模拟降雨对亚热带阔叶林土壤坡面产沙产流及养分流失的影响

采用人工降雨方法,研究了不同降雨强度和坡度对亚热带阔叶林土壤坡面产沙产流及养分流失的影响。结果表明:(1)在不同降雨强度下,初始产流时间随坡度的增加趋于提前,随降雨强度的增大产流时间提前,降雨强度对初始产流时间的影响大于坡度变化的影响。(2)在同一坡度条件下,产流强度和平均入渗强度随降雨强度的增加而增加;曲线拟合的结果表明产流强度随时间遵循幂函数变化规律,而坡面入渗强度随时间呈对数函数变化。(3)不同降雨强度下,径流量随降雨历时的变化趋势基本一致,径流量均随降雨历时呈增加—稳定趋势,在整个降雨过程中,径流量随坡度的增加而增加,相同坡度下,径流量随着降雨量的增加而增加;降雨初始时刻,坡度对径流量的影响较小,而在降雨后期,降雨强度和坡度对径流量的影响较大;产流率与径流量的变化趋势相反,随降雨历时呈降低—稳定趋势,在整个降雨过程中,土壤产流率随坡度的增加而降低,在相同坡度下,产流率随着降雨量的增加而增加。(4)侵蚀泥沙量的变化特征表现为坡度越大,坡面侵蚀泥沙的流失量越大;泥沙侵蚀量随降雨历时的增加而增加,在降雨10min左右达到峰值;在相同坡度和降雨历时下,泥沙侵蚀量随降雨强度的增加而增加;不同坡度下的侵蚀泥沙量在峰值前后与产流历时均呈乘幕函数变化,不同坡度下侵蚀泥沙养分含量与产流历时间的关系均可用幂函数表达。(5)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,其中坡度为15°,20°和25°时,侵蚀泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于坡度为5°和10°时,说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中各类养分含量的增加效应,而不同坡度下的全磷与侵蚀量没有显著的相关关系(P0.05)。     

坡度和刺槐覆盖对黄土坡面产流产沙影响的模拟降雨研究

 选用处于黄土高原的山西省吉县蔡家川刺槐覆盖坡面的表层土壤,栽植刺槐幼林后进行人工降雨模拟试验,对比研究不同坡度对刺槐覆盖坡面和裸露坡面的产流和侵蚀产沙的影响。结果表明:当降雨强度一定时,在一定的坡度范围内,随着坡度增加,开始产流时间提前,径流的速度加快,树冠截留率减小,径流量增大,侵蚀量、含沙量增加;刺槐林树冠截留率与坡度的关系为I=29.556α-0.311（R2=0.9874）;刺槐覆盖坡面侵蚀量与坡度之间的关系为W=0.116 84α3.005 9（R2=0.9795）;同一坡度条件下,裸露坡面比刺槐覆盖坡面径流平均速度高15%～25%,径流量高15%～48%,侵蚀量高10%～117%,平均含沙量高55.5%～133.0%。     

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。     

不同降雨强度下黄土区冻土坡面产流产沙过程及水沙关系

为了明确降雨对冻土坡面侵蚀的作用机理,探讨冻土和未冻土在不同水力条件下侵蚀之间的差异。通过室内模拟降雨试验,采用3种降雨强度(0.6,0.9,1.2 mm/min)对比定量研究冻土坡面和未冻土坡面产流产沙过程及水沙关系。结果表明:在0.9、1.2 mm/min雨强下,冻土坡面的产流时间相对对照坡面提前了18.7,6.4 min。冻土坡面径流量、侵蚀量均远大于对照坡面,在0.9,1.2 mm/min雨强下径流量分别是对照坡面的1.16,1.19倍,侵蚀量分别是对照坡面的10.40,6.40倍。随着降雨进行,坡面产生不同程度的细沟,其中,冻土坡面相比对照坡面细沟出现时间分别缩短了18 min,22 min,且冻土坡面细沟侵蚀量占总侵蚀量的79%～92%,此比例大于同雨强下的对照坡面。两种坡面的累计径流量与累计产沙量之间满足y=kx+b的线性关系,在细沟间侵蚀阶段,冻土坡面的k值是对照坡面的8.48～9.02倍,而在细沟侵蚀阶段,则为对照的3.68～7.50倍。研究结果表明细沟侵蚀是冻土坡面土壤侵蚀率增大的主要原因,而冻结层的阻水作用是导致坡面上细沟出现时间提前的最重要因素。该研究可以为完善土壤侵蚀机理研究提供一定的参考价值。     

淮北平原黄潮土多雨强变坡度产流产沙规律试验模拟

针对淮北平原黄潮土水土流失严重的问题,为揭示其产流产沙规律,利用五道沟水文实验站大型人工模拟降雨径流试验场,开展了40,60,80mm/h 3个雨强及5°,10°,15°3个坡度产流产沙规律试验模拟。结果表明:坡面初始产流时间随坡度、雨强的增大而缩短,雨强、坡度越大缩短越不明显;单位时间产流、产沙量随降雨时间变化的转折点在产流后6～15min,单位时间产流量随降雨时间变化表现为前期快速增加,中期缓慢增加,后期平稳,其中40,60mm/h雨强单位时间产流量随坡度增加而减小,80mm/h雨强随坡度的增加而增加;单位时间产沙量随雨强、坡度的增大而增大;不同坡度累计产沙量及产流量随降雨时间变化呈幂函数或线性函数关系(R20.99);坡度及雨强与坡面产流、产沙总量分别呈多元线性和多元幂函数关系。     

喀斯特小流域坡面与流域降雨产流产沙特征

基于贵州省关岭县蚂蝗田水土保持监测站坡面及小流域的监测数据,分析了喀斯特坡面和小流域两个不同尺度下的降雨产流产沙特征。结果表明:次降雨量达到9.1mm(雨强大)和10.5mm(雨强小),坡面发生产流产沙。产流产沙的次降雨量(P)、平均雨强(I)、最大30min雨强(I30)、最大60min雨强(I60)、降雨历时(T)分别主要集中10~40mm,2~10mm/h,5~30mm/h,5~20mm/h,1~10h;与产流产沙相关度的高低为:PI_(60)I_(30)T。不同措施径流小区产流产沙存在显著性差异,荒草地产流产沙量最高;经果林+玉米的坡耕地次之;水保林、岩石裸露率高的荒草地最低。小流域与径流小区产流产沙的月变化趋势相似,但数值差异极大,产流产沙不同步,径流小区的数据不能完全反映喀斯特地区产流产沙特征。     

降雨和前期含水量对大别山区不同作物坡面产流产沙的影响

基于霍山县水土保持试验站3个径流小区（茶叶、桑树、红芋）2016—2017年逐日连续观测数据,定量研究土壤含水量与天然降雨条件下产流产沙规律与动态变化特征。结果表明：（1）4—7月为产流高峰期,该时期各小区产流量占年产流量的76%（桑树）,57%（茶叶）,70%（红芋）。3种作物对产流产沙的抑制效果为茶树地 > 桑树地 > 红芋地。（2）各作物年内土壤含水量变化趋势相似,全年变化呈W形。其中表层土壤平均含水量排序为茶树地 > 桑树地 > 红芋地,与作物抑制产流产沙效果排序一致。秋季土壤水分稳定性最强,夏季最弱。全年以桑树为例的乔木对土壤水分稳定效果最好。（3）降雨参数与土壤含水量之间灰色关联度大小为历时 > 平均雨强 > I₃₀ > I₆₀ > 雨量。作物小区内产流量贡献度最大变量为降雨侵蚀力,而就产沙量而言,茶叶地与红芋地的产沙量贡献度最大变量为I₃₀,对桑树地产沙贡献度最大变量为降雨量。     

黄土高原坡面降雨产流产沙过程变化的统计分析

该根据子洲团山沟３号径流场（坡度２２°，面积６０ｍ×１５ｍ＝３００ｍ＾２）３３次降雨产流产沙的过程变化情况，统计分析了不同类型降雨坡面产流过程中的降雨变化及产流产沙过程变化。     

质量指数表征模拟降雨下土壤坡面养分的流失特性

通过室内自动模拟降雨系统,设置模拟降雨试验,运用土壤单质量指数(SSQI)和土壤综合质量指数(SSCI),研究了模拟降雨对3种类型土壤(棕壤、褐土与红壤)坡面养分流失及土壤质量变化的影响。结果显示:降雨造成了3种类型土壤坡面不同程度的氮素流失,土壤全氮指数均有所降低,并以坡下部降低最多;表下层坡面土壤全氮指数以棕壤降低最多,分别为褐土的1.33倍和1.79倍、红壤的9.28倍和3.45倍。降雨均提高了3种类型土壤坡面有效磷的含量,有效磷指数除棕壤下层坡面降低了3.98%外,其余土壤坡面升高了4.00%~47.73%,并以红壤表下层坡面的升高幅度最大。模拟降雨下,土壤速效钾含量变化受土壤类型影响较大,3种类型土壤中,红壤坡面的速效钾指数有较大幅度升高,褐土坡面降雨前后基本持平,而棕壤坡面有小幅降低。模拟降雨后,棕壤与褐土表下层坡面综合指数分别降低了33.62%、35.34%与22.53%、11.73%,而红壤反而升高了18.93%与7.00%。     

模拟降雨条件下红壤坡面侵蚀产沙水动力学特征

[目的]对红壤坡面侵蚀过程中的产流、产沙以及坡面径流水动力学参数进行试验研究,为揭示红壤坡面侵蚀产沙机理提供科学依据。[方法]以我国南方侵蚀性红壤为研究对象,采用人工模拟降雨法,通过不同坡度(6°,10°和15°),不同雨强(120,180和240 mm/h)条件下的模拟试验分析红壤坡面产流产沙过程及径流水动力学特征。[结果]在坡度一致时,坡面累积径流量和累积产沙量均随雨强的增大而增大,径流率表现为初期的波动增长,随降雨进行逐渐达到稳定状态,且径流率随坡度增大而增大;坡面产沙过程受坡度和雨强的双重影响;侵蚀产沙率呈降雨初期急剧上升,随后迅速下降并趋于平稳的趋势。试验坡面的径流水动力学特征表明,阻力系数f与雷诺数R_e无明显的相关关系,但与弗洛德数F_r存在显著的指数关系。[结论]径流水动力学参数与侵蚀产沙量之间存在明显相关关系,相比较而言,径流雷诺数R_e与坡面侵蚀产沙量间的关系最密切。     

模拟降雨对工程建设区裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响

为揭示不同降雨强度下工程建设区裸露坡地土壤侵蚀过程和氮素流失特征,采用人工模拟降雨的方法,研究不同降雨强度(1,1.5,2mm/min)和处理(裸地、坡面覆盖纱网)对工程裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响。结果表明:(1)径流强度、径流含沙量、土壤剥蚀率都与降雨强度呈正相关关系,土壤入渗率与降雨强度呈现负相关关系。(2)累积泥沙量与累积径流量在裸地处理中呈现线性函数关系,在纱网处理中呈现幂函数关系。(3)地表径流中氮素流失浓度随降雨历时呈现下降—稳定趋势,氮素流失量随降雨强度的增加而增大,其中NO_3~-—N流失量占总氮比重高于NH_4~+—N。(4)土壤坡面覆盖纱网后能有效控制水土流失量和氮素流失量,其中径流量和NO_3~-—N流失量在小雨强处降低效果显著,分别降低了60.21%和56.74%;TN流失量和NH_4~+—N流失量在小、中雨强处降低效果较好,均达到59.26%以上;侵蚀泥沙量在小、中、大雨强处均降低了79%以上。说明土壤坡面覆盖纱网这一措施对降低工程建设区裸露坡地土壤侵蚀量和氮素流失量具有效果显著,可以作为工程建设区水土流失防止措施。     

人工降雨条件下植被覆盖对黄土坡面养分随径流泥沙迁移影响的试验研究

植被覆盖可有效保护地表,抑制产流产沙过程,进而影响坡面养分迁移过程.选取黄土高原典型白羊草和铁杆蒿草地,通过人工模拟降雨试验(雨强60 mm/h,历时60 min,坡度15°),研究植被不同盖度下(10％,20％,30％,45％,60％,80％)坡面径流、泥沙养分特征.结果表明:(1)土壤有机质、全氮和全磷含量均随植被...     

坡面氮素流失的坡度和雨强效应模拟研究

为了研究坡面径流和壤中流中全氮(TN)的流失特征,探索坡度和雨强对TN流失的影响,以风化花岗岩母质发育的土壤为研究对象,选定坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(60,90,120,150mm/h)作为可变量,采用原状土搬迁的方式,在室内设计的径流槽上进行人工模拟降雨试验,设计试验降雨时长为坡面径流产流后90min,壤中流水样收集延续直至无出流为止。结果表明:(1)坡面径流TN流失浓度在产流初期快速下降,随雨强的减小或坡度的增大而增大,产流后期浓度趋于稳定且差距不大。(2)壤中流TN流失浓度均明显高于坡面径流,其流失过程规律为上升—下降—略有上升—平稳,总体上随雨强的减小或坡度的增大而增大。(3)坡面径流和壤中流的TN流失量均随雨强或坡度的增大而增大。壤中流是坡面TN流失的主要途径,流失比例可达91.26%~99.61%。坡面径流中TN流失量占坡面TN总流失量的比例随雨强的增大而增大。(4)雨强、流量与坡面径流、壤中流TN总流失量均呈极显著正相关,而坡度只与壤中流TN总流失量呈显著正相关。(5)在雨强90mm/h与120mm/h之间存在一个临界雨强,超过这个临界雨强,坡面径流TN流失量及其占总流失量的比例都会大幅上升。     

紫鹊界梯田区坡面产流产沙特征的模拟试验研究

通过野外模拟降雨试验,研究了紫鹊界梯田区红薯地与裸地土壤入渗及坡面产流产沙特征。结果表明,与裸地坡面相比,红薯地坡面由于覆盖度高,土壤疏松,其土壤入渗率比裸地高。在小雨强(0.65mm/min)条件下无径流产生,中(1.15mm/min)、高(1.65mm/min)雨强下坡面产流产沙速率以及径流系数均有很大程度的降低,表现出较强的减流减沙效益,但径流含沙量分别为裸地的1.3和2.8倍试验条件下的坡面产流产沙和土壤入渗过程均符合幂函数关系,产流率与产沙率之间呈线性关系。     

室内模拟降雨条件下黄土植被边坡径流试验研究

通过室内人工模拟降雨,分别对种植柠条锦鸡儿、披碱草的两个坡面土槽及一个裸地坡面土槽进行不同降雨强度、降雨历时以及不同季节的降雨试验,试验得出边坡种植柠条锦鸡儿和披碱草后降雨的产流量、产流历时、径流转化率等指标,按柠条锦鸡儿、披碱草、裸地顺序递增,雨后土壤含水量的变化是按裸地、柠条锦鸡儿、披碱草顺序递减。该项试验结果,对于进一步研究黄土植被边坡护坡水文效应、评价草本和灌木植物护坡贡献,以及有效防治水土流失、滑坡等浅层地质灾害的发生,具有重要的理论研究价值和实际指导意义。     

模拟降雨条件下纳米碳对黄土坡面养分流失的影响

基于野外人工模拟降雨试验,初步研究了90mm/h的降雨强度下,条施不同纳米碳含量(质量含量分别为0,0.01,0.05,0.07,0.10kg/kg)对黄土坡面水分及养分流失调控的影响。结果表明:(1)纳米碳含量对降雨入渗过程及坡面产流量有显著影响,随着纳米碳含量的增大,平均入渗率呈增大趋势,而径流量呈减小趋势。(2)与对照相比较,纳米碳的存在可显著缓解土壤侵蚀。纳米碳的质量比为0.01,0.05,0.07,0.10kg/kg的小区可分别降低坡面径流量40%,41%,68%和74%,降低坡面产沙量为27%,50%,68%和79%。(3)条施纳米碳可以有效保持黄土坡面土壤养分含量。与对照组相比较,纳米碳的质量比为0.01,0.05,0.07,0.10kg/kg的小区分别降低径流氮的流失量为47%,52%,74%和79%,降低泥沙氮的流失量为10%,60%,74%,87%;分别降低径流磷的流失量为63%,63%,88%和86%,降低泥沙磷的流失量为29%,56%,86%,83%;分别降低径流钾的流失量为43%,46%,81%和83%,降低泥沙钾的流失量为25%,62%,78%,87%。     

坡度对黄土坡面养分流失的影响实验研究

坡度是土壤养分流失的重要因素,通过室内人工降雨模拟试验,研究不同坡度土壤侵蚀和养分流失的过程与机制。研究结果表明:土壤中养分的流失量随坡度的增大而增大,但在20°附近时存在转折点,25°时养分流失量反而减小。同时利用两种类型描述径流养分浓度模型对实测资料进行分析,结果显示与指数函数模型相比较,采用幂函数模型能够较好地模拟黄土坡面非饱和条件下径流溶质浓度变化过程,同时幂函数模型也能够较好地描述径流中钾离子和溴离子的质量变化过程,为进一步完善黄土坡面径流养分迁移模拟模型提供了参考。