晋北黄土区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响

以设在山西省阳高县的大型径流观测场为依托,以2006-2010年的野外实测数据为依据,研究晋北黄土区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响。结果表明,晋北黄土区降雨具有明显的季风性降雨特点,7,8月雨量大,雨强也大。5-9月年均降雨量为223.80mm,侵蚀性降雨量为84.64mm,7,8月52.7%的降雨产生的侵蚀量占年侵蚀量的77.4%;大雨(25.0mm≤R24<50.0mm)的平均次降雨侵蚀量是中雨(10.0mm≤R24<25.0mm)的2.9倍,总侵蚀量则为中雨的0.5倍,32.2%场次的中雨和大雨产生的侵蚀量占总侵蚀量的72.3%;次降雨量与最大10min雨强的乘积(HI10)和次降雨产沙量呈线性相关,可以用HI10计算降雨侵蚀力;侵蚀性降雨标准为雨量8.47mm或I10为14.24mm/h。防治晋北黄土坡地水土流失的关键期在7,8月份,其关键是防治大雨侵蚀,中雨的危害也不容低估。     

大别山南麓裸地小区径流泥沙过程对降雨特征的响应

作为水土流失重点预防保护区,大别山南麓裸地坡面水土流失严重,为探究该区典型裸地坡面径流泥沙对降雨的响应,利用自动化径流泥沙监测设备对裸地径流小区的降雨—径流-泥沙过程进行监测。以2020年全年侵蚀性降雨数据为基础,依据降雨峰值时序划分雨型,分析了4种雨型的累计产流产沙特征和次降雨的径流泥沙特征,并建立了累计产流产沙的最优函数模型。结果表明:(1)大别山南麓降雨事件的I₃₀是影响降雨事件的泥沙量和径流系数的重要因素;前期集中型和中期集中型降雨事件的泥沙量与前48 h内的降雨量呈显著正相关。(2)不同雨型下产流产沙过程有显著差异,但径流泥沙指标的差异不显著。不同雨型下累计产流产沙的最优模型为Logistic模型。(3)不同雨型下,雨强、产流率和产沙率的变化趋势和峰值出现规律存在一致性,也存在产沙产流过程滞后于雨强变化过程的现象,产沙滞后多出现在前期集中型降雨,产流滞后多出现在中期集中型和后期集中型降雨。研究结果揭示了降雨-产流-产沙相互关系,对该区域坡面水土流失防治具有一定的科学指导意义。     

弃土弃渣坡面产流产沙模拟研究

弃土弃渣水土流失量预测是生产建设项目水土流失监测的重要内容。通过室内人工模拟降雨试验,模拟建设项目侵蚀强度与弃土弃渣在不同降雨条件下石块出露面积和土壤粗化的关系,探讨弃土弃渣坡面产流产沙量预测方法。在不同雨强(0.7、1.0、1.5 mm/min)和坡度(5°、15°、25°)组合的9种情况下,研究了降雨侵蚀过程,以及降雨前后单位面积石块出露变化量、表层土石混合物中石块所占比例、侵蚀强度与降雨前后表层土石混合物中石块所占比例差值之间的关系。结果表明:不同坡度、雨强条件下产流率随降雨时间推移均呈先增大后逐渐趋于平稳的趋势,两者之间的关系可用幂函数方程描述;不同坡度、雨强条件下含沙量均在产流后4 min和10 min左右出现峰值,16 min后基本平稳;降雨侵蚀导致土壤中细小颗粒被剥蚀,石块逐渐出露,侵蚀强度与单位面积石块出露变化量之间呈线性正相关关系;侵蚀强度与降雨前表层土石混合物中石块所占比例之间呈指数负相关关系;侵蚀导致分选作用,使得表层土壤粗化,不同雨强、坡度下侵蚀强度与降雨前后表层土石混合物中石块所占比例差值之间呈线性正相关关系。     

Jag C162对黄土坡面降雨入渗的调控效应研究

在土壤中添加高分子化合物是一种新兴的水土保持措施,阐明其对水土流失的影响可为黄土坡面水土流失治理及其措施选择提供科学依据。采用人工模拟降雨试验,研究新化学材料Jag C162对黄土坡面降雨入渗的调控效应。主要结果有:(1)撒施不同剂量Jag C162后,随着降雨时间的增加,入渗率呈减少的趋势,撒施Jag C162的入渗率减小速率均小于裸土;降雨过程中裸土达到了稳渗阶段,而撒施Jag C162的入渗率没有达到稳定状态;初始产流的时间也相应的推迟。(2)同坡度不同雨强和同雨强不同坡度下,撒施Jag C162后,入渗率显著提高。随着雨强和坡度的增大,裸土的稳定入渗率增加,3种不同撒施剂量下的平均入渗率减小。(3)撒施Jag C162的入渗量明显高于裸土的入渗量,在不同剂量下,入渗量随雨强的增加而呈现递增变化总趋势;入渗量随坡度的增加而减小。(4)撒施Jag C162可增加入渗率,减少地表径流和土壤侵蚀。     

喀斯特土石异质坡面产流产沙规律

侵蚀性降雨是引起喀斯特黄壤坡面水土流失的主要动力因子。采用贵州省遵义市浒洋水流域2018—2020年4个径流小区92次侵蚀性降雨产流产沙实测数据,研究次降雨条件下,裸露坡面和块石出露小区对产流产沙的影响。结果表明:(1)侵蚀性降雨可以分为A、B、C 3类,A类降雨是造成喀斯特黄壤坡面土壤侵蚀的主要雨型。侵蚀性降雨的标准为次降雨量＞6.6 mm或I₃₀＞3.6 mm/h。(2)裸露坡面63.27%的侵蚀性降雨径流深＜0.4 mm,66.30%的侵蚀性降雨土壤流失量＜1 g/m²,坡面土壤侵蚀量主要是由个别的次降雨所贡献。比较3类降雨,产流产沙的规律总体上表现为A雨型＞C雨型＞B雨型。(3)土壤流失量主要是由径流深决定,径流深直接决定着坡面产沙的多少。A类降雨中20 mm降雨量是喀斯特黄壤坡面径流深和土壤流失量明显增加的突变值。(4)3类降雨下,块石出露增加了坡面产流量,产流量随着出露率的增加而变大。但产沙量的变化比较复杂,A类降雨下,产沙量随着块石出露率的提高呈明显增加。研究结果对喀斯特坡面水土流失治理和土壤侵蚀预报模型的建立具有重要意义。     

上黄试验区径流泥沙观测

本文系“六五”试验测定资料简结,其结果为（1）坡地水土流失量随坡度增大而增大,但至临界坡度（约30°）则出现减少趋势;（2）在大致相近的坡度下（19～22°）,土壤流失量农地（2312t/km²）>退耕草地（981t/km²）>封禁荒坡（67t/km²）>坡面措施植林地（19～24t/km²）;（3）降雨强度大水土流失量大,一次大强度降雨（平均雨强0.46mm/min）可使水土流失量占全年流失量的60%以上。     

降雨特征对低山丘陵区典型小流域水土流失的影响

[目的]探究降雨特征对南京市低山丘陵区典型小流域水土流失的影响,为低山丘陵区尺度上产汇流分析及水土保持综合治理提供理论支撑。[方法]以南京市低山丘陵区桥头小流域为研究对象,利用2015—2018年156场降雨事件的水文泥沙数据,运用K-均值聚类法对降雨类型进行划分,采用LSD多重比较法分析不同雨型的特征,建立主要指标的多元拟合回归方程,探讨不同降雨条件下小流域产流产沙特性。[结果](1)降雨量、30 min最大雨强(I_(30)),降雨侵蚀力是桥头小流域产流产沙的重要影响因素,小流域的156场降雨事件中,主要以降雨量75 mm,I_(30)20 mm/h且径流系数0.2,含沙量1 g/L的水沙特征为主。(2)降雨类型分为Ⅰ(小雨量、小雨强),Ⅱ(大雨量、中雨强),Ⅲ(中雨量、小雨强),Ⅳ(中雨量、大雨强),Ⅴ(小雨量、中雨强)5种,Ⅰ雨型发生频率最高,Ⅳ雨型发生频次最低。(3)Ⅱ,Ⅳ雨型的产流产沙能力均高于其他雨型,Ⅲ雨型次之,Ⅰ,Ⅴ雨型最小。Ⅰ,Ⅲ,Ⅴ雨型的产水产沙特性差异不显著。(4)产沙模数和洪峰流量多元回归方程拟合效果较好,拟合回归系数R~2都在0.75以上且通过显著性检验,回归方程可用于相关指标的定量计算。[结论]降雨量,I_(30),降雨侵蚀力是桥头小流域产流产沙的重要影响因素;不同雨型的降雨特征差异性显著,Ⅱ,Ⅳ雨型是区域产流产沙的主要雨型;利用多元回归方程可以进行指标定量计算。     

大豆冠层对降雨再分配的影响

[目的]研究农作物冠层的降雨再分配特征,为区域水土流失治理和生态环境建设提供科学依据。[方法]以大豆作为研究对象,采取人工模拟降雨法以及喷雾法观测大豆不同生育期(幼苗期、始花期、盛花期、结荚期和始粒期)以及降雨强度(40,80 mm/h)下的茎秆流量、穿透雨量以及冠层截留量,探究大豆全生育期的冠层截留分异特征及叶面积指数和降雨强度对大豆降雨再分配的影响。[结果]大豆生育期内,茎秆流率平均值为15.02%,穿透雨率平均值为83.94%,冠层截留率平均值仅为1.04%。表明冠层截留所占降雨再分配的比例很小,其对降雨空间分异的影响所占比例较小。随着叶面积指数的增加,大豆的茎秆流量及茎秆流率,冠层截留量及冠层截留率均显著增加,然而穿透雨强度及穿透雨率显著减小。当降雨强度由40 mm/h增大到80 mm/h时,大豆的茎秆流量显著增加,但茎秆流率随雨强的变化并无显著差异;穿透雨量随着雨强的增大而增大,且随着雨强的变化存在显著性差异,但穿透雨率随降雨强度的变化并无显著差异。[结论]大豆冠层对降雨的再分配主要体现在茎秆流以及穿透雨,冠层截留所占比例很小,且叶面积指数与降雨强度均对降雨再分配有着重要的影响作用。     

降雨特性和覆盖方式对麦田土壤水分的影响

为探明不同降雨特性和覆盖方式对冬小麦土壤水分的影响,利用人工模拟降雨器,模拟40和60mm/h2种降雨强度,在大田设置地膜覆盖(PM)、秸秆覆盖(覆盖量分别为1500、4500、7500和10500kg/hm2,即SM15、SM45、SM75和SM105),同时设置无覆盖处理作为对照(CK),研究不同降雨强度和覆盖方式对雨后冬小麦0～60cm土层土壤水分分布和降雨土壤蓄积量的影响。结果表明:模拟降雨前各覆盖处理土壤含水率均比CK高,其中0～20cm土层土壤含水率差异显著(P<0.05),而20cm以下各处理土壤水分相差较小,除SM105与CK差异显著外(P<0.05),其他处理与CK差异不显著;同一覆盖处理,60mm/h降雨强度条件下降雨入渗深度和入渗量明显高于40mm/h。在相同雨强条件下,不同覆盖处理可以不同程度的增加耕层土壤含水率,其中秸秆覆盖量越大,效果越明显,而PM效果最差;2种雨强条件下各处理0～60cm土层降雨土壤蓄积量规律表现一致,即SM105>SM75>SM45>SM15>CK>PM,其中SM105和SM75均显著高于CK(P<0.05),PM则显著低于CK(P<0.05);受植株冠层降雨截留的影响,同等降雨条件下,同一覆盖处理拔节前降雨土壤蓄积量大于拔节后的;相比60mm/h降雨强度,40mm/h降雨强度下各处理拔节前、后降雨土壤蓄积量变化幅度较大。     

胶东铁路弃土弃渣体产流产沙特征

通过人工模拟降雨试验,研究降雨强度和坡度对胶东铁路弃土弃渣体产流产沙的影响。根据青荣铁路沿线降雨和弃土弃渣体堆积特点,设计3种雨强(20,40,60mm/h)和3个坡度(20°,30°,40°)。结果表明:(1)当降雨强度由20mm/h增加到60mm/h,产流开始时间可缩短11~20s;当坡度由20°变化到40°,产流开始时间可提前17~22s。(2)径流量、产沙率在降雨初期剧增到峰值,之后径流量逐渐趋于稳定,而产沙率波动减小后逐渐趋于稳定。(3)相同坡度条件下,雨强40 mm/h下的径流量较20 mm/h时增加37.3%~122.6%,产沙率约为20mm/h时的1.5~19.5倍;而雨强60mm/h下的径流量较40mm/h时仅增加19.1%~26.7%,产沙率仅为40mm/h时的62.5%~151.8%。(4)相同雨强条件下,坡度对径流量、产沙率的影响存在临界坡度(30°~40°),径流量、产沙率随坡度的增大先增加后减小。(5)弃土弃渣体坡度为30°时坡度对坡面侵蚀量的贡献率大于雨强贡献率;而40°时雨强贡献率明显超过坡度。研究结果可为胶东半岛区域铁路项目建设期间弃土弃渣体的水土流失监测及防治提供技术支撑。     

EFFECT OF RAINFALL INTENSITY,SLOPE, LAND USE AND ANTECEDENT SOIL MOISTURE ON SOIL EROSION IN AN ARID ENVIRONMENT

Most climate change scenarios predict a significant increase in the frequency of high intensity rainfall events especially in the dry areas, which will increase runoff and soil erosion. Understanding the factors that control soil erosion is crucial to recommending appropriate measures to protect soils and reduce their vulnerability. The objective of this research was to investigate the effect of rainfall intensity, slope, land use and antecedent soil moisture on soil erosion and runoff. Twelve sites from Al‐Muwaqqar watershed, Jordan, were selected to represent six slope angles: 1, 2, 3, 5, 7 and 9%. Two sites, one cultivated with barley and one as rangeland, were selected within each slope. Erosion was measured under three rainfall intensities: 3, 5 and 10 mm h⁻¹; and three different antecedent soil moisture contents: dry, wet and very wet; using a rotating disk rainfall simulator. Regression equations indicated that rainfall intensity was the most important factor affecting soil erosion and that erosion could occur at a relatively small intensity on wet soils as a result of subsequent rainfall events. Soil erosion on cultivated land was primarily affected by moisture content, while on uncultivated land, it was mostly affected by slope steepness. Rainfall intensity, slope and antecedent moisture explained 84–89 and 59–66% of the variation in runoff and soil loss, respectively. The results indicated the significant influence of cultivating the land on soil erosion. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

大棚梯田侵蚀规律及其防蚀措施

通过对陕西省安塞县马家沟流域龙泉寺的典型黄土高原丘陵沟壑区大棚梯田定位监测,研究了大棚梯田的侵蚀规律。结果表明,大棚梯田侵蚀与棚面面积、降雨量、产流量及梯田防护措施有关,其中产流量起决定作用;发生侵蚀的临界月累计降雨量为198mm;大棚梯田在无相应防蚀措施情况下,单位面积梯田上大棚面积所占比例应小于0.5(平均土壤侵蚀量小于469.7t/km2)。根据大棚梯田的侵蚀特点,提出了相应的防护对策。     

确定侵蚀细沟土壤临界抗剪应力的REE示踪方法

近年来兴起的REE示踪方法 ,可以研究土壤侵蚀的发生和发展的过程 ,及其沿坡面变化的规律。本研究采用Dy、La、Sm、Yb、Ce、Eu、Nd、Tb等 8个REE、3个雨强 (50mmh- 1,10 0mmh- 1和 150mmh- 1)和4个坡度 (8.74% ,17.63 % ,3 6.4%和 46.63 % )进行了一系列人工模拟降雨试验 ,展示了土壤侵蚀沿坡面变化与坡面细沟发展的关系 ,分析了土壤表面水流动力特征与土壤侵蚀之间的动态平衡。由土壤侵蚀沿坡面的变化 ,确定了土壤细沟侵蚀发生的临界距离 ,并由此得到侵蚀细沟土壤临界剪应力。对不同试验条件下最大细沟侵蚀率与径流剪应力和细流力之间的关系进行了回归分析     

不同雨强条件下黄土性土壤养分流失规律研究

本文利用室内人工降雨模拟装置,通过坡面小区试验,初步分析了不同雨强条件下黄土性土壤养分流失的规律。结果表明：土壤养分主要是以不溶态的形式随泥沙迁移,随径流迁移的可溶态养分很少;不同形态的养分在泥沙中有富集现象;养分流失量与雨强成正比;同一雨强条件下,土壤流失量与归流失量呈显著的正相关关系。     

黑土区坡耕地横坡垄作措施防治土壤侵蚀的土槽试验

为了研究黑土区坡耕地横坡垄作防治坡面土壤侵蚀的效应,该文利用8 m×1.5 m的试验土槽,设计3个降雨强度(50、75和100 mm/h)、1个典型坡度(5°)以及横坡垄作和无垄作(平坡裸地对照试验)的试验处理进行模拟降雨试验,研究东北黑土区横坡垄作坡面在不同降雨强度下的防治坡面侵蚀效应。结果表明:横坡垄作在50 mm/h降雨强度下坡面基本不发生土壤侵蚀,但在75和100 mm/h降雨强度下会发生断垄,造成防蚀效应急剧降低。横坡垄作坡面的径流和侵蚀过程均明显存在以断垄时间为界的突变,在3个降雨强度下,横坡垄作断垄前可使坡面径流量和侵蚀量分别减少97.7%和99.1%以上,坡面蓄渗率达到97.2%以上;而断垄后坡面径流量和侵蚀量分别增加23.3~25.9倍和136.8~171.5倍,蓄渗率下降至50%以下。试验研究表明横坡垄作在≤50 mm/h的降雨强度下具有很好的坡面防治侵蚀效应,但当遇到强降雨时易发生断垄,防蚀效应急剧降低。     

长期野外监测红壤裸露坡地侵蚀性降雨分布及产沙分析

侵蚀性降雨及其侵蚀泥沙分布特征研究是掌握土壤侵蚀规律的基础,同时也可为水土保持综合治理提供理论依据。研究选择红壤裸地坡面径流小区为研究对象,利用实际观测法收集到2001-2016年的565次长序列侵蚀性降雨及其径流泥沙资料,运用数理统计方法分析侵蚀性降雨及其泥沙的发生频率和强度的分布特征,在此基础上分析降雨类型对侵蚀产沙的影响。研究结果表明,研究区侵蚀性降雨量占总降雨量的87.82%,主要分布在降雨量为25 mm以上和降雨强度5mm/h以下的降雨事件。次降雨侵蚀强度小于100t/km~2的侵蚀次数占总次数的76.81%,而其侵蚀总量只占总量的7.28%;侵蚀强度大于500t/km~2的降雨侵蚀次数只占总次数的6.36%,但其侵蚀泥沙量可占总量的60.96%,次降雨侵蚀产沙量分布极为不均。降雨量25～100mm且平均雨强小于20mm/h的降雨类型造成研究区土壤侵蚀量最大。次降雨量100 mm和降雨强度20 mm/h可作为红壤裸露坡地水土流失防御的设计暴雨特征值。研究结果有助于揭示红壤坡地次降雨侵蚀规律和水土保持措施布设。     

人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程

为了研究人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程,利用人工模拟降雨系统和变坡土槽,分别采用140,160,190mm/h的雨强和10°,15°,20°,25°的坡度,对经过简单人工处理的红壤坡面在超大雨强降雨条件下的产流产沙响应过程进行了试验。结果表明:经过简单人工处理的红壤坡面在140~190mm/h超大雨强下的土壤侵蚀模数明显低于50~120mm/h雨强下未进行相应处理的坡面,细沟发育较为缓慢,对坡面土壤的处理方式能够有效提高坡面的抗侵蚀能力。在同雨强下,随着坡度的增加,产流时间先延长后缩短,在20°~25°存在产流的临界坡度。侵蚀模数在同雨强下随着坡度的增大呈先增大后减小的趋势,且不同雨强的临界坡度不一致,雨强为140mm/h时侵蚀临界坡度为15°~20°,雨强为160mm/h和190mm/h时侵蚀临界坡度为20°~25°。总体来看,侵蚀过程受雨强的影响大于坡度的影响,雨强为140mm/h时,不同坡度的侵蚀过程均较为平稳,细沟发育微弱;雨强为160mm/h时,侵蚀有所加强,但侵蚀过程无明显规律;雨强为190mm/h时,侵蚀主要发生在降雨的前30min,且细沟发育相对较为剧烈,30min之后趋于稳定。     

短历时强降雨对典型喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响

探索短历时强降雨对典型喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响,为喀斯特区坡耕地应对极端天气的水土流失防治提供理论依据。研究采用人工室内模拟降雨试验的方法,对喀斯特坡耕地侵蚀产沙特征在短历时强降雨作用下的影响因素开展研究。结果表明:(1)短历时强降雨导致喀斯特坡耕地地表输沙模数和产沙量随降雨强度的增大而增大,而地下输沙模数和产沙量与降雨强度无明显变化规律,坡耕地土壤侵蚀以地表为主。地表产沙临界雨强为30～50 mm/h。(2)坡度增大时地表产沙比重大于地下产沙比重,地表土壤侵蚀以地表为主。产沙比重发生转折的坡度值为15°～20°。70 mm/h降雨强度和5°坡度下,降雨强度对地下土壤侵蚀可能存在"负效应"。(3)喀斯特坡耕地侵蚀产沙特征与降雨强度和坡度密切相关,但降雨强度因子起主导作用。强降雨主要影响地表土壤侵蚀,因此,对喀斯特坡耕地土壤侵蚀治理应以地表为主。研究结果有助于深入了解短历时强降雨对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响,为对喀斯特坡耕地应对极端天气和水土流失防治以及维持生态环境健康持续发展提供理论依据。     

红壤丘陵区坡长对作物覆盖坡耕地土壤侵蚀的影响

坡长对坡耕地土壤侵蚀的影响随雨强的不同而变化,为解决南方红壤丘陵区坡耕地水土流失问题,该文采用野外人工模拟降雨的方法,研究了南方红壤丘陵区作物覆盖坡耕地上不同雨强下坡长对其土壤侵蚀的影响,并探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施的合理坡长,结果表明:产沙量随坡长延长整体呈增大趋势,但存在一定的波动,二者的关系可用幂函数(决定系数0.84)表示。坡长延长相同长度时,产沙量不呈比例增加,但每隔4 m产沙量增量有减少的趋势,且径流侵蚀产生的泥沙中主要为粒径0.002~0.02 mm的粉粒及粒径0.002 mm的黏粒,加剧了耕地土壤粗化,因此,可每隔4 m设置水土保持措施,有效减少坡耕地水土流失。坡面径流侵蚀产沙量随着雨强的增大而增加,坡长越长,产沙量随雨强增加速度越快,二者呈幂函数关系(决定系数0.76),60 mm/h是红壤丘陵区侵蚀增强的临界雨强;雨强、坡长与产沙量均呈正相关关系,且雨强对坡耕地产沙量的影响较坡长大。对不同雨强下坡长对作物覆盖坡耕地土壤侵蚀的影响研究,可以为南方红壤丘陵区坡耕地水土流失的治理提供一定的理论依据。