地表糙度测定方法研究

地表微地形测量是地表粗糙度定量化的基础,对地表形态动态监测和土壤侵蚀过程相关研究具有重要意义。采用链条法、照相机法和无人机法,选取常规人工降雨土槽和野外径流小区,设置裸地和植物根系2个处理,分别测定其地表糙度。结果表明:(1)链条法、照相机法和无人机法测定的平均弯曲性指数分别为0.257,0.219,0.248,与标件实际平均弯曲性指数0.242偏差小于<10%;其中链条法测定的弯曲性指数整体偏大(6.2%),照相机法测定的弯曲性指数整体偏小(-9.5%),无人机法测定的弯曲性指数略有偏大,但误差仅为2.5%。(2)裸地土槽细沟较深,链条法和照相机法测定结果与实际不符,无人机法测定结果与实际较为一致,链条法和照相机法相对无人机法均偏小了50.0%和40.3%;有根系土槽链条法测定结果与实际不符,照相机法和无人机法测定结果与实际较为一致,链条法相对于照相机法和无人机法均偏小了48.2%和57.8%。(3)受地形因素限制,照相机法无法测定径流小区地表糙度;对于裸地和有根系小区,无人机法测定结果与实际较为相符,而链条法测定结果与地表起伏不一致,链条法相对于无人机法测定的地表弯曲性指数分别偏大了28.6%和24.8%。总体而言,立体摄影测量能有效地反映地表糙度,但受拍摄高度和地形因素的限制,照相机法测定结果会存在低估或使用受限,无人机法测定结果相对稳定;受人为操作和本身测定过程误差的影响,链条法测定结果偏差相对较大,但对于立体摄影测量无法测定的立地环境,链条法仍可作为地表糙度测量的有效方法。     

降雨对地表糙度影响的研究

通过野外模拟降雨实验,研究了降雨对地表糙度的影响规律,经过降雨作用后,随机糙度的地表,变化呈增加趋势,而有向糙度的地表,则呈减小趋势;随着降雨组合因子增加,随机糙度的变化量呈增加的趋势,而有向糙度则呈幂函数递减。     

侵蚀过程中地表糙度变化特征的研究

在地表侵蚀过程特征的基础上,通过室内人工模拟降雨试验,运用三段降雨法,研究了这一 过程中地表糙度的变化,得出:降雨过程中,随机糙度的地表与有向糙度的地表变化不同, 前者呈增加趋势;而后者呈递成趋势,且随着雨强的增加,变化幅度增大.     

玉米季坡耕地地表糙度的变化特征及其对土壤侵蚀的影响

通过野外模拟降雨试验,研究玉米种植下紫色土坡耕地地表糙度的变化特征,并分析地表糙度对产流产沙的影响.结果表明:随生育时期的推进,地表糙度逐渐衰退,在抽雄期时达到最小,地表糙度平均变幅大小为横坡垄作＞顺坡垄作＞平作,苗期时变化幅度最小,拔节期或抽雄期时最大;玉米长势越好地表产流时间越晚,各生育时期地表产流时间均为顺坡垄作最早,横坡垄作最晚;全生育期内地表径流量呈现先降低后增高的变化趋势,除苗期外横坡垄作产流量均低于平作,总体而言地表糙度对地表径流的影响未达到显著水平;苗期时土壤侵蚀量随地表糙度的增大呈指数递减,而其余3个生长时期均是随地表糙度的增大土壤侵蚀量呈指数或者幂函数递增.     

降雨过程对地表糙度的影响

通过野外模拟降雨试验,研究降雨过程中,不同坡度、雨强以及不同地表覆盖度下地表糙度的变化情况.利用测点法测量每次降雨前后的地表糙度值,确定坡度、雨强以及地表覆盖度变化对地表糙度的影响.结果表明,相同雨强下,地表裸露、土壤一定时,坡度越大,地表糙度变化越大;同一地表,土壤一定且坡度相同的情况下,雨强越大,地表糙度变化越大;在同一坡面,雨强一定的条件下,植被覆盖度越小,地表糙度变化越大.研究结果为地表糙度影响因子的研究和揭示地表糙度的本质特征提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土高原坡耕地水土流失的治理和退耕还林(草)工程的实施.     

模拟降雨条件下地表糙度动态变化特征研究

地表糙度是影响土壤侵蚀的因素之一。为进一步明确地表糙度的侵蚀效应,通过野外模拟降雨试验,研究了地表糙度在降雨前后、不同坡度、不同植被覆盖度、不同空间坡段的动态变化特征,探讨了地表糙度变化规律及其影响因素。结果表明:在降雨过程中,土地利用类型、雨强、降雨顺序、坡度和植被覆盖度都会对糙度产生影响。随着降雨场次的增加,地表糙度逐渐增大;在试验范围内,坡度越大,地表糙度增加幅度越大,增加趋势越明显;植被覆盖度越大,地表糙度变化越小。坡面的各个坡段变化情况整体遵循上述规律,但在某些坡段内出现空间变异性,导致有些坡段可以拦蓄径流泥沙,消减侵蚀,而有些坡段可以增加潜在的冲刷,加剧侵蚀;多个因子以及因子间的交互效应成为影响糙度变化的主要因素。研究结果为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也为黄土高原水土流失治理奠定理论基础。     

坡耕地地表糙度的量测与计算

在回顾了地表糙度的测量和计算方法后,经实验证实,Brough D L,Linden D R和Van Doren D M等人提出的糙度测量和计算方法,均能满足黄土高原坡耕地人为耕作管理形成的微地形特征的研究需求。     

晋西黄土区林下地表随机糙度的特征

 为查明黄土区林下地表随机糙度的特征及地表随机糙度随植物生长季的变化规律,以晋西黄土区蔡家川流域13个径流小区为研究对象,利用针状糙度计对其地表随机糙度进行测量,分析不同林分密度的地表随机糙度。结果表明:地表随机糙度与林分密度呈较好的正相关;13个径流小区在3个生长时期地表随机糙度不同,具体表现为生长旺盛期>生长初期>生长末期,呈现倒"V"型;同一地块,荒草坡地表随机糙度大于灌木林地表随机糙度;天然林的地表随机糙度变化幅度小于人工林的地表随机糙度。     

地表糙度对径流和产沙影响的室内试验研究

该文通过室内人工模拟降雨的方法,分析了连续降雨过程条件下,不同糙度地表的径流量和产沙量的变化。研究结果表明：人工锄耕的地表,延缓径流的作用较为明显,但这一作用仅发生在降雨初期;随着降雨的进行,不同糙度地表的径流变化规律基本一致,先增加,随后趋于稳定的趋势,但径流总量没有明显变化。同样,人工锄耕的地表,延缓地表的产沙作用强于糙度小的地表,产沙率15°坡面要高于5°坡面,随着降雨的进行,在雨强1.0 mm/min条件下,这一变化更为明显,最终产沙总量变化不大。地表糙度对侵蚀的影响,不仅与降雨持续时间相关,同时与坡度密切相关,并初步证实黄土区地表糙度对侵蚀的影响存在着一定的临界条件。这为揭示地表糙度的本质特征提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土高原坡耕地水土流失的治理和退耕还林(草)工程的实施。     

地表糙度与径流水力学参数响应规律模拟

为了明确地表糙度与坡面径流特征及其水力学参数之间的相互作用,通过模拟人工锄耕、人工掏挖、等高耕作和对照组直型坡等4种不同糙度的地表,在室内模拟降雨条件下,对不同糙度坡面上的径流特征和水力学参数(雷诺数、弗劳德数、阻力系数和水流剪切力)以及降雨前后地表糙度的变化进行了测量与计算。结果表明,雨前雨后各措施坡面的地表糙度为:等高耕作人工掏挖人工锄耕直型坡。相同雨强和降雨历时下,不同糙度坡面其径流特征差异显著。初始地表糙度越大的坡面,径流越容易稳定在层流状态;反之,径流越倾向于往紊流发展。对人工锄耕、人工掏挖、等高耕作3种耕作措施来说,在相同雨强和降雨历时下,初始糙度越大的坡面,其断面流量、径流量和产沙量越小。坡面初始地表糙度越大,径流阻力系数也越大,但坡面径流的雷诺数、弗劳德数和径流剪切力则越小,径流对地表糙度具有减小作用,雷诺数和水流剪切力越大,径流对地表糙度的减小作用越弱。研究结果为深入理解坡面地表糙度与其水文特征之间的相互作用提供参考。     

黄土坡面不同微坡位上糙度对降雨侵蚀的响应

通过人工模拟降雨试验,结合高精度三维激光扫描技术研究了黄土坡面不同微坡位上糙度对降雨侵蚀的响应特征.结果表明,在同一条件下,坡顶、坡面和洼地上高程统计特征具有明显的差异;在降雨过程中,由于糙度所处的位置不同,对降雨侵蚀的响应特征也不同;地表糙度与微坡度之间存在显著的线性关系.因此,地表糙度对降雨侵蚀的响应规律具有一定的空间差异性.     

模拟降雨条件下坡度与地表糙度对径流产沙的影响

通过室内模拟降雨试验,研究坡度与地表糙度对土壤侵蚀的影响。根据研究区坡耕地特点,试验共设计5个坡度,分别为9°,12°,15°,20°,25°,设计雨强为1.0mm/min,降雨历时为60min。结果表明:(1)5个坡度下坡面径流总量表现为先增大后减少,在20°与25°坡面表现出显著性差异,地表糙度变异率降幅为12°9°25°15°20°;(2)次降雨产流量与坡度、糙度变异变率呈显著指数函数关系;(3)5个坡度其坡面产沙量表现为先增大后减少,产沙量在坡面梯度为3°的坡面之间以及20°与25°坡面间存在显著性差异,说明坡度对产沙量有显著影响;(4)次降雨产沙量与坡度、糙度变异变率呈极显著线性关系;(5)次降雨量、产沙量与坡度、糙度变异变率的回归关系均优于分别与坡度、糙度变异变率的回归关系。研究成果为揭示水蚀过程中坡度与地表糙度对侵蚀的作用机理提供了参考。     

人工降雨条件下坡耕地地表糙度的时空变异分布研究

水蚀过程中地表糙度变化研究,特别是微地表条件下水蚀过程中地表糙度的分布及变化特征的研究是土壤侵蚀学科领域的前沿问题,目前仍处于不断的探索与发展阶段。本文试图通过对陕西省杨凌区农耕地土壤进行固定坡度和雨强下不同耕作措施的室内人工降雨试验,建立微地形条件下高精度的DEM并进行分析,探讨地表糙度在水蚀过程中的时空变异分布。结果表明:（1）人为耕作对坡面地表糙度的整体分布状态和坡面高程空间分布状况的影响显著;（2）降雨对等高耕作、人工锄耕、人工掏挖耕作措施的高程分布有一定的影响,并且高程变化量的最大值均出现在坡面的下部;（3）在降雨侵蚀的产流前后,坡面糙度的空间变化最大,而产流后糙度的空间变化趋于平稳。研究结果初步揭示了微地表条件下地表糙度的时空变异状况,并可为进一步分析不同坡度、不同雨强条件下地表糙度的综合研究奠定基础。     

关于修正的风蚀方程土壤糙度系数的研究

土壤表面不规则的团聚体（随机糙度）和方向一定的垄（特定糙度）能降低风蚀量。风蚀方程（ＷＥＱ）中的土壤糙度系数表示土壤表面的不平整度对风蚀的影响。风蚀方程未修正之前,土壤糙度系数仅适于垄向与风向垂直的情况,而没有考虑垄和团聚体同时存在及地表被降雨玻坏后的情况。修正的风蚀方程（ＲＷＥＱ）中的土壤糙度系数（Ｋ′）克服了以前土壤糙度系数的局限性,既包含了垄（特定糙度）和不规则团聚体（随机糙度）同时存在的情况,又包含了地表被降雨径流破坏后的情况,而且,还包含了垄向与风向成任意角度的情况。     

坡耕地地表糙度对降水分配的实验研究

地表糙度指地表微小的高低起伏变化,是人为土地管理与土壤侵蚀共同作用的结果,可以影响降雨过程中水分转化与土壤侵蚀过程。该文以直线坡为对照,借助3种常见耕作管理措施（人工锄耕、人工掏挖与等高耕作）产生不同水平的地表糙度,结合人工模拟降雨试验研究地表糙度水分转化效应。结果表明:长历时人工降雨条件下,地表糙度可以强化降雨向土壤水分转化。其强化入渗作用表现为:增加地表填洼量,增大入渗水头与入渗深度,滞后产流时间,削减径流量,进而提高入渗率及水分转化率。坡耕地地表糙度与填洼量成指数关系,与平均入渗率及水分转化率成对数关系。     

自然条件下土壤沉降量与土壤容重、地表糙度间的变化关系

为了研究自然条件下土壤沉降量与土壤容重、地表糙度间的变化关系。通过钢尺法、环刀法、链条法测定了自然条件下不同质地的土壤在平翻耕和垄作条件下的土壤沉降量、土壤容重、地表糙度,分析了土壤沉降量、土壤容重、地表糙度的变化规律以及土壤沉降量与土壤容重、地表糙度间的变化关系。结果表明:(1)在一定的降雨动能的条件下,土壤的沉降量随降雨动能的累计总体呈减小的趋势,且垄作措施下土壤的沉降量均不小于平翻耕措施下的土壤沉降量;(2)翻耕后的土壤的容重随时间变化呈先增大后趋于原状土容重的变化趋势;(3)垄作条件下的地表糙度总体呈减小趋势,且壤土的地表糙度始终大于砂土的地表糙度;(4)土壤的沉降量与容重的变化量间存在较好的指数相关关系,且相关系数均高于0.9;土壤的沉降量与地表糙度的变化量符合幂函数相关关系,其中砂土的地表糙度变化量与沉降量的相关性较壤土高相关系数分别为0.993和0.936。这些研究结果对于预测自然条件下翻耕土壤的紧实程度,地表平整度有一定的参考价值。     

黄土坡耕地不同地表糙度下坡面填洼与入渗的关系研究

以黄土坡耕地为研究对象,以平整坡作为对照,采用等高条播、人工锄耕和等高犁耕3种耕作措施产生不同的地表糙度,分析了不同降雨强度条件下地表最大填洼量和实际填洼量的特征、入渗量的影响因素、填洼量与入渗量的关系。结果表明:3种不同耕作措施的地表糙度大小为等高条播人工锄耕等高犁耕,最大填洼量、实际填洼量和入渗量随着地表糙度的增大而增大;入渗量也随着最大填洼量和实际填洼量的增大而增大,且与最大填洼量和实际填洼量均呈线性正相关关系,但实际填洼量对入渗量的影响程度要大于最大填洼量。     

降雨条件下耕作方式对地表糙度的溅蚀效应

地表糙度是影响坡耕地土壤侵蚀的主要因素之一,为了进一步明确耕作方式对地表糙度的侵蚀效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就单雨强与组合雨强条件下耕作方式对溅蚀的作用以及地表糙度的变化进行了研究。结果表明,从对照坡面,经耙耱地、人工锄耕、人工掏挖到等高耕作方式的坡面,在雨强0.62 mm/min条件下,不同耕作方式坡面向上坡溅蚀量呈先增加再减小的变化,向下坡和总溅蚀量均呈先增加再减小最后增加的变化;除耙耱地外,其他耕作方式坡面的地表糙度呈减小的变化。在雨强1.53 mm/min条件下,不同耕作方式坡面向上坡、向下坡和总溅蚀量均呈先增加再减小最后增加的变化;地表糙度与对照坡面相反,均呈增加的变化。组合雨强条件下,随降雨强度的增加,耙耱地总溅蚀量与地表糙度呈一直增加的变化趋势;其他耕作方式下,随降雨强度的增加,坡面总溅蚀量呈先增加后减小的变化趋势,地表糙度却呈先减小后增大的变化。这为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土高原坡耕地的水土流失治理。