不同水土保持临时措施下工程堆积体坡面减流减沙效应

为量化城市生产建设项目水土保持相关规范中对于水土保持临时措施的布设要求,并为水土保持监管提供科学依据,该研究以深圳市生产建设项目工程堆积体为例,基于工程堆积体特征及其水土保持临时措施实施情况现场调查结果,结合深圳市多年自然降雨强度,概化设计室内人工模拟降雨试验,研究临时苫盖和拦挡措施在不同降雨强度及坡度下对工程堆积体坡...     

降雨历时动态变化对临时苫盖措施坡面减流减沙效益的影响

工程堆积体具有独特的物质组成,其土壤抗侵蚀能力差,受暴雨冲刷极易导致水土流失,密目网苫盖作为一种重要的临时措施,定量揭示密目网苫盖的蓄水保土机理具有重要意义。为分析降雨历时动态变化对工程堆积体密目网苫盖减流减沙效益的影响,试验设计60,90,120 mm/h 3个降雨强度,对5°,15°,25°,35°共4个坡度的堆积体坡面在裸地和密目网苫盖处理下进行人工模拟降雨试验。结果表明：60 mm/h降雨强度时,密目网苫盖处理在15°～35°对坡面产流历时抑制作用显著(p<0.05),当大于60 mm/h时,在15°～25°可显著延长坡面产流历时(p<0.05);不同坡度下60 mm/h与90,120 mm/h降雨强度减沙效益差异显著(p<0.05),密目网苫盖处理减流减沙效益随降雨历时延长而减小,均在90 mm/h降雨强度达阈值;幂函数可很好地描述减流减沙效益随降雨历时的变化关系,效益衰减系数(b)随降雨强度增大陡增;密目网苫盖处理减流减沙效益随降雨历时变化可分为高效阶段、递减阶段和稳定阶段,最佳减流效益历时总体小于30 min,最佳减沙效益历时在20 min附近。综上所述...     

紫色土区不同芒萁盖度下的减流减沙效应

本研究以人工降雨为条件,设置径流小区,布设不同的芒萁盖度,揭示紫色土区不同芒萁盖度下的产流产沙规律,探究地表水的入渗强度,揭示芒萁在水土保持方面的效益。结果表明,不同芒萁盖度下的产流时间随着芒萁盖度的升高而延长,当芒萁盖度大于60%时,初始产流时间曲线斜率变缓,芒萁盖度在10%~50%时,初始产流时间变化幅度较小。紫色土坡面产流量随着芒萁盖度的增大而减小,二者之间存在显著的负相关。但芒萁盖度在50%以下时,对径流量减少没有显著的影响,当芒萁盖度>50%时,产流量减小显著且处于稳定状态。当芒萁盖度>50%时,坡面产沙量会达到稳定值,且变化幅度较小,说明在紫色土坡面芒萁覆盖度达到50%就能有很好的水土保持作用。而关于坡面入渗率方面,芒萁盖度在50%~60%间坡面入渗强度曲线较为接近,可能由于在50%~60%间存在盖度的临界值。     

弃土坡面不同建植恢复方式的减流减沙效应

[目的] 生产建设项目弃土场进行植被恢复后能够有效防治水土流失。探讨弃土场不同植被恢复方式的减流减沙效果,可以为弃土场后续治理与监管提供理论依据。[方法] 选取皖西大别山区生产建设项目弃土,通过人工模拟降雨试验获得不同建植方式(撒播、条播、穴播)和植被恢复阶段(生长期、成熟期、枯萎期)的弃土坡面产流产沙特征,并利用累积距平等方法分析其规律和差异。[结果] 相对裸坡,植被恢复可有效延缓初始产流时间,撒播种植的效果最为明显。不同建植方式均起到一定的减流减沙效应,坡面累积产流产沙量呈现出:撒播<条播<穴播<裸坡以及生长期<成熟期<枯萎期的规律;坡面产沙与产流过程存在差异性,减流效应弱于减沙效应。[结论] 建植方式减流减沙效益表现为撒播优于条播,穴播最差。生长期减流减沙效益优于成熟期,枯萎期最差。撒播方式在生长期内呈现出最佳的减流减沙效益,减流率和减沙率分别达到49.6 %,95.5 %。     

福建省长汀县不同水保措施的减流减沙效应

[目的]揭示福建省长汀县不同水保措施的减流减沙效应,为南方红壤侵蚀区治理水土流失提供科学的依据。[方法]以福建省长汀县水土保持科教园7种水保措施为研究对象,利用K均值聚类的方法将降雨特征划分为4类雨强和雨型定量研究径流泥沙,分析不同水保措施及雨型下的减流减沙效益。[结果](1)小区ZG(小平台+种果)与MWS(马尾松纯林)减流率最为显著;小区BC(全坡面种植+播草)和ZG减沙效果最为显著。(2)径流量与降雨量呈显著正相关,径流泥沙量在不同雨型下差异不显著,径流量与植被盖度显著相关;(3)同一雨型下,不同水保措施处理的减流减沙效果均显著。[结论]水保措施与对照小区的年径流量差异极其显著,减流减沙率受雨型影响较小,径流泥沙量与植被盖度、土壤有机质存在显著相关。     

河岸边坡草被减流减沙效应及其坡面流水动力学特征

为研究草本植被覆盖对河岸边坡坡面流水动力学特征及产流产沙规律的影响,阐明坡面生物措施的减流减沙效益,在放水流量为5ml/s、坡度约为15°的条件下对不同草本植被覆盖类型的河岸自然边坡进行野外放水冲刷试验。结果表明:(1)植被覆盖坡面的初始产沙量均大于裸地,黄花蒿的产沙量最大(1.92g),其次是野豌豆(1.73g)、狼尾草(1.24g),裸地(0.96g)最小;从产沙趋势上看,裸地坡面的产沙过程呈先升高后下降的趋势,而狼尾草、野豌豆、黄花蒿则呈整体递减趋势;(2)4种不同下垫面边坡土壤稳定入渗率介于2.10~4.30之间,狼尾草(4.30mm/min)最大,野豌豆(3.91mm/min)、黄花蒿(3.10mm/min)次之,裸地(2.10mm/min)最小,且入渗过程均符合Horton入渗公式:i=i_c+(i_0+i_c)e~(-kt);(3)各草本植被覆盖坡面的减流效益按大小排序为狼尾草(57.41%)野豌豆(40.74%)黄花蒿(37.03%);减沙效益大小排序为狼尾草(55.73%)野豌豆(45.71%)黄花蒿(26.89%);(4)3种草本植被坡面的径流流速及费汝德数均小于裸地,而雷诺数与裸地相比差异不大,均分布在32.46~33.90之间;各植被坡面的Darcy—Weisbach阻力系数及糙率系数分别是裸地的3.96~12.85倍和1.96~2.52倍。研究结果可为进一步揭示草被的减流减沙作用及土壤侵蚀动力过程提供理论依据。     

栓皮栎林下枯落物减流减沙效应研究

采用室内人工模拟降雨的方法,对有枯落物覆盖的栓皮栎林与无枯落物覆盖的栓皮栎林在不同的雨强、坡度条件下的减流减沙效应进行比较分析,研究结果表明:(1)相对于只栽植栓皮栎的坡面,林下枯落物的存在能有效地减弱坡面径流,且在坡度为10°、雨强为60mm/h时减流效果最优,达到25%;(2)枯落物的存在显著提高了栓皮栎林的减沙效益,其中在坡度10°、雨强为90mm/h条件下减沙效果最优,达到125%;(3)枯落物层的存在还能延长坡面径流产生的时间,降低坡面流流速,同时还能有效地减少坡面的总产流量(6.60%~28.17%)和总产沙量(11.08%~65.08%);(4)对比枯落物层对总产流量和总产沙量的减少率可以发现,枯落物层在不同条件下对总产沙量的减少率普遍大于相同条件下其对总产流量的减少率。     

干旱矿区排土场不同边坡生态修复模式下减流减沙效益

为探究不同生态修复模式对露天矿区排土场边坡产流产沙规律的影响,采用野外径流小区试验方法,对矿区排土场边坡不同生态修复模式的产流产沙进行了1个雨季的连续观测。结果表明：（1）研究区降雨年内分配不均,主要集中在汛期7—9月,该时期降雨量占到年均降雨量的77.03%,是年内径流泥沙损失最多的时期。（2）不同生态修复模式与对照（只撒播灌草种子）相比均具有减流减沙效果,但是不同生态修复模式的减流减沙效益有显著差异,减流效果从大到小依次为沙柳网格模式（64.35%）>生态棒模式（56.56%）>生态袋模式（52.74%）>铁丝石笼模式（48.70%）>植物篱模式（45.51%）>土壤改良模式（35.89%）>无纺布覆盖模式（33.97%）>砾石压盖模式（8.19%）;减沙效果依次为沙柳网格模式（69.41%）>生态棒模式（61.28%）>生态袋模式（55.09%）>铁丝石笼模式（52.43%）>植物篱模式（48.72%）>土壤改良模式（42.09%）>无纺布覆盖模式（38.31%）>砾石压盖模式（19.34%）。（3）不同生态修复模式产沙量对产流量响应特征均呈极显著正相关（P<0.05,r>0）,沙柳网格模式产沙量对产流量响应程度较小,生态棒模式次之,对照产沙量对产流量响应程度最大。     

天然降雨条件下裸露砒砂岩区人工植被的减流减沙效应

裸露砒砂岩区是黄土高原上侵蚀最为剧烈的地区之一,研究裸露砒砂岩区天然降雨下人工植被的减流减沙效应,对于提升砒砂岩区水土流失治理成效与质量有重要意义。以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域的典型人工植被为研究对象,运用系统聚类和线性回归相结合的方法,划分裸露砒砂岩区降雨类型,研究不同降雨类型下坡面产流产沙的特征,分析不同人工植被的减流减沙效应。结果表明:(1)裸露砒砂岩的自然降雨可以分为长历时暴雨、长历时的中到大雨、短历时暴雨以及短历时的小到中雨4种类型。(2)天然降雨的降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和最大10 min雨强(I₁₀)与各植被类型坡面的产流量、产沙量间呈y=ax₁+bx₂+cx₃+d的多元线性关系。(3)各植被类型的减流能力依次为沙棘林>油松林>山杏林>柠条林>草地;减沙能力依次为沙棘林>山杏林>油松林>柠条林>草地。营造人工植被可以有效防治裸露砒砂岩区坡面的水土流失问题,现有的人工植被类型中以沙棘林的抗蚀能力最强。     

间歇降雨对铁尾砂重构坡面侵蚀水动力学特性的影响

黄土高原夏季降雨集中且多暴雨,铁尾矿砂自身结构松散,堆存坡度大,雨季通常遭受多次暴雨侵蚀,严重限制植被恢复。为有效减少铁尾矿的水土流失,促进生态恢复,在干排铁尾矿砂中添加不同比例土壤和菌糠,形成6种重构坡面：松散铁尾矿砂（LT）,结壳铁尾矿砂（CT）,铁尾矿砂与菌糠混合物（TM）,铁尾矿砂、菌糠和土壤混合物（TSM）,铁尾矿砂和土壤混合物（TS）,纯土（S）。采用室内人工模拟降雨技术,研究重构坡面在间歇性降雨下的侵蚀特征和水动力因素。结果表明：1）随降雨场次增加,6种坡面的产流率均持续增大,而产沙率表现出明显的分异：LT、CT和TS产沙率持续增大,表现为高产沙型,TS、TSM和S产沙率整体上是先增加后减少,表现为低产沙型;2）随降雨场次增加,6种坡面侵蚀形态也出现分异,可分为2类：LT和CT和TS坡面侵蚀形态严重,细沟发展快,演化为宽深比较小的细沟;TM和TSM和S坡面侵蚀形态轻微,细沟发展缓慢,S坡面演化为宽深比较大的细沟,TM和TSM坡面细沟很少,多为均匀分布的菌糠小坑穴。据此表征坡面侵蚀微地形变化的沟壑面积和地形起伏度,随降雨场次增加持续增大;沟壑密度则随降雨场次先急剧增加,随后由于沟壑形态差异,部分坡面减少;3）6种坡面的坡面流流型均为层流,流态大多为急流;随降雨场次增加,流速、水流功率整体表现为增大的趋势,径流剪切力无明显趋势,阻力系数、曼宁粗糙系数表现出减小的趋势;除径流剪切力,不同降雨场次间水动力学特征差异显著（P<0.05）。6种坡面侵蚀产流产沙可用对数、线性或幂函数较好地模拟。纯尾矿砂坡面侵蚀最为严重,坡面覆土具有明显的减流效果,但添加菌糠的减沙效果最好,因此对于土源缺乏的铁尾矿砂复垦区,同时添加菌糠和土壤可以有效减少侵蚀,易于植被修复。     

不同复垦模式下铁尾矿坡面产流产沙与水力特性

为了揭示降雨条件下铁尾矿复垦坡面的产流产沙特征与水力特性,该文采用室内人工模拟降雨方法研究了不同降雨强度（60、90、120 mm/h）和不同复垦模式（T,铁尾矿;TSH,铁尾矿与高比例生土;TM,铁尾矿与菌糠;TSM,铁尾矿、菌糠与生土;TSL,铁尾矿与低比例生土;植被类型均为胡枝子）25°坡度条件下的侵蚀过程。结果表明：1）产流速率在降雨初期迅速增长,中后期趋于稳定。添加菌糠的复垦模式产流速率高于未添加菌糠的复垦模式;2）产沙速率随降雨历时变化呈现两种模式,添加菌糠的复垦模式为减少型,未添加菌糠的复垦模式为增加型,TSL的减沙效果最为显著,T对降雨强度的响应最为敏感且高雨强下产沙量最大;3）所有复垦坡面平均径流深度范围在0.23～0.93 mm,水流流态均为层流,大部分情况下水流流型为缓流,但TSH在中高雨强下以及T在高雨强下为急流。添加菌糠模式的曼宁糙率系数和水流阻力系数高于未添加菌糠的复垦模式,流速低于未添加菌糠的复垦模式,添加菌糠的基质表面粗糙度较大;4）各复垦坡面的侵蚀形式以溅蚀和片蚀为主,高雨强下T出现细沟侵蚀,其余复垦模式未观察到明显细沟侵蚀;5）产流速率与水流功率、雷诺数（R2＞0.998）呈极显著的线性关系,产沙速率与水流功率（R2 ＞0.733）、雷诺数（R2＞0.744）呈极显著的幂函数、指数函数关系。该研究可为铁尾矿坡面的复垦模式选择提供理论依据。     

雨强和坡度对铁尾矿砂坡面复垦前后产流产沙的影响

运用人工模拟降雨技术,研究铁尾矿砂裸坡及复垦坡面在雨强和坡度共同作用下的产流产沙特征。结果表明:(1)坡面产流及产沙受各因子影响程度均为:雨强>坡度>基质类型。(2)就铁尾矿砂裸坡而言,雨强对坡面产流影响显著,坡面产流随着雨强和坡度的增大均呈现递增趋势,随着雨强的增大,其作为坡面产流主导因素的作用突显,会出现掩盖坡度对坡面产流影响的现象;坡面产沙随着雨强的增大基本呈现递增趋势,且坡度越大产沙的增幅越大,雨强和坡度对坡面产沙影响均显著。(3)在复垦设计坡度25°条件下,就减流效果而言,不同基质类型复垦坡面间减流规律相似、效果差别甚微,随着雨强的增大减流效果逐渐消失;单纯考虑减沙效果,不同复垦坡面的减沙效果因基质的不同存在一定的差异,综合考虑不同雨强下的减沙效果,铁尾矿砂与菌糠混合物是复垦坡面基质的最优选择。研究结果可为铁尾矿砂裸坡土壤侵蚀的防治和铁尾矿库复垦提供经验参考和合理建议。     

伊犁河谷5种土壤管理措施减流减沙效果分析

伊犁河谷区域水力侵蚀等级中等偏强,分析土壤管理措施的减流减沙效果为土地资源的可持续利用和防治水土流失提供参考.本文采用野外人工模拟降雨试验,研究在10、20和36 mm/h 3种降雨强度条件下裸地、角果藜覆盖、木地肤覆盖、鱼鳞坑、水平沟等5种典型土壤管理措施的产流产沙过程,并分析比较不同土壤管理措施的减流减沙效果.结果表明:不同降雨强度下,裸地初始产流时间最短,水平沟未产流;降雨强度是影响产流产沙的关键因素之一,径流速率和含沙量随降雨强度的增大而增大;减流减沙效果由高到低的顺序为:水平沟＞木地肤覆盖＞鱼鳞坑＞角果藜覆盖＞裸地,木地肤覆盖、鱼鳞坑措施减沙效果明显.水平沟、木地肤覆盖措施减流减沙效果较好,可以在该区域防治水土流失中推广应用.     

不同植物配置模式对人工边坡减流减沙效益的影响

[目的] 探讨不同植物模式（混草、花草、灌草、乔草）及配置比例对生产建设项目人工边坡水土流失的影响,为人工边坡植被恢复提供参考。[方法] 采用径流小区定位观测法,记录2019年1—12月自然降雨,研究4种植物模式的产流产沙特点,揭示4种植物模式的减流减沙效益。[结果] ①观测期内总降雨量为1 052.73 mm,总降雨历时为845.1 h,7月降雨量最大,2月降雨历时最长,降雨集中在1—7月,以中雨、大雨、暴雨为主。②每场降雨产流差异大,产流月季差异大,集中在2—4月及7月,多发生在中雨、大雨和暴雨情况。③每场降雨及月、季降雨之间产沙差异大,3月产沙最大,产沙集中在2—4月及7月,多发生中雨、大雨和暴雨。④以花草模式为对照,每场降雨条件下灌草模式的减流率最大,乔草模式的减沙率最大,月降雨累计条件下,混草模式减流率最大,乔草模式减沙率最大,不同降雨等级累积和全年累积条件下,乔草模式的减流减沙率最大。[结论] 植被恢复初期,受植被覆盖度差异影响,乔草模式、混草模式的减流减沙率较大,具有较好的固土保持效益。     

降雨强度和坡度对裸露铁尾矿砂坡面产流产沙的影响

采用室内人工模拟降雨技术,研究短历时暴雨和坡度对裸露铁尾矿砂坡面产流产沙的影响。结果表明:(1)不同降雨强度条件下,不同坡度间的坡面径流量、产沙量及径流泥沙含量均呈现随着降雨历时的增加而增加的动态变化趋势,不同的是径流量在15～24 min后逐渐趋于稳定。(2)不同降雨强度条件下,裸露铁尾矿砂坡面径流量及产沙量与坡度相关关系均存在临界降雨强度,该临界降雨强度约为90 mm/h。(3)不同降雨强度条件下,不同坡度间的产沙量及径流泥沙含量随着降雨强度的增加,二者与坡度的关系均由负相关逐渐转变为正相关。(4)当降雨强度从60 mm/h增加到120 mm/h的过程中,不同坡度条件下的径流量及产沙量与降雨强度总体上呈逐渐上升的趋势,局部存在特殊情况。当坡度从25°增加到35°的过程中,不同降雨强度条件下的径流量及产沙量与坡度的关系均不明显;但同一坡度条件下,随着降雨强度的增加,径流量和产沙量均逐渐增加。研究成果为揭示降雨强度和坡度对裸露铁尾矿砂产流产沙机理提供参考。     

模拟降雨下不同坡度土壤坡面产流产沙特征及磷和钾素流失研究

采用室内模拟降雨研究了不同坡度对土壤坡面产流产沙特征及其养分流失的影响。结果表明:在降雨条件下,初始产流时间随坡度的增加而趋于提前,初始产流时间变化范围为0.63~1.62 min,说明坡面产流时间因坡面坡度的增加而缩短。不同坡度条件下径流强度随降雨历时的增加而增加,在降雨历时前20 min,径流强度急剧增加,降雨历时20 min以后,径流强度增加趋势趋于平稳,径流强度遵循幂函数变化规律;不同坡度条件下入渗强度随降雨历时的增加而降低,在降雨历时前20 min,入渗强度急剧降低,降雨历时20 min以后,入渗强度降低趋势趋于平稳,坡面入渗强度随时间则呈对数函数变化。不同坡度下径流量均随降雨历时呈“增加—稳定”趋势（单峰曲线,抛物线规律）,在整个降雨过程中,径流量随坡度的增加而增加,在0~20 min内,径流量随降雨历时的增加陡然上升趋势,20~40 min,不同坡度条件下土壤泥沙侵蚀量均达到最大值,40 min以后泥沙侵蚀量随降雨历时的增加呈现基本平稳趋势,泥沙侵蚀量中DP,K⁺,SEP和SEK均随着坡度的增加而增加。不同坡度条件下,泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量均存在不同程度的正相关关系,其中坡面坡度为20°,25°和30°时,侵蚀泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于其他坡度,说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中各种类养分含量的增加效应,而随着坡度的增加,侵蚀泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量并非均显示出更进一步的相关性。     

坡地产流产沙规律数值模拟研究

联立并求解降雨入渗模型、坡面产流模型及泥沙输运模型,并利用matlab编写模型计算程序,模拟计算了坡地的产流产沙过程。通过野外模拟降雨试验数据与模型计算值之间的对比验证了模型的可靠性,最后利用模型模拟了在不同雨强、坡度、坡长及土壤前期含水率条件下的坡面出口处的单宽流量、含沙率、总产沙量及坡面平均流速、平均水深的变化规律。结果表明:雨强及坡长的增大均会导致产流量及产沙量的显著增大;坡度的增大会导致产流量减小,而产沙量则出现先增大再减小的规律;土壤前期含水率的增大会导致产流量及产沙量有一定程度增大,但影响并不显著。