人工模拟降雨条件下坡面产沙规律及侵蚀泥沙颗粒特征研究

利用室内模拟降雨试验,研究了坡面产沙规律及其与径流的相关关系,并对比分析了侵蚀泥沙与原土壤的颗粒特征。结果表明:1产流时间受降雨强度与坡度共同影响,降雨强度和坡度越大,产流时间越短,随降雨强度增加坡度对产流时间的影响越加明显。2不同降雨强度作用下,产沙量(4 min产沙量)均随降雨历时的增加呈现先增加后减少的趋势,但峰值不同,降雨强度越大峰值越大。3累计产沙量与累计径流量呈显著的幂函数关系,可用方程y=AxB来表达,相关系数R2均大于0.986,达极显著水平,系数A随降雨强度和坡度的增加而减小,系数B受降雨强度和坡度的影响无明显规律性变化。4不同降雨强度作用下的侵蚀泥沙颗粒级配不同,与原坡面土壤颗粒级配的差异程度表现为1.2 mm/min0.8 mm/min0.5 mm/min,随着降雨强度的减小,侵蚀泥沙中0.01 mm颗粒的相对含量有所增加,0.01 mm颗粒的相对含量减少,并且降雨强度越小,这种变化程度越明显。     

黄土高原幼树对坡面流水力学特性及泥沙颗粒组成的影响

选择黄土高原典型树种侧柏、油松、元宝枫和刺槐的一年生树苗,将其栽植于土槽中生长3 a。采用人工模拟降雨的方法,并与裸地进行对照,研究了森林幼树冠层及根系层对坡面流水力学特性及流失泥沙颗粒组成的影响。研究结果表明:(1)各试验坡面小区径流流量均较大,坡面流的平均水深均<1 mm。裸地坡面坡面流的流态为急流,其它各小区均为缓流。去除植被地上部分和表层易扰动土后,刺槐和元宝枫坡面的坡面流已接近临界流,而且两坡面的减流减沙作用明显变弱,侧柏和油松坡面的坡面流流态仍为缓流,减流减沙作用增强。(2)流失的泥沙中,有林冠覆盖的坡面流失的黏粒(<0.001 mm)所占的比例比裸地坡面的高出1.40%~2.00%,>0.05 mm粒径的泥沙颗粒所占比例比裸地坡面的小1.04%~1.26%。试验结束后,只有裸地坡面有明显的粗化层。(3)去除植被地上部分和表层易扰动土后,坡面流失泥沙颗粒的平均粒径大于有林冠覆盖的坡面,但小于裸地坡面。黏粒的百分含量随试验时间不断波动,说明森林植被的根系增加了林地的抗蚀力。     

不同植被类型对降雨径流和泥沙的影响

植被对控制水土流失、调节气候、减缓径流、削减洪峰有特别重要的作用。本文通过对乔木型、乔灌混交型、灌木型不同植被降水径流及泥沙观测,分析了不同植被类型对降水径流及泥沙的影响,为水土流失治理采用生物措施提供科学依据。     

耕作对侵蚀和泥沙颗粒大小的影响

控制土壤侵蚀的主要因子用USLE公式表达。方程中C因子表示栽培制和耕作措施。这项研究将与C因子值有关系的耕作时间和耕作次数联系起来。使用降雨模拟器,根据所测的径流、土壤流失和土粒大小(分散的和不分散的)估价各项试验结果。然而,因为侵蚀方面知识的进展,这就需要更加深刻了解C因子中每个亚因子的影响。这些亚因子包括耕作、覆盖、冠层和它们的残茬影响。     

降雨作用下坡面红土起动条件研究

揭示降雨作用下坡面红土起动的影响因素,建立降雨作用下坡面红土起动条件,为深入研究云南红土坡面侵蚀提供参考。根据红土特性,结合降雨作用下坡面红土的侵蚀过程和现象,采用模型试验及力学模型相结合的研究方法。结果表明:(1)降雨作用下坡面红土侵蚀主要呈现溅蚀和结皮2种现象。(2)红土黏聚力对坡面红土颗粒起动有阻碍作用,且抗剪强度越大,坡面红土颗粒起动的临界切应力也越大。降雨及孔隙水压力对坡面红土颗粒起动有促进作用,且雨滴密度与雨滴终速越大,降雨的影响也越大;红土颗粒粒径越大、雨滴直径与水深之比越小,降雨的影响也越小。(3)建立了坡面红土颗粒在联结和松散状态下起动的临界切应力计算公式。降雨作用下坡面红土颗粒起动的临界切应力与红土颗粒粒径大小、抗剪强度以及降雨雨滴特性、坡面径流特性密切相关。松散状态的坡面红土颗粒在降雨作用下只需很小的径流切应力即可起动。     

紫色土流失土壤的颗粒特征及影响因素

土壤可蚀性是影响坡面水蚀过程的内在因素,与土壤质地,土壤有机质等理化性质密切相关.本研究利用田间人工模拟降雨观测资料,分析了侵蚀过程中流失土壤颗粒组成的变化.结果表明:(1)在次降雨过程中,流失土壤颗粒组成不断变化.随着降雨的进行,细砂含量逐步增加,而粉粒含量基本不变,黏粒含量逐渐减小;(2)雨强是影响流失土壤颗粒组成的重要因素.随雨强增加,细砂含量呈逐步增大的趋势,而粉粒与黏粒含量均逐步下降;(3)坡度对流失土壤颗粒组成影响比较复杂.随坡度增加,细砂含量先增大后减小,粉粒与黏粒含量先减小后增大;在20°坡度时,细砂含量最大,粉粒与黏粒含量最小.     

降雨对工程弃渣坡面径流泥沙含量变化的影响

对工程弃渣坡面径流泥沙含量进行观测分析结果表明：降雨量与研究点径流泥沙含量之间的相关性较差只有降雨量与原始弃渣坡面径流泥沙含量间呈显著的相关关系,相关系数为0.792.通过T检验,发现降雨量与原始弃渣坡面径流泥沙含量、客土覆盖坡面径流泥沙含量之间均有显著的差异,非标准化回归模型为：Y=10.093＋13.134X1-0.386X2,标准化回归模型为：Y=0.803X1-0.052X2.     

降雨对弃渣坡面径流泥沙质量浓度变化的影响

受降雨类型、坡度、植被等多因素的影响,泥沙质量浓度与降雨量之间的关系特别复杂,没有明显的对应关系。通过对工程弃渣坡面径流泥沙质量浓度进行观测,对观测数据采用SPSS11.5统计分析软件进行分析处理,结果表明:降雨量与研究点径流泥沙质量浓度之间的相关性较差。通过分析,只有降雨量与原始弃渣径流泥沙质量浓度有显著的关系,相关系数为0.792;通过t检验,发现降雨量、原始弃渣径流泥沙质量浓度、客土覆盖径流泥沙质量浓度之间都有显著的差异。通过回归分析,根据非标准化系数B,建立的一个回归模型是:Y=10.093+13.134X1-0.386X2;根据标准化回归系数Beta,建立的一个回归模型是:Y=0.803X1-0.052X2。     

湖南武水流域泥沙颗粒特性及分形规律研究

流域土壤流失的泥沙颗粒及其分布与流域土壤有关,影响流域土地质量和输沙过程。以武水流域天然河道的53次降雨径流输沙过程实测资料为基础,运用R-R(Rosln-Rammler)粒径分布函数法分析了泥沙颗粒级配特性及其分形规律。结果表明,流域多年均悬移质泥沙颗粒组成为粘粒11%、粉粒51%、细砂粒32%和粗砂粒6%,以粉粒和细砂粒为主体,占83%。1981年以后,悬移质泥沙颗粒中粘粒和粉粒含量相对减少,悬移质泥沙颗粒呈变粗的趋势。悬移质泥沙颗粒组成具有分形特征,分形维数D与小于0.005 mm粉粒及粘粒含量呈较显著相关,与中值粒径相关性较差。流域推移质泥沙颗粒中值粒径平均为0.874 mm,推移质泥沙以砂、石砾为主。推移质泥沙颗粒组成具有分形特征,分形维数D与小于0.3 mm细砂及粉粒含量呈显著相关。流域泥沙级配及其变化,有利于分析泥沙来源,采取相应的治理措施,控制泥沙。     

基于诊断函数的薄层流对数律研究

薄层流是一种特殊形态的明渠流,其特点是水深浅薄。为探讨薄层流流速分布是否满足对数律,该研究利用高分辨率粒子图像测速（Particle Image Velocimetry,PIV）技术,分析8组薄层流（水深0.49～1.1 cm,雷诺数835～2 877）及1组深水明渠紊流（对照）床面至水面的流速分布、紊动强度及雷诺应力。并基于诊断函数,研究薄层流流速是否满足对数律、对数区的范围及卡门常数变化规律。结果表明,薄层流的无量纲流速从过渡区开始偏离深水明渠水流中的理论曲线;薄层流的流向紊动强度大于深水明渠紊流,但垂向紊动强度小于深水明渠紊流,随着水深的增加,两者的紊动强度逐渐重合;雷诺应力的特征表明,随着水深的增加,受黏性力影响的范围越来越小。薄层流诊断函数曲线的特征说明薄层流中不存在严格意义的对数区,但当水深极浅时（水深≤0.53 cm）,流速基本满足对数律,且卡门常数在0.2～0.3范围内。当水深和雷诺数增加,薄层流诊断函数曲线出现波动而不再近似水平。为方便实际计算,若允许诊断函数有一定的倾斜,对数区在极大值与极小值之间的范围,薄层流的卡门常数随着雷诺数的增加而增加。此外,薄层流对数区的范围并非稳定,随着雷诺数的增加,对数区影响的范围变大。该研究可为薄层流的理论研究和流速计算提供参考。     

模拟降雨条件下地貌发育与侵蚀产沙的关系

地貌是影响流域侵蚀产沙的关键因素之一,为了进一步研究地貌发育与侵蚀产沙的关系,该文以小流域概化模型为对象,运用模拟降雨试验方法,以高精度摄影测量和GIS技术为手段对流域地貌发育过程及侵蚀产沙强度变化规律进行了研究。结果表明,产沙速率（Gt）、降雨产沙强度（Gp）和平均输沙强度（M）都随着流域地貌发育过程呈现先增大后减小的变化趋势;在流域地貌发育过程中,存在临界地面裂度（32%左右）和临界相对体积（65%左右）,使降雨产沙强度和平均输沙强度的变化趋势由递增变化为递减。这种临界现象对更深入地研究流域地貌发育及其与侵蚀产沙的关系具有重要理论意义,同时说明地面裂度和相对体积可以作为流域发育程度的指标。     

模拟降雨条件下灌草配置对坡面侵蚀泥沙颗粒分布的影响

为探究不同灌草配置方式对侵蚀泥沙颗粒的分布特征的影响,以种植胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）及紫花苜蓿（Medicago sativa L.）的灌草褐土坡面为研究对象,分别进行降雨强度为30、60、90 mm/h的室内模拟降雨试验。设计3种灌草覆盖度（灌草覆盖度比例分别为1：2(Ⅰ)、2∶1(Ⅱ)、1∶1（Ⅲ））及3种灌草空间配置方式（灌木位于坡上（US）、坡中（MS）、坡下（LS））,以裸坡作为对照组,分析降雨条件下灌草不同覆盖度及空间配置交互作用下侵蚀泥沙颗粒分布特征。结果表明：1）粉粒是侵蚀泥沙中的主要颗粒组成,均值为73%。随着降雨强度的增大,侵蚀泥沙逐渐粗化。90 mm/h雨强条件下,不同灌草配置方式下的粉粒含量值中Ⅱ-LS配置最大（84.8%）,Ⅲ-US最小（40.4%）。2）平均重量直径变化范围为0.023～0.078 mm,分形维数变化范围为2.184～2.740。分形维数和富集率大小规律与平均重量直径相反,细颗粒富集率均大于1。平均重量直径和分形维数的大小主要取决于粗颗粒（极细砂、细砂、中砂）的含量。3）灌草覆盖度和空间配置交互作用对泥沙颗粒分选的作用并不显著（P>0.05）。灌木位于坡下且灌木覆盖度50%、草本覆盖度25%时（即Ⅱ-LS）,对坡面径流泥沙起到较好的水土保持效果。该研究可为华北土石褐土区水土保持措施布设提供理论参考与技术依据。     

极端降雨情形下黄土区水土保持治理的减沙效益估算

极端降雨情形下水土流失治理的效益评估对黄河治理具有重要意义,但由于缺乏有效的针对降雨事件尺度的定量评估方法,该问题长期存有争议.2017年陕西榆林"7·26"特大暴雨致灾严重,引发广泛关注.该研究提出了一种适用于事件尺度的减沙效益计算方法,并以岔巴沟流域为研究对象,计算流域水土保持治理在"7·26"暴雨事件中的减沙效益...     

黔西高原坡面次降雨产流产沙特征

利用野外径流小区径流泥沙观测数据与降雨特征资料,定量研究黔西高原地区降雨对坡面产流产沙的影响.结果表明:1)黔西高原地区年均侵蚀性降雨为22次,中、低降雨强度型降雨次数占降雨次数的93.0％;2)坡面产流产沙特征与降雨的年内分布密切相关,5-8月坡面产沙量占总产沙量的99.2％,产流量占总产流量的95.8％;3)坡面产沙量与降雨量存在显著的指数相关关系,其指数方程为M=0.346e0.109P;4)坡面产流产沙与中、高降雨强度型大雨和暴雨密切相关,4次暴雨事件产生的径流量占总径流量的57.3％,产沙量占总产沙量的91.5％.     

土壤结皮对降雨入渗和产流产沙的影响

 依据250场次人工降雨和相应的径流、泥沙资料,采用对比法,分析结皮与无结皮土壤对降雨入渗和产流产沙的影响。结果表明,非结皮土壤的平均入渗率是结皮土壤的1.25倍,平均产沙总量为1.28倍,而结皮土壤的平均产流总量是非结皮土壤的1.15倍。因此,土壤结皮具有减缓降雨入渗、增大地表径流和抑制产沙的作用,且雨强愈小影响作用愈大,雨强愈大,影响作用愈小。     

An evaluation of furrows for managing soil and water loss from a shallow Alfisol under simulated rainfall

Furrows are widely used in rainfed areas of semi-arid India for soil and water conservation. The orientation of furrows, either down or across slope, and their spacing influence the effectiveness of furrows as soil and water conservation measures. We evaluated treatments with furrows aligned down and across 3% sloping land at spacings of 90, 60 and 30 cm under simulated rainfall intensities of 80 and 100 mm/h on a shallow Alfisol. A bare plot without any furrows was considered as a control. A large (24 m × 3 m) rainfall simulator developed at the Central Research Institute for Dryland Agriculture (CRIDA), Hyderabad, was used for this controlled study. Run-off was measured by a calibrated tipping bucket run-off recorder. The effects of the treatments on peak flow rate (L/s), sediment loss with run-off water (kg/ha/mm), peak sediment concentration (g/L), run-off (per cent rainfall) and time to peak (min) were investigated. When compared with the control (no furrows), across slope furrowing with 60- and 30-cm spacing reduced sediment yields by 19.9 and 21.3 kg/ha/mm of run-off, respectively, under a rainfall intensity of 80 mm/h and 24 and 25.3 kg/ha/mm of run-off, respectively, under a rainfall intensity of 100 mm/h. For the control, sediment loss was 50.72 kg/ha/mm run-off and 56.68 kg/ha/mm run-off for rainfall intensities of 80 and 100 mm/h, respectively. Similar trends were recorded from observations of peak flow, time to peak and peak sediment concentration. Run-off hydrographs demonstrated the conservation value of across slope furrowing by delaying run-off initiation, reducing run-off and slowly releasing the run-off after the cessation of rainfall. The results show that furrow orientation has major effects on reducing run-off, whereas furrow spacing has insignificant effects.     

武陵山区女儿寨小流域次降雨径流与产沙特征

 以武陵山区女儿寨小流域为研究区,根据流域2004—2008年77场典型降雨径流观测资料,研究流域次降雨径流与产沙特征。结果表明:77场降雨中,以25.0～49.9 mm和50.0～100.0 mm的降雨为主,占降雨总数的67.53%,降雨强度以10～40 mm/h为主;降雨量与径流深和产沙模数呈现较为显著的线性相关性,降雨量、径流深及降雨侵蚀力对产沙模数均有明显影响,其中以径流深和产沙模数的拟合效果最好,R2达0.684 7;在对降雨、径流、产沙共12个指标进行相关性分析的基础上,对径流深、洪峰流量、产沙模数、降雨侵蚀力4个主要指标进行多元逐步回归拟合,R2均在0.85以上,并通过显著性检验,回归方程拟合效果较好,可用于相关指标的定量计算;流域的产沙量主要取决于几次大的暴雨,汛期的降雨决定流域的产流产沙状况。研究结果可为流域水土流失监测和预报、水土保持措施合理配置等提供相应参考。     

不同碎石含量的土壤降雨入渗和产沙过程初步研究

碎石的存在改变了均质土壤的某些物理特性，降雨入渗和侵蚀产沙过程也因此受到影响，获取相关知识有助于模拟和预测土石混合介质中发生的水土过程。试验在模拟降雨条件下，对4种不同碎石含量(质量含量分别为0%，10%，20%和30%)的土壤入渗和产沙过程进行了室内研究。结果表明，碎石含量为10%时，土壤入渗率最大，当碎石含量超过10%时，入渗率反而降低；4种不同碎石含量的土壤侵蚀产沙高峰期均出现在降雨初期0～20 min，此后土壤侵蚀产沙相对稳定且在不同碎石含量的土壤间差别不大；降雨过程中，10%碎石含量的土壤侵蚀含沙率一直保持稳定较低水平，其他碎石含量的土壤侵蚀含沙率起初很高并在0～10 min内急剧下降，此后与10%碎石含量的土壤侵蚀含沙率接近。     

模拟降雨条件下不同颗粒级配工程弃土的侵蚀实验

以沈阳市天柱山附近的工程弃土为研究对象,利用室内人工模拟降雨方法,对25°坡面上不同土壤颗粒级配的工程弃土在1.0、1.5和2.0 mm/min 3种不同降雨强度作用下产生的径流量和产沙量进行分析研究.结果表明:1)试验所用Ⅰ-Ⅴ组土样随着降雨强度的增加(从1.5增加到2.0 mm/min),累积产沙量分别增加12.55、7.56、12.00、8.81和10.41 g,而在3种降雨强度作用下,3个最大与最小累积产沙量差值分别为6.39、11.64和13.78 g；2)产沙量随细度模数的增大而减少；3)在降雨强度、坡度、降雨历时等因子一定的条件下,土壤颗粒级配对径流量的影响比较小,不同颗粒级配土壤的累积径流量差异不明显.