为55 cm,荒草地为主的流域在30 cm以下含水量开始增加,最大蒸发深度为30 cm.两流域含水量均遵循阴坡＞半阴坡＞半阳坡,δo18的分布不符合这一规律.以刺槐林地为主的流域含水量随坡向变化较小,而以荒草地为主的流域受坡向影响较大,坡向对土壤水分的影响受植被因子的制约.以自然恢复荒草地为主的恢复方式可以较好的增加土壤水库蓄水量,有利于流域生态的可持续发展.     

不同长度小麦秸秆覆盖下黄土耕地坡面流水动力学特性

为了系统研究秸秆长度对坡面流水动力学特性的影响,利用室内人工模拟冲刷定床阻力试验,在4个坡度、5个流量条件下分别对3~5、8~10和13~15 cm长度秸秆覆盖坡面流水动力学参数变化特征进行分析,阐明不同长度秸秆覆盖坡面水流阻力与雷诺数的关系。结果表明,秸秆长度对坡面流水动力学参数影响显著。不同长度秸秆覆盖条件下,坡面流雷诺数变化范围为166~558,当流量≤7.5 L/min时,坡面流态为层缓流;流量为9.0 L/min时,坡面流态为过渡缓流。秸秆覆盖条件下,坡面流具有较小的流速和较大的水深、Darcy-Weisbach阻力系数及曼宁糙率系数。随着秸秆长度增加,坡面流流速随之增加,而水深、Darcy-Weisbach阻力系数及曼宁糙率系数随之降低。随着秸秆长度和水力坡度增加,流态指数值总体呈现降低趋势。当秸秆长度由3~5 cm增加至13~15 cm时,流态指数平均由0.716降至0.501。研究可为秸秆覆盖条件下水土流失阻控机理研究提供科学依据。