伊犁河流域坡面径流侵蚀试验研究

通过野外径流小区实地放水冲刷试验,研究伊犁河流域大豆坡地与裸地在不同放水条件下土壤水分变化及大豆减流减沙效应,并运用水力学理论分析坡面径流水力学参数特征。结果表明:大豆与裸地土壤入渗率随放水流量的增加呈现递增的趋势,与裸地相比,大豆坡面入渗率增加20%,产沙时间晚于裸地8 min左右;大豆坡面较裸地具有显著的减流减沙效应,输沙率减少93.6%,径流系数减少63.5%左右,其削减径流作用明显弱于减沙效应;随着放水流量的增加,大豆与裸地输沙率均呈递增趋势;坡面径流平均流速、径流深、雷诺数、Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,弗劳德数逐渐减小,流速与流量呈幂函数关系,水流为层流、急流状态。     

草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验研究

[目的]研究草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验。[方法]通过放水冲刷模拟试验对内蒙古自治区达茂旗草原土壤侵蚀特性进行系列分析,研究土壤侵蚀产沙过程和机理。[结果]变坡径流平均流速随径流量和坡度的增大呈波动趋势增加;坡面径流平均输沙率和平均剪切力均随流量的增加波动增加,随坡度的增加而呈抛物线形式变化,临界坡度值出现在25°左右,流量对输沙率的影响大于坡度因素的作用;坡面径流平均输沙率与平均剪切力之间有良好的线性关系。[结论]该研究为建立我国草原区土壤侵蚀预报提供理论依据。     

露天煤矿排土场边坡防护措施减水减沙效益分析

以排土年限为1 a的边坡为对象,采用野外径流小区定位观测方法,分析了自然降雨条件下撒播种草、沙柳方格、沙打旺秸秆覆盖、稻草帘子覆盖4种边坡防护措施的减水减沙效果。结果表明,稻草帘子覆盖措施的径流调控效果最好,沙打旺秸秆覆盖措施次之,两者产生的径流量分别较裸地减少65.53%和63.35%;沙柳方格措施的减水效果一般,较裸地减少3.19%;撒播种草措施的减水效果不明显。稻草帘子覆盖措施和沙打旺秸秆覆盖措施的减沙效益分别为93.63%和91.46%,效果良好;撒播种草措施和沙柳方格措施次之,减沙效益分别为36.64%、30.75%。其结果为防治矿区水土流失提供了重要的科学依据。     

晋西黄土区不同植被格局坡面产流产沙特征

  目的   研究不同植被格局对坡面产流产沙特征的影响,为黄土高原水资源匮乏地区坡面水土保持植被格局的优化配置提供依据。   方法   采用野外模拟降雨试验,测定5种植被格局（2种块状镶嵌格局、横条带状格局、顺坡带状格局和裸地格局）的产流产沙特征及土壤入渗特征,探讨坡面不同植被格局和破碎度对产流、产沙、入渗的影响。   结果   （1）植被具有良好的蓄水减沙效益,植被的减沙效益为47.44% ~ 91.67%,蓄水效益为25.67% ~ 62.94%,植被的减沙能力强于蓄水能力。（2）植被格局对坡面的产流产沙量均有显著性影响（P < 0.05）,试验所设置的几种格局的蓄水减沙效益依次为:块状镶嵌格局 > 横条带状格局 > 顺坡带状格局。块状镶嵌格局水土保持效果最佳。（3）不同植被格局的产流过程均呈现“快速上升—相对稳定”的趋势,植被格局有助于延迟坡面径流峰值的出现时间。（4）植被斑块的破碎化指数与侵蚀产沙呈反比,植被斑块破碎化程度越高,侵蚀产沙量越低,蓄水减沙效益越好。（5）不同植被格局的入渗系数为:块状镶嵌格局 > 横条带状格局 > 顺坡带状格局 > 裸地,Horton模型对不同植被格局土壤入渗的拟合效果较好。   结论   通过以上研究发现,块状镶嵌格局的蓄水减沙效益明显优于裸地和顺坡带状格局,因此在水资源有限的黄土区,可以采取植被与裸地交替分布的方式种植植被,以达到蓄水、减沙效益最大化。      

麦糠基质草坪水土保持效果研究

室内人工降雨条件下,对麦糠基质草坪的产流、产沙规律进行了试验研究.结果表明:麦糠基质草坪盖度对坡面出流时间影响显著,随着麦糠基质草坪盖度的增加,坡面径流的出流时间延迟,在降雨强度为1.0mm/min,坡度5°条件下,草坪盖度由裸地增大至80%时,出流时间由4.42min变为12.88min;坡面产流量和产沙量随着麦糠草坪盖度的增大而减少,在坡度30°,降雨强度为0.5mm/min、1.0mm/min、1.5mm/min条件下,30%、55%、80%盖度的草坪的产流量与裸地相比,分别减少了30%、40%、70%以上,与裸地相比,产沙量减少均达到90%以上.研究表明,麦糠基质草坪可有效延迟产流时间,减流、减沙作用明显,具有良好的水土保持效果.     

模拟降雨条件下林下枯落物层减流减沙效应

通过室内模拟降雨试验,研究了不同坡度、雨强条件下枯落物覆盖对坡面产流过程和侵蚀过程的影响。结果 表明:1)枯落物单位面积生物量越大,坡面产流越迟,并且枯落物覆盖延迟地表径流产生的作用在30 mm/h 雨强下 较60 mm/h 更为突出;2)坡面总径流量随枯落物单位面积生物量增大而减小,30 mm/h 雨强下减少率在4.8% ~ 54.8%之间,60 mm/h 雨强下减少率在4.2% ~ 26.8% 之间,30 mm/h 雨强下枯落物的减流效应要优于60 mm/h 雨 强;3)坡面产沙率和总产沙量均随枯落物单位面积生物量的增大而减小,当枯落物生物量为50 g 时,坡面的总产沙 量相比裸坡可降低56.2% ~68.0%,枯落物生物量达到200 g 之后坡面总产沙量相比裸坡能降低92.2%以上,即使 在60 mm/h 雨强下枯落物层仍能发挥良好的减沙效果;4)枯落物层拦截泥沙的效应要强于其减少径流的效应,有 枯落物覆盖的坡面,在径流量较大的情况下,产沙量也可能较小。实验表明,要发挥枯落物层良好的水土保持功 能,枯落物单位面积生物量需达到250 g 以上。      

赣北红壤坡地不同类型梯田减流减沙效益研究

为了探讨赣北红壤坡地的开发治理模式,选择5种不同类型梯田,通过5年的野外定位观测试验,研究分析了不同梯田类型的减流减沙效益。结果表明:1试验区雨水资源丰富,年际间降雨量分配不均,有丰水和枯水年之分。2不同梯田类型均能显著减少地表径流,前埂后沟水平梯田减流效益最好,而梯壁裸露水平梯田减流效益最差。3相同的植被覆盖和梯壁植草条件下,内斜式梯田的减流效益明显好于外斜式梯田。4不同梯田类型均能显著减少泥沙流失量,有显著的保土减沙效益。梯壁裸露水平梯田的保土减沙效益最差,前埂后沟且梯壁植草梯田的保土减沙效益最好,值得在赣北丘陵区推广应用。     

元谋干热河谷坡面造林整地截流减沙作用研究

选择元谋干热河谷地区典型区段,采用坡面径流小区观测方法,以自然荒草丛坡面为对照,研究在自然降雨条件下,反坡梯田整地、水平阶整地两种造林整地方式对坡面径流泥沙的截流减沙作用。结果表明,反坡梯田和水平阶造林整地对地表径流的拦蓄都具有很好的作用,但反坡梯田整地方式比水平阶拦蓄径流能力更强,观测期反坡梯田整地和水平阶整地比自然坡面产流量分别减少71．42％和33．68％,产沙量分别减少56．02％和38．57％;实施造林整地措施后,随着时间的推移,产流产沙量越来越少,单场暴雨或特大暴雨对拦蓄径流和拦截泥沙效果起主导作用。     

坡耕地不同水土保持措施对径流泥沙与土壤碳库的影响

自然降雨条件下,采用标准径流小区法,研究了迤者小流域不同水土保持措施试验区水土流失和有机碳的流失特征.结果表明:(1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,导致泥沙结合态有机碳的流失量占总有机碳流失量的82.0％以上,最高达97.33％;(2)与裸露荒地(CK)相比,坡面林草措施和等高反坡阶措施均具有一定的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率分别为94.47％、61.70％,减沙率分别为94.81％、64.80％;(3)与CK相比,2种坡面措施均具有减少土壤有机碳储量损失的作用,并在一定程度上减缓了土壤有机碳库的负效应.雨季前后,CK坡面小区有机碳储量的减少率达14.39％,明显高于林草坡面3.83％的减少率和反坡水平阶坡面6.25％的减少率.因此,坡面水土保持措施的实施通过改变下垫面及地表微地形,减少坡面径流及径流所携带的泥沙与养分元素,进而减少坡耕地有机碳的输出.     

干热河谷雨养坡地剑麻和番麻的径流分配作用及水土保持效应

金沙江干热河谷水土流失严重,自然降雨对地面的溅蚀以及形成径流对地表的冲刷是造成区域土壤养分流失、地力退化的重要原因。为了探究番麻、剑麻对干热河谷地区坡地产流产沙的影响及其对降雨径流的调控分配机制,设置标准小区监测试验,比较番麻、剑麻和裸地措施对小区土壤侵蚀量及降雨径流分配的影响。结果表明:干热河谷地区坡地径流输出以地表径流为主, 3种处理小区地表径流占总径流量的比例为76.42%～95.78%;番麻、剑麻小区的地表径流与裸地相比分别减少了71.09%、 84.21%, 50 cm处壤中流减少了19.33%、32.77%, 100 cm处壤中流则增加80.26%、 36.84%。拟合方程分析发现,平均雨强对裸地小区的产流影响最大,3种处理小区泥沙含量均与径流深关系最为密切,呈极显著正相关关系(p0.01)。该结论提示,在干热河谷栽种剑麻或番麻可以有效降低坡面径流的产生,并减少干热河谷坡面土壤的侵蚀,且这种减流减沙效益与剑麻和番麻在不同降雨条件下对降雨径流(地表径流、壤中流和界面流)的分配作用有关。     

黑麦草对黄土坡面降雨产流产沙过程的影响

为研究草地对土壤侵蚀过程的影响,选用黄绵土人工种植草地,采用室内模拟降雨试验研究黑麦草不同覆盖度（0、25%、50%和75%）对3种降雨强度（60、90和120 mm/h）坡面产流产沙过程的影响。结果表明：黑麦草覆盖可以显著减小侵蚀产沙。在坡面土壤预饱和的条件下,坡面产流、产沙与时间呈线性关系;累计产流量随降雨强度线性增加;同一降雨强度条件下,草地覆盖度对累计产流量影响不显著;草地坡面水流含沙量、输沙率、次降雨产沙量均随覆盖度增大而降低,随降雨强度增大而增加;3种降雨强度条件下,无黑麦草覆盖坡面水流含沙量差异不显著,次降雨产沙量和输沙率随着降雨强度的增加而增大。研究结果可为土壤侵蚀预报模型建立及水土保持措施的制定提供理论参考。     

土壤结皮对西南横断山区土壤坡面产流产沙及养分流失的影响

采用人工降雨方法,模拟在无结皮和有结皮不同发育程度下,研究结皮对横断山区土壤坡面产流形成、侵蚀过程及养分流失过程的影响.结果表明,结皮促使坡面产流提前发生,但对坡面产流量的影响不甚明显;对坡面产沙量却有明显的作用;5°坡面有结皮处理的坡面产沙量较无结皮减少54％,而10°坡面有结皮处理的坡面产沙量则增加16％,表明土壤结皮对坡面侵蚀的影响与地面坡度有密切关系.坡面土壤磷钾流失过程均呈幂函数衰减趋势,无结皮坡面衰减速率较快,随着结皮不断发育,钾素流失形式以浸提态为主,逐步被溶解态所取代,磷素始终以泥沙浸提态流失占优势;与无结皮相比较,结皮坡面K+流失总量降低62.39％,径流样溶解态磷(DP)、泥沙浸提态磷(SEP)和泥沙浸提态钾(SEK)的流失总量分别降低33.33％ 、37.10％和78.36％.土壤结皮具有减少土壤养分流失和延缓坡面土壤质量退化的作用.     

基于通径分析的陕北黄土坡面径流产沙影响因素

通过对陕北半干旱黄土区16场有径流产沙发生的次降雨数据进行收集,以径流量和产沙量为因变量,植被类型、植被盖度、坡度、坡向、降雨量、降雨历时、场均雨强、I5、I10、I15、I30、土壤密度、土壤稳渗率作为自变量,在进行逐步回归分析的基础上,对影响径流量及产沙量的主要因素进行通径分析,结果表明:1)植被盖度、降雨量、降雨历时、I30、稳渗率是影响径流量的主要因素,径流量、植被盖度、坡度、降雨量、场均雨强、I15、土壤密度为影响坡面降雨产沙量的主要因素;2)降雨历时、降雨量、I30对径流量起到决定性作用,且对径流量产生影响的直接影响因素排序为降雨历时I30降雨量植被盖度稳渗率,而间接影响排序为降雨量降雨历时稳渗率I30植被盖度,决定系数排序为d降雨量·降雨历时d降雨历时·降雨历时dI30·I30d降雨量·降雨量d植被盖度·植被盖度;3)径流量、降雨量、I15对产沙量起到决定性作用。对产沙量影响因素排序:从直接通径系数来看,径流量I15土壤密度降雨量场均雨强植被盖度坡度;从间接通径系数来看,降雨量场均雨强植被盖度I15土壤密度径流量坡度;从决定系数来看,d径流量·径流量d径流量·降雨量d径流量·I15dI15·I15d土壤密度·土壤密度d降雨量·降雨量。      

坡面水土保持林地地表径流挟沙能力研究

以晋西黄土残塬沟壑区刺槐林地、油松林地、草地、农地为研究对象 ,利用野外放水试验的方法 ,研究了水土保持林对坡面径流的影响和坡面径流的挟沙能力 .结果表明 ,各地类径流的挟沙能力顺序为 :油松林地 <草地 <刺槐林地 <农地 .在分析各地类流速和泥沙含量的基础上 ,提出了各地类在一定流速范围内地表径流的挟沙能力 .同时利用统计分析提出了利用坡面流速计算侵蚀量的回归模型 .     

施肥与植被覆盖对坡地铵态氮流失的影响

[目的]明确黄土高原地区施用氮肥及不同植被覆盖对坡地土壤NH4+-N流失的影响.[方法]在人工模拟降雨条件下,利用室内可调节坡度的铁皮冲刷槽,研究降雨径流过程中坡面NH4+-N流失特征,以及坡度、植被覆盖、施用氮素肥料对坡面表层土壤NH4+-N流失的影响.[结果]施用到土壤中的NH4+-N会随径流流失,且主要随着泥沙流失而流失,极少部分NH4+-N入渗到土壤深层;施用NH4NO3会增加土壤自身的NH4+-N流失;植被覆盖减少了坡面土壤自身NH4+-N随泥沙流失的数量,但是加剧了添加氮肥中随径流流失的NH4+-N的数量.[结论]在坡地施用氮肥和种植植被,都会加剧坡地土壤自身中的NH4+-N流失,从而对生态环境产生危害.     

黄土区土壤结皮和垄高对坡面产流产沙的影响

通过室内人工模拟降雨方法,研究不同坡面处理(有结皮、无结皮)和垄高(7、10和13 cm)产流产沙情况,为黄土区等高耕作水土流失治理提供理论依据。结果表明,同一垄高下,土壤结皮使坡面初始产流时间提前,径流强度增大,径流总量增加;同一坡面处理下,随垄高增加,坡面径流总量和泥沙总量减少。垄高通过蓄积雨水能力影响土壤结皮对坡面泥沙总量作用。垄高7 cm时,蓄积雨水能力较小,坡面径流量较大,土壤结皮增大坡面产沙量,相比无结皮坡面增加38.70%;垄高为10 cm和13 cm时,蓄积雨水能力较强,坡面径流量较小,土壤结皮减少坡面产沙量,相比无结皮坡面分别减少21.10%和65.70%。坡面土壤侵蚀过程中,土壤结皮首先抑制坡面产沙,但随着降雨历时增加,土壤结皮促进坡面产沙。因此,在黄土区等高耕作中,应合理设置垄高,抑制结皮,以降低土壤侵蚀程度。     

间隔覆盖条件下坡面产流产沙状况的BP神经网络模拟

本文以塿土和黄绵土作为实验材料,尝试使用BP神经网络方法(Back-Propagation neural network)模拟人工降雨条件下,间隔覆盖坡面的产流产沙状况。通过设置不同坡度、降雨强度、面积比,获得各种因素不同水平组合下的实测数据;以实际降雨强度、坡度、面积比、径流起始时间和初始含水率5个因子为输入变量、坡面产流量和产沙量为输出变量,利用BP神经网络模型与多元线性回归模型对数据进行模拟分析,并检验其模拟效果。研究结果表明:训练样本集平均相对误差为18.23%,预测样本集平均相对误差为5.21%;与多元线性回归模型相比,BP神经网络模型拟合精度较高,拟合效果更理想,表现出更强的预测能力。另外,比较不同土质坡面产流量与产沙量模拟效果,塿土优于黄绵土。从本研究的结果看,BP神经网络模型应用于坡面产流产沙模拟预测,省时省力,方便快捷,具有一定的应用潜力,但其实际的模拟预测能力尚需进一步探索。     

高羊茅草地地表径流系数影响因素研究

高羊茅作为我国北方典型冷季型城市草坪草,具有调蓄雨水的作用。为了进一步深入研究北方高羊茅草地的降雨径流,本文采用人工模拟降雨试验,研究了高羊茅草地在不同覆盖度(60%和90%)及不同雨强(30、60和90mm/h)条件下的径流系数变化过程及其与影响因子之间的关系,并用裸地作为对照,得出高羊茅草地在不同试验条件下的径流系数削减率。研究结果表明:1)高羊茅草地初始产流时间随雨强增加逐渐提前,随着覆盖度的增加逐渐延长,同时,雨强越大初始产流时间提前幅度越小,覆盖度越大草地延缓初始产流时间的效果越明显;2)裸地和高羊茅草地的径流系数随降雨时间变化规律相似,均随降雨时间的延长先迅速增加后逐渐变缓,经过拟合裸地及高羊茅草地的径流系数与降雨时间均呈对数关系;3)高羊茅草地地表径流系数随着覆盖度的增加而降低,随着雨强的增加而增加,且覆盖度越低雨强对径流系数的影响越显著,反之则越不显著;4)高羊茅草地对径流系数的削减能力有限,随着雨强的增加两种覆盖度草地径流系数削减率越相近,在雨强为30、60和90mm/h时两种覆盖度草地径流系数削减率分别相差25%、24%和23%;5)建立试验条件下高羊茅草地径流系数与降雨强度、覆盖度、降雨时间的回归方程,经过验证,方程可用于试验条件下高羊茅草地径流系数的预测。