黄土高原次降雨径流产沙变化及其与雨强和植被盖度变化的相关性

获取12条流域16 a的753次降雨数据,运用雨强、植被盖度、径流系数和产沙系数等指标,分析黄土高原次降雨径流产沙变化及其与雨强和植被盖度变化的相关性。结果显示：① 与1980-1989年相比,2006-2011年黄土高原的降雨-径流和径流-产沙关系发生了明显变化,大部分流域的产流产沙能力有所下降,10个流域中有8个流域的径流系数、产沙系数有所减小,分别减小25.93%~66.1%和59.05%~97.71%;② 分析雨强和植被盖度变化与径流产沙变化的相关性,发现径流产沙变化与植被盖度变化的相关性强于其与雨强变化的相关性,表明植被盖度变化对径流产沙变化的影响更明显;③ 分析不同干湿条件下径流产沙变化对植被盖度变化的敏感性,发现气候越湿润,流域的径流产沙变化对植被盖度变化越敏感,植被改善的减水减沙效果越明显。     

晋西黄土区不同地类降雨-坡面径流关系研究

利用径流小区研究黄土区坡面降雨—径流关系,对探讨该区水土流失规律、构建基于坡面的水文模型具有重要意义。文中利用布设在山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站的径流小区,对不同地类的产流特征进行了观测研究。研究得出:在坡面尺度上不同地类的径流系数、洪峰流量差异显著;各地类对地表径流的拦截率分别为:由山杨、辽东栎等树种组成的次生林96%、刺槐人工林95%、灌木林88%、荒草地61%、油松人工林41%;各地类对洪峰流量的消减率分别为:次生林94%、刺槐林92%、灌木林82%、荒草地66%、油松林49%;在同一地类上径流系数与雨强的关系具有季节变化性;径流系数与雨强呈指数关系;在雨强相同条件下,春秋季节的降雨比夏季更易形成地表径流;洪峰流量与I30或I10的呈指数关系,但I30与洪峰流量的关系优于I10。     

雨强和植被覆盖度对典型坡面产流产沙的影响

应用先进的UGT水蚀测量仪,研究黄土高原祖厉河流域雨强和植被覆盖度对典型坡面产流产沙的影响。结果表明:黄土高原半干旱区间隔为15min的产流量、径流含沙量和产沙量与15min雨强具有相同的增减趋势,呈三次曲线关系y=b0+b1x+b2x2+b3x3。7种雨强条件下,人类扰动撂荒地的产流量、径流含沙量和产沙量均明显大于植被自然恢复的撂荒地,覆盖度20%的撂荒地是覆盖度35%撂荒地的平均径流系数的2.35倍,径流含沙量的4.48倍,产沙量的14.06倍。相对于受到扰动的撂荒地,植被自然恢复的撂荒地水土保持效益显著。     

黄土坡面不同土地利用与覆盖方式的产流产沙效应

研究不同地类坡地产流产沙规律,对定量评价林草措施的水土保持效益具有重要的意义。利用布设在山西省吉县蔡家川流域的10个径流小区资料,分析了不同土地利用/覆盖方式对产流产沙的影响,研究结果表明:草地拦蓄暴雨功能明显小于灌木与乔木林地;农地(坡耕地)是坡面侵蚀的主要土地利用类型,天然灌木林与混交林的防蚀功能明显大于人工纯林;水土保持林地拦蓄径流明显大于经济林。     

晋西黄土区森林植被对流域径流及产沙的影响

本文以晋西黄土区吉县小流域为研究对象,通过利用MATLAB软件的系统聚类分析方法,对蔡家川嵌套流域中主沟道及6个小流域进行流域地形地貌属性相似性分析和分类的基础上,分析研究了在地形地貌特征相似流域类型中不同土地利用及森林覆盖率对流域径流过程的影响。分析结果表明,在流域地形地貌特征相似的条件下,森林植被具有减小流域雨季径流总量、增加流域枯水期径流的作用。通过对红旗林场的小流域对比分析表明,森林植被具有拦沙的作用。     

黄土丘陵沟壑区不同空间尺度地貌单元产流时间尺度特征

以黄土丘陵沟壑区桥沟流域为原型观测流域,利用流域内的水文站网、不同地貌单元大型径流场等观测设施,分析了不同空间尺度地貌单元在年、次降雨时间尺度下的产流特征。结果表明:在年时间尺度上,不同空间尺度地貌单元多年平均径流量表现为:梁峁坡沟谷坡坡沟系统一支沟二支沟全流域,而多年平均径流模数,随着空间尺度的增加,径流模型呈现"增加-峰值-减少"的趋势;在次降雨时间尺度上,当空间尺度由坡面尺度增加到流域尺度时,径流系数急剧减小,坡面尺度的径流系数是流域尺度的3.4倍,但在同一空间尺度范围内,径流系数在不同的地貌单元呈现波动变化。     

祁连山区气候变化与流域径流特征研究

用气候学、水文学及统计学方法,分析了国家级祁连山森林生态站长期定位监测数据,气温、降水对流域径流的影响关系,据此研究了该流域水热条件下流域径流,分析得出试验流域多年平均降水量为354.3mm,年平均气温为1.6℃,年平均出山径流为118.2mm,径流系数为0.33;随着季节温度的升高,径流量呈增加之势,反之亦然;随季节降水量的增加,径流量同时也呈增加的趋势。研究表明了温度、降水与流域出山径流量密切相关,为不同季节气候变化对流域径流的影响提供科学依据。     

黄土坡面薄层流产流过程试验研究

薄层流径流过程是最基本的坡面水文过程,揭示黄土坡面薄层流产流过程机理对于认识坡面产流理论具有重要意义。试验采用人工模拟降雨试验方法,对黄土坡面薄层流产流过程进行研究,取得了如下结果:(1)坡面薄层流径流率随降雨历时的增长呈增加趋势,可用幂函数方程很好地描述,开始产流后的2~10 min内增加很快,以后逐渐趋于平缓、稳定;(2)不同坡度条件下,坡面薄层流径流深均随雨强的增大而呈显著增加,可用线性方程很好地表示;(3)不同雨强条件下,坡面薄层流径流深随坡度的变化趋势相似,皆可用对数线性方程描述;(4)不同雨强条件下,薄层流径流深随坡长增大总体呈增加趋势,可用倒数线性方程描述;(5)雨强、坡度、坡长对坡面薄层流径流深的综合影响可表述为三元线性经验方程,其中雨强的影响最大,坡度和坡长的影响小。     

京津水源区坡耕地土壤侵蚀特征分析

坡耕地是保障粮食安全与经济发展的重要资源.本文利用承德市南山径流场资料对不同坡长下径流深、含沙量及侵蚀量进行对比分析,结果显示:坡长和降雨强度都对土壤侵蚀有影响,随着坡长变化,导致土壤侵蚀量变化的两个主导因素不断变换.雨强小于0.25 mm/min时,坡面土壤侵蚀模数随坡长的增加而增大;雨强大于0.25mm/min时,随坡长的增加先增大后减小,最大侵蚀量总是出现在22 m坡长范围内.径流深均值与侵蚀量增量随坡长变化趋势一致,含沙量均值变化与雨强关系密切.所以治理京津水源区坡耕地水土流失,应在22 m坡长以内采取等高植物篱等措施,既可降低工程投入,又减少坡面土壤流失,提高土地生产力.     

人类活动对泾河流域径流时空变化的影响

以泾河流域内14个水文站和189个雨量站的水文序列数据(1966-2005)为基础,分析了泾河流域径流的时空变化特征,并评估了人类活动对径流的影响.结果表明:径流呈明显的减少趋势,尤其是2000年后减少趋势极为显著;各子流域间径流变化存在明显的空间差异,以干流杨家坪以上及雨落坪、杨家坪至张家山区间各子流域的径流系列减少...     

黄土高原沟壑区小流域水土流失治理对径流的效应

本文用小流域平行对比观测法,分析了黄土高原沟壑区典型小流域水土保持对流域地表径流量及暴雨产流过程的影响,表明：（１）在黄土高原沟壑区,水土流失综合治理减少小流域产洪次数,降低了流域地表径流模数和径流系数,尤其以少雨年最显著;（２）使小流域地表径流模数的年际变率增大;（３）在洪水产理措施区土壤水分含量降低,根据生物气候、土壤及区域拦蓄水量特征,推测黄土高原沟壑区,以造林为主的水土保持措施拦蓄径流的作用难以使地表径流转化为地下径流或增加地下水。     

水土保持对小流域地表径流时间特征变化的影响

本文用小流域平行对比观测法 ,分析了水土保持对小流域地表径流时间变化的影响 ,结果表明 :水土保持能减少年径流量 ,减少洪水次数 ,降低地表径流模数 ,增加流域蓄水量40 %～ 60 %。治理小流域能有效拦蓄汛期降水 ,增加非汛期常水流量 2 0 %以上 ;在拦蓄暴雨径流中能发挥较大的作用 ,蓄暴效益平均可达 60 %～ 70 %。     

Fate and transport of glyphosate and aminomethylphosphonic acid in surface waters of agricultural basins

BACKGROUND: Glyphosate [N-(phosphonomethyl)glycine] is a herbicide used widely throughout the world in the production of many crops and is heavily used on soybeans, corn and cotton. Glyphosate is used in almost all agricultural areas of the United States, and the agricultural use of glyphosate has increased from less than 10 000 Mg in 1992 to more than 80 000 Mg in 2007. The greatest intensity of glyphosate use is in the midwestern United States, where applications are predominantly to genetically modified corn and soybeans. In spite of the increase in usage across the United States, the characterization of the transport of glyphosate and its degradate aminomethylphosphonic acid (AMPA) on a watershed scale is lacking. RESULTS: Glyphosate and AMPA were frequently detected in the surface waters of four agricultural basins. The frequency and magnitude of detections varied across basins, and the load, as a percentage of use, ranged from 0.009 to 0.86% and could be related to three general characteristics: source strength, rainfall runoff and flow route. CONCLUSIONS: Glyphosate use in a watershed results in some occurrence in surface water; however, the watersheds most at risk for the offsite transport of glyphosate are those with high application rates, rainfall that results in overland runoff and a flow route that does not include transport through the soil. Copyright © 2011 Society of Chemical Industry     

黄土区小流域水沙对降雨及土地利用变化响应研究

降雨和土地利用/覆被变化是流域径流、泥沙的两个主要影响因子。本研究采用SWAT模型,用固定其中一个影响因子而改变另一个影响因子的方法,对研究区降雨变化与土地利用/覆被变化对径流泥沙影响进行估算,目的在于从年月不同时间尺度上确定黄土高原小流域水沙对降雨和土地利用变化的响应状况。结果表明,在年尺度上降雨变化对径流影响的贡献率为84.20%,土地利用变化对径流影响的贡献率为28.63%;在月尺度上,降雨对径流贡献率也大于土地利用对径流的贡献率,尤其在雨季降雨对径流的影响程度和土地利用对径流影响程度的比值最大可以达到4.5。因此,不论在年尺度还是月尺度上,降雨对径流的贡献率都远远大于土地利用对径流的贡献率。此外,研究结果也表明流域年降水量和流域森林植被盖度均与流域径流模数或输沙模数呈指数关系。     

不同降雨历时梯田和坡耕地的土壤水分入渗特征

以黄土高原丘陵沟壑第三副区庄浪县为例,研究不同降雨历时条件下坡耕地和水平梯田土壤(黄绵土)水分入渗变化特征,应用Hydrus-1D模型对不同降雨条件下的土壤水分入渗进行定量模拟研究。结果表明:(1)与实测数据相比,Hydrus-1D模型模拟降雨后土壤水分的运移较合理。(2)地表层(0~40 cm)土壤含水量变异系数(CV)呈中等变异,即5 d的时间内梯田和坡耕地地表层的土壤含水量变化大,随着土层深度的增加变异系数减小,呈弱变异性。(3)在1.45 mm/min降雨强度下,在23 min时拔节期的小麦坡耕地产生径流,水平梯田在整个过程中没有产生径流。(4)降雨历时为10 min时,在土层深度为0~15 cm,梯田土壤含水量比坡耕地多0.13%~1.65%,在土层深度为30~200 cm,梯田和坡地都没有下渗。降雨历时为20min、30min时,在土层深度为0~20 cm,梯田的土壤含水量比坡耕地的分别多0.05%~2.22%、0.01%~2%。     

降雨强度对农业耕作措施水土保持作用的影响

利用人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度下,不同农业耕作措施坡地水土流失特征。试验设计的坡地坡度分别为5°和15°,降雨强度分别为60、90、120 mm·h^-1;耕作措施分别为等高耕作、人工掏挖和人工锄耕,以相同坡度的平整坡地作为对照。结果表明：（1）随着降雨强度的增大,各耕作措施坡地产流量显著增大1.51倍以上,最大增加幅度为等高耕作坡地的2.28倍。而坡地产沙量在降雨强度较小时增加不显著,当降雨强度增大到120 mm·h^-1时,坡地产沙量显著增大;（2）与平整坡地相比,等高耕作在3个降雨强度下都具有明显的减流效益,减流量均大于15%,而人工锄耕和人工掏挖却不明显;（3）在5°坡地上,等高耕作和人工掏挖在3个降雨强度的减沙效益均大于25%,而人工锄耕减沙效益不明显;在坡度为15°、降雨强度为60 mm·h^-1和90 mm·h^-1时,人工锄耕和人工掏挖减沙效益与降雨强度关系无明显规律,在降雨强度为120 mm·h^-1时,3个耕作措施都不能有效降低坡地产沙量。可见,水土保持农业耕作措施具有降低坡地产流量的作用,而对于坡地产沙的作用存在明显差异,在大坡度和大降雨强度下,不仅不能降低坡地产沙,反而加剧坡地土壤流失。     

薄土坡耕地石坎反坡水平阶水沙调控效果

为研究石坎反坡水平阶对于薄土坡耕地的水沙调控效果,设置了两个标准天然降雨径流小区（措施小区和对照小区）分别对次降雨径流和泥沙进行了观测,结果表明：石坎反坡水平阶措施能够有效地调控坡耕地地表径流,年均径流削减率为22.5%,且在短历时、大雨强降雨条件下的调控效果好于长历时、小雨强降雨;该措施对于坡耕地泥沙调控效果显著且稳定,年均泥沙削减率95.5%,措施小区的坡面产沙量随降雨特征值变化的波动幅度远远小于对照小区;石坎反坡水平阶措施通过减少坡面侵蚀,间接提高了坡耕地作物产量,春玉米年均增产6.2%。     

Soil surface roughness change and its effect on runoff and erosion on the Loess Plateau of China

As an important parameter in the soil erosion model, soil surface roughness（SSR） is used to quantitatively describe the micro-relief on agricultural land. SSR has been extensively studied both experimentally and theoretically; however, no studies have focused on understanding SSR on the Loess Plateau of China. This study investigated changes in SSR for three different tillage practices on the Loess Plateau of China and the effects of SSR on runoff and erosion yield during simulated rainfall. The tillage practices used were zero tillage（ZT）, shallow hoeing（SH） and contour ploughing（CP）. Two rainfall intensities were applied, and three stages of water erosion processes（splash erosion（I）, sheet erosion（II） and rill erosion（III）） were analyzed for each rainfall intensity. The chain method was used to measure changes in SSR both initially and after each stage of rainfall. A splash board was used to measure the splash erosion at stage I. Runoff and sediment data were collected continuously at 2-min intervals during rainfall erosion stages II and III. We found that SSR of the tilled surfaces ranged from 1.0% to 21.9% under the three tillage practices, and the order of the initial SSR for the three treatments was ZT〈SH〈CP. For the ZT treatment, SSR increased slightly from stage I to III, whereas for the SH and CP treatments, SSR decreased by 44.5% and 61.5% after the three water erosion stages, respectively, and the greatest reduction in SSR occurred in stage I. Regression analysis showed that the changes in SSR with increasing cumulative rainfall could be described by a power function（R2〉0.49） for the ZT, SH and CP treatments. The runoff initiation time was longer in the SH and CP treatments than in the ZT treatment. There were no significant differences in the total runoff yields among the ZT, SH and CP treatments. Sediment loss was significantly smaller（P〈0.05） in the SH and CP treatments than in the ZT treatment.     

典型草原禁牧条件下土壤水分对降雨模式的响应

通过在锡林郭勒草原设置禁牧和放牧试验点,对气象、植被、土壤要素和5 cm、10 cm、15 cm、30 cm层土壤水分进行监测分析,揭示典型草原禁牧条件下降雨和土壤水分的变化及转化规律,结果表明:禁牧3 a后土壤垂向异质性增强,降雨过程中各土层土壤含水量差异显著,放牧区则相反;土壤水分对降雨响应的滞后时间随土层深度增加而增加,相对于禁牧区,放牧区浅层土壤(5 cm、10 cm)持水性能较弱,入渗完成用时较短;5 mm以下的降雨对禁牧和放牧区土壤水分均无明显补给作用,当降雨连续均匀且强度不超过5 mm·h~(-1)时最有利于入渗,放牧区入渗深度达到15 cm和30 cm层分别需要7.9 mm和大于25 mm的降雨,而禁牧区大于5 mm的降雨就可以入渗到30cm土层;强度5～6 mm·h~(-1)的独立降雨只能入渗到表层土壤中(5 cm),强度大于15 mm·h~(-1)的降雨在禁牧区能通过大孔隙快速入渗到30 cm及更深层土壤,放牧区则表层入渗较快(0～5 cm),深层入渗较慢,会形成地表径流甚至洪水灾害。该研究的结果可以为草地生态水文过程研究和制定合理的放牧政策提供参考。     

Effects of vegetation near-soil-surface factors on runoff and sediment reduction in typical grasslands on the Loess Plateau,China

Vegetation near-soil-surface factors can protect topsoil from erosion, however, their contributions to the reduction of soil erosion, especially under natural rainfall events, have not been systematically recognized. This study was performed to quantify the effects of near-soil-surface factors on runoff and sediment under natural rainfall events on grasslands dominated by Bothriochloa ischaemum(Linn.)Keng(BI grassland) and Artemisia gmelinii Thunb.(AG grassland) in two typical watersheds on the ...