黄土陡坡径流侵蚀产沙特性室内实验研究

通过室内土槽放水冲刷实验,研究了黄土区陡坡侵蚀产沙特性。结果表明径流输沙率随径流流量的增加而增加,径流输沙率随坡度呈抛物线形式变化,当坡度在21°～24°之间时输沙率最大;径流剪切力也具有类似变化。泥沙输移率与径流剪切力之间存在线性关系,径流临界剪切力为1.701 N/(m²·min),发生细沟侵蚀的临界径流水深与坡度正弦值成反比。在实验条件下,坡面中上部土壤的侵蚀量占总侵蚀量的很大比重,表明土壤侵蚀主要发生在坡面中上部。坡面下部侵蚀微弱,以搬运上部来沙为主。     

坡度对坡面侵蚀产沙响应的研究

坡度是影响坡面土壤侵蚀的重要因素,在一定条件下,坡面土壤侵蚀随着坡度的增大而增加,但存在一个临界坡度,当超过这个坡度后,坡面土壤侵蚀量反而随着坡度的增大而减少。国内多数学者认为这个临界坡度介于25°~29°之间,这对我国25°以下坡耕地水土保持措施的配置以及超过25°坡耕地退耕还林还草计划的实施具有一定的理论指导意义。在坡面上不同坡度范围内配置合适的水土保持措施可以削弱坡度对坡面土壤侵蚀强度的影响,即在缓坡上实施保护性耕作措施,在25°以下坡耕地合理布设水平梯田及植物篱,25°以上的坡耕地实行退耕还林还草,可以有效地控制坡面土壤侵蚀的发生,促进坡耕地的可持续利用和改良。     

坡耕地施加PAM对土壤抗冲抗蚀能力影响试验研究

提出了采用人工模拟降雨试验数据直接计算临界抗剪切应力的方法。该方法以水流动力学原理为基础,通过观测到的初始坡面侵蚀发生位置、雨强、土壤入渗率及测定坡面的平均流速来计算土壤的临界抗剪切应力。通过不同试验条件,分析了坡度、地表PAM处理对土壤临界抗剪切应力的影响。试验条件为:雨强100mm/h,3种坡度:10°、20°、25°(17.63%、36.4%、46.63%),4种PAM覆盖度:40%、60%、80%、裸地。结果表明,随着坡度的增加,临界抗剪切应力减小;随着PAM覆盖度的增加,临界抗剪切应力相应增加     

陡坡的细沟间侵蚀与径流

本文测定了504mm×504mm土盒中扰动Hagerstown粉砂粘壤土的细沟间侵蚀和径流,试验持续降雨20min,雨强为92mm/h,坡度为5%~85%。稳定状态下的土壤流失量(径流中的土壤悬移质)随坡度的增加而增加,5%坡侵蚀率为3.34g/m~2·min,85%坡增到22.47g/m~2·min。随坡度的增加土壤溅蚀的变化为:坡面下部增加,坡面上部减小,侧面稍有增加。土壤溅蚀总量(坡顶+坡底)与净坡底溅蚀量(坡顶-坡底)也随坡度的增加而增加。85%坡净土壤溅蚀达3.5g/m~2·min,85%的坡面上99%的土壤溅蚀运动到坡底。15%~85%坡面的稳定径流率没有区别,其平均径流率为66.5mm/h。单位面积的冲蚀和溅蚀总量同坡度呈线性关系。比较了实测的冲蚀和溅蚀总量与WEPP模型的估算值,结果表明坡度大于30%时实测值要大于WEPP模型的预测值(85%时要大1倍)。     

地表坡度对雨滴溅蚀的影响

采用人工模拟降雨的试验方法,分别研究了地表坡度对向上坡,侧坡及下坡溅蚀量的影响。结果表明:向上坡、侧坡溅蚀量与地表坡度的关系大致为抛物线型,临界坡度在10°～15°与20°～25°之间,但当i=2.037mm/min时,向侧坡溅蚀量与地表坡度为幂函数关系,临界坡度消失。向下坡溅蚀量与地表坡度成线性递增关系,其递增速率随雨强的增加而增大。最后给出了雨滴溅蚀总量与EI及地表坡度S的复因子关系式。ST=5.985（EI）^0.544S^0.471式中:ST=——单位面积上的溅蚀总量（g）;E——雨滴动能（J/m²）;I——降雨强度（mm/min）;S——地表坡度（°）     

基于RS和GIS的黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀地形特征研究

为了解黄土高原浅沟侵蚀地形特征,基于Qucickbird高分辨率遥感影像和数字高程模型,提取了坡面浅沟及其地形参数,并对浅沟侵蚀的地形特征参数和分布规律进行了统计分析,结果表明：黄土丘陵沟壑区,坡面坡度、长度、坡向以及上坡长度是影响坡面浅沟数量的主要地形要素,而浅沟侵蚀地形特征主要由坡面坡度、坡面长度、上坡长度和汇流面积共同决定;坡面长度与浅沟平均长度呈显著线性关系,坡面坡度与浅沟频度、浅沟坡度与其上坡长度间则均满足二次曲线;发生浅沟侵蚀的上限与下限临界坡度分别介于26～27°和15～20°,临界坡长介于50～80 m;由浅沟坡度的正弦值与汇流面积确定出浅沟分布的临界曲线;阳向坡面的平均浅沟长度小于阴向坡面。基于RS和GIS技术能有效确定浅沟侵蚀地形特征,为黄土区坡面水土流失治理提供了技术支撑。     

坡面水流速度与坡面含砂量的关系

通过组合不同坡度（10°、15°、20°、25°）、不同坡长（5、10 m）、不同雨强（1.5、2 mm/min）的室内纯净水模拟降雨试验,对坡面细沟侵蚀发生过程中的坡面流速的沿坡变化进行了研究,并讨论了流速与坡面含沙量的关系。试验结果显示：从坡顶至坡脚,坡面细沟流的速度逐渐增加;坡面流速主要受雨强和其流动距离影响,与坡度无关,并得到流速与雨强和距坡顶距离的关系式。坡面含沙量与坡度、雨强和坡面流速相关,而10 m坡长所测的含沙量与5 m坡长相近。将坡面流的能量分配为自身流动所需能量、剥蚀土壤消耗能量以及携带搬运土壤所需能量,在一定坡长内,径流的能量足以剥蚀并携带搬运坡面土壤,但超过此范围,虽然流动速度在增加,但是径流消耗于携带搬运泥沙的能量也增加,从而使坡面流的能量不足以支撑剥蚀土壤耗能,而坡面含沙量不会有显著的增加。     

降水在凸—凹形坡上再分配规律初探

黄土高原地形破碎,地面倾斜度大,降水常在坡面上发生再分配。通过研究,已得到几点结论: 1、坡面接收雨量与坡度的关系式为P_a=Pcosasinβ〔见文中式(1)〕;2、坡面上降水不发生再分配的临界值,7°坡面为7毫米,15°坡面为4.3毫米,27.5°坡面为3.2毫米,30°坡面为2.8毫米;3、土壤蓄水量沿坡的变化规律是,旱季,在坡的中部土壤湿度最大,雨季末,自山顶至坡脚,土壤湿度逐渐变大。     

基于水动力学的紫色土区植物篱控制面源污染的临界带间距确定

为了分析确定紫色土区植物篱控制面源污染合适的带间距,该研究基于坡面水流动力学,利用四川省遂宁市水土保持试验站多年观测资料,分析了紫色土区新银合欢植物篱带间距对10°、15°农耕地面源污染的控制机理。结果表明：紫色土区在天然降雨条件下,为保证植物篱带间距能有效地控制篱带间的土壤流失,坡面发生细沟侵蚀时的径流流速应不大于颗粒粒径<0.02 mm土粒的起动流速。通过对坡面细沟发育过程推导表明,紫色土区坡度为10°、15°的坡面布设植物篱时带间距最大分别应为13.73、9.00 m。当坡面开始产生细沟侵蚀时的径流流速与颗粒粒径<0.02 mm土粒的起动流速刚好处于临界状态时,10°、15°坡面产生细沟侵蚀的最小径流流速分别为0.183、0.190 m/s。坡面表土养分流失主要是通过土壤颗粒流失的,植物篱控制坡面土壤颗粒的流失对控制农业面源污染具有重要意义。     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。