特大暴雨条件下小流域沟道的泥沙连通性及其影响因素——以陕西省子洲县为例

[目的]研究特大暴雨条件下小流域沟道泥沙输移路径、泥沙连通程度及其影响因素,旨在探讨水库溃坝的原因,为沟道防洪措施的布设提供依据。[方法]以陕西省子洲县"7·26"暴雨条件下小流域沟道泥沙连通情况为例,选取面积相近、形状相异的清水沟和蛇家沟小流域,对沟道泥沙淤积情况进行现场调查,同时将沟道分为坝地沟段和自然沟段,选取流域面积与形状系数、沟道比降,以及淤地坝的类型与分布进行对比分析两个小流域沟道泥沙连通性的差异。[结果]在此次特大暴雨条件下,清水沟和蛇家沟的淤地坝大都呈现打开状态,由上游到下游清水沟泥沙连通性呈现较强的增长趋势,蛇家沟泥沙连通性则呈现先增长后减弱的趋势。整体上清水沟的泥沙连通性比蛇家沟的强,且清水沟流域的土壤侵蚀也较为严重。串联和混联坝系以及修建有卧管、竖井和排水渠的淤地坝防洪能力更强。[结论]流域面积、流域形状和沟道比降均影响着沟道泥沙的连通性,而淤地坝类型及分布是影响沟道泥沙连通性的主导因子。     

陕北安塞坊塌小流域的沟道形态及其泥沙连通性

通过对陕北安塞坊塌小流域主沟道及其支流小沟道的研究,旨在探究沟道级别、沟道比降和径流节点特征对泥沙连通性的影响程度,以及泥沙淤地坝对泥沙连通性的作用。采用ArcGIS软件,基于1∶10 000比例尺地形图生成的数字高程模型(DEM),利用水文分析模型提取沟道网络图和沟道坡度图,进而获得沟道级别、沟道比降和径流节点,并结合野外实地调查,记录沟道泥沙潜在连通位置。结果表明:泥沙连通性随着沟道级别的升高而降低;沟道比降随着沟道级别的升高逐级减小,泥沙连通性随着沟道比降的降低也减弱;径流节点数和沟道级别成正相关关系;同时修建的淤地坝对泥沙连通性有着阻碍作用,而且在坝地人工沟渠中泥沙连通性呈弱连通性。研究表明通过沟道形态指标,可以反映出沟道泥沙连通性的变化并实现对泥沙连通性的评价。     

横坡和顺坡耕作对紫色土土壤团聚体稳定性的影响

通过径流小区试验,分析探讨了紫色土横坡和顺坡两种耕作模式下表层(0~20 cm)土壤水稳性团聚体及有机碳含量的特征,为紫色土区坡耕地的有效改造和综合利用提供科学依据。试验结果表明,横坡耕作下土壤水稳性指数K值比顺坡耕作高38.99%,而土壤分散性D值为顺坡耕作的1.64倍,横坡耕作抗蚀性大于顺坡耕作。横坡耕作>0.25 mm水稳性团聚体含量比顺坡耕作增加3.62%,>5 mm、5~3 mm、3~2 mm水稳性团聚体含量横坡耕作均高于顺坡耕作,横坡耕作显著提高>2 mm水稳性团聚体含量。横坡耕作下团聚体结构体破坏率较顺坡耕作减少3.05%,团聚体平均重量直径为顺坡耕作的1.39倍。2种耕作模式下0.5~2 mm团聚体有机碳含量均最高,>0.25 mm不同粒级团聚体有机碳含量百分数均随粒径的减小而减小,均在0.5~0.25 mm粒级下达到最小。横坡和顺坡耕作模式下2~1 mm团聚体有机碳含量无显著差异。横坡耕作较顺坡耕作能够显著增加紫色土>2 mm水稳性团聚体含量,且对有机碳的固持作用更好,有利于土壤结构的改善。     

自然降雨条件下不同施肥模式和耕作方式对坡耕地紫色土肥力质量的影响

为探讨自然降雨条件下不同施肥模式和耕作方式对坡耕地紫色土肥力质量的影响,通过采集监测时长为9年的径流小区径流和土样,测定了径流量、有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、硝态氮和铵态氮等指标,运用灰色关联法建立了土壤肥力质量评价指标体系,分析了土壤肥力水平与施肥模式、耕作方式之间的关系。结果表明:5种不同试验处理下,各土壤肥力因子均有不同程度下降,其中土壤硝态氮和铵态氮含量减少最为显著;评价土壤肥力的关联度逐年减小,横坡耕作单施化肥处理的多年平均关联度表现最大,对应的多年平均径流量最小;顺坡耕作方式下,农家肥和化肥配施处理的多年平均关联度最大,对应的多年平均径流量最小,对照处理则相反;多年平均径流量与多年平均关联度之间满足线性函数模型y=-0.000 2x+0.762 8(R~2=0.748 4),随着径流量的增大,土壤肥力质量显著下降,二者呈负相关关系。横坡耕作下农家肥和化肥配施处理对于维持土壤肥力水平以及减少地表径流量效果最优。     

自然降雨条件下不同施肥模式和耕作方式对坡耕地紫色土肥力质量的影响

为探讨自然降雨条件下不同施肥模式和耕作方式对坡耕地紫色土肥力质量的影响，通过采集监测时长为9年的径流小区径流和土样，测定了径流量、有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、硝态氮和铵态氮等指标，运用灰色关联法建立了土壤肥力质量评价指标体系，分析了土壤肥力水平与施肥模式、耕作方式之间的关系。结果表明：5种不同试验处理下，各土壤肥力因子均有不同程度下降，其中土壤硝态氮和铵态氮含量减少最为显著；评价土壤肥力的关联度逐年减小，横坡耕作单施化肥处理的多年平均关联度表现最大，对应的多年平均径流量最小；顺坡耕作方式下，农家肥和化肥配施处理的多年平均关联度最大，对应的多年平均径流量最小，对照处理则相反；多年平均径流量与多年平均关联度之间满足线性函数模型y=-0.000 2x+0.762 8（R²=0.748 4），随着径流量的增大，土壤肥力质量显著下降，二者呈负相关关系。横坡耕作下农家肥和化肥配施处理对于维持土壤肥力水平以及减少地表径流量效果最优。     

黄土丘陵沟壑区坡沟系统产流产沙对源-汇-路径格局的响应

坡沟系统是流域水土流失与治理的基本单元,掌握其产流产沙规律是有效解决水土流失区生态环境恢复重建的核心问题之一。该研究利用无人机遥感与地理信息系统技术对流域的土地利用进行识别,再确定5个不同坡沟系统（2个无人为干扰的退耕植被恢复+自然植被坡沟系统SG1和SG2、2个人为扰动的退耕植被恢复+自然植被坡沟系统SG3和SG4、以及1个果园+坡耕地的坡沟系统SG5）内泥沙源、汇及其输移路径分布特征,并在量化指标的基础上,结合2016—2022年坊塌小流域5个坡沟系统的降雨和产流产沙的监测数据,研究了不同坡沟系统的产流产沙特征及其对源-汇-路径格局的响应。结果表明：次降雨条件下,SG1和SG2的产沙模数显著低于其他坡沟系统（P<0.05）,且SG3径流深和产沙模数均较大;SG2的年平均径流深显著低于SG5（P<0.05）。坡沟系统径流深分别与总坡沟系统、沟间地、沟谷地的泥沙源和汇最大斑块面积比显著正相关（P<0.05）,且与沟间地泥沙源、汇指数的相关系数均要大于沟谷地,径流深与总坡沟系统路径的分岔比、沟间地与沟谷地的路径比降均呈现出显著负相关（P<0.05）;产沙模数与各源汇指数之间均无显著的相关性,但与路径数量密度、长度密度、沟间地的路径分岔比呈显著正相关（P<0.05）;径流深和产沙模数均与路径复杂度呈显著负相关。可见,降低源/汇比例大小,适当增加泥沙输移路径的复杂度和输移距离,可有效减少坡沟系统的水土流失。研究可为坡沟系统土壤侵蚀防控以及流域生态保护和修复提供科学支撑。     

陕北子洲"7?26"暴雨后坡耕地细沟侵蚀及其影响因素分析

细沟侵蚀研究多数基于模拟降雨条件,野外自然状态下的研究相对较少,而极端暴雨条件下的细沟侵蚀研究更为鲜见。该文对陕西子洲2017年"7?26"特大暴雨条件下坡耕地发育的细沟开展调查,研究坡位(距分水岭距离)、坡度和坡形对坡耕地细沟侵蚀特征的影响。结果表明:通过对35个样方的143条细沟统计,细沟宽度和细沟深度分别为0.5～60 cm和0.5～35 cm;细沟侵蚀强度、细沟密度和细沟割裂度分别为2 289～110 976 t/km~2、0.3～3.95 m/m2和0.002～0.441。随距分水岭距离(17～58 m)的增加,细沟先快速发育,坡面破碎程度加剧,距分水岭58m后,细沟发育减慢,坡面破碎程度减弱。坡度在不同的坡位对细沟侵蚀的影响程度不同:随坡度增大,上坡位(距分水岭20～40m),细沟侵蚀强度陡升,坡面破碎程度加剧;下坡位(距分水岭60～80m),细沟侵蚀强度增加较缓慢,坡面破碎程度减弱。凸形坡中部为细沟侵蚀(10 292t/km~2)最为严重区域,下部(8 141t/km~2)次之,上部无细沟发生;细沟密度、细沟割裂度和细沟平均宽度先增大后减小,细沟平均深度递增。浅沟地形细沟侵蚀随距分水岭距离的增加而增加,但退耕地的存在减缓了细沟侵蚀发育程度。直形坡因坡度最大其细沟侵蚀最严重,细沟形态同其他坡形基本相同,但最大沟宽和沟深均大于其他坡形。研究结果可为黄土高原坡耕地的水土流失防治提供参考。