降雨因子对粉煤灰产流产渣的影响

为研究降雨因子对粉煤灰产流产渣的影响,揭示粉煤灰产流产渣的规律,采用径流小区定位观测试验,研究雨季期粉煤灰径流小区在自然降雨条件下的产流产渣特征。结果表明:(1)观测期内总降雨量为1 160.0mm,侵蚀降雨量为720.7mm,7月份降雨、侵蚀降雨均最多,分别为409.6mm和217.1mm,暴雨的侵蚀降雨量最大,为280.1mm;(2)7月份产流产渣最多,3个小区的产流产渣量分别为0.72,1.06,0.67m~3和0.30,0.90,0.21kg,暴雨的产流产渣量最大,分别为0.62,1.02,0.73m~3和0.16,0.57,0.15kg,降雨量大于50mm的降雨产流产渣量最多,分别为0.79,0.98,0.53m~3和0.17,0.72,0.15kg,雨强大于40mm/h的降雨产流产渣量最多,分别为0.82,1.06,0.76m3~和0.21,0.87,0.19kg;(3)降雨量、I30、降雨侵蚀力与产流产渣显著相关,径流量受降雨量影响最大,产渣受降雨侵蚀力影响最大,受降雨历时的影响都最小。产流产渣与降雨量、I_(30)、降雨侵蚀力均呈多项式关系,产流与降雨历时呈线性关系,产渣与降雨历时线性关系不明显。随着降雨的持续,粉煤灰产流产渣也随之增加,侵蚀降雨量、降雨侵蚀力对其影响尤为明显。研究成果利于贮灰场粉煤灰流失的预防和治理,为贮灰场的生态恢复提供参考。     

不同雨强和坡度下侵蚀性风化花岗岩母质坡地产流产沙特征

为研究解决南方侵蚀性风化花岗岩地区的水土流失问题,该文采用室内人工模拟降雨方法研究了不同降雨强度(30,60,90,120,150 mm/h)和不同坡度(5°,8°,15°,25°)条件下的风化花岗岩残积坡地的土壤侵蚀过程。结果表明:1)坡面径流的初始产流产沙时间都随着坡度和雨强的增大而提前;2)坡面径流量与坡度之间不呈简单的正相关关系,径流系数随雨强的变化呈现指数相关关系,入渗率在雨强为30~120 mm/h之间在坡度8°左右出现极大值;3)侵蚀产沙量随坡度和雨强的增大而增大,其与坡度之间的关系可以用幂函数表示,决定系数均达到0.815,与雨强之间为指数函数关系,决定系数均达到0.889以上;4)水力侵蚀对泥沙具有分选性,径流侵蚀挟带泥沙中的粉粒、黏粒以及细砂粒含量较多;5)坡度和雨强对于侵蚀产沙量的综合影响可以用线性相关方程来比较准确地描述,对产沙量的影响权重排序为:含沙量雨强径流系数坡度。     

黄土区薄厚层浮土土质道路降雨侵蚀过程差异

土质道路经长期碾压产生了大量浮土,加剧了道路侵蚀.本文通过人工模拟降雨试验,研究不同雨强及坡度条件下薄层1.0 cm和厚层4.0 cm浮土土质道路的产流产沙特征.根据侵蚀物质的差异,将浮土道路侵蚀过程分为单独浮土侵蚀阶段和浮土、道路混合侵蚀阶段.结果表明:(1)浮土侵蚀阶段、混合侵蚀阶段薄层浮土平均径流率为厚层浮土的1...     

关川河流域1995-2010年降雨特征及其水土流失效应

依据定西关川河流域1995-2010年的水文站监测数据,分析了该地区降雨特征及其水土流失效应。结果表明:(1)流域降雨事件主要发生在5-9月,7-8月降雨量达到全年最高值,而侵蚀性降雨主要发生在7-8月15a间侵蚀性降雨日数占总降雨日数的9.53%侵蚀性降雨量占总降雨量的39.41%。(2)15a间共观测到1|123d降雨,降雨总量达4866.98mm多年平均降雨量304.19mm,年际变化趋势不明显,每年约10%的侵蚀性降雨事件造成土壤侵蚀。(3)河川径流量与输沙量呈极显著正相关关系(p<0.001),二者均呈波动减少的趋势当表层土壤处于缺水状态时,降雨对土壤侵蚀的影响延迟。(4)由于影响土壤水蚀的因素错综复杂,降雨量、侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力均不能独立反映流域土壤侵蚀过程。     

Compaction,hydrological processes and soil erosion on loamy sands in east Shropshire,England

Field investigations on loamy sands in east Shropshire show that compaction by agricultural machinery increases soil bulk density and soil erodibility, and decreases infiltration rates. Structural and hydrological changes, in combination with runoff concentration in cultivation lines, can contribute to serious erosion of arable soils. Compacted soils are also more responsive to rainfall and evidence is presented that intensities as low as approximately 1 mm h^?1 can be erosive. Evidence suggests that compacted subsoils impede infiltration and so contribute to surface runoff and serious topsoil erosion.     

Effects of rock fragment cover on soil infiltration, interrill runoff and erosion

Considerable attention has been paid recently to the influence of surface rock fragments on hydrological and erosional processes, although much of this research has been done on disturbed soils under laboratory conditions. I have studied the effects of rock fragments on soil infiltration, runoff and erosion under field conditions using simulated rainfall on bare areas of natural soils within typical Mediterranean scrubland characterized by patchily distributed vegetation. Sample areas were chosen where rock fragments cover more than half the surface within unvegetated patches. Twenty experiments were carried out by applying rain at an intensity of 55 mm h^?1 for 60 minutes. This approach shows that rock fragments (i) retard ponding and surface runoff, and (ii) give greater steady‐state infiltration rates and smaller interrill runoff discharges, sediment concentrations and interrill erosion rates. A second set of six experiments was carried out by applying rainfall at an intensity of 55 mm h^?1 for two runs of 60 minutes. The second run was initiated 10 minutes after the first. During this interval, surface rock fragments were removed in order to measure their effects on infiltration, interrill runoff and erosion rates. In this way, I showed that water and soil losses are reduced by the rock fragments. After the removal of rock fragments the steady‐state infiltration rate diminished from 44.5 to 27.5 mm h^?1 and the runoff coefficient, sediment concentration and erosion rates were, respectively, 3, 33 and 39 times greater than they were before the rock fragments were removed.     

山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征

为探究山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征,本研究选择裸地坡面径流小区为研究对象,利用小区观测法得到的降雨、径流以及泥沙等资料,通过频率分析法拟定研究区侵蚀性降雨标准,并运用数理统计方法从时间、降雨强度、降雨侵蚀力角度分析侵蚀性降雨分布特征.结果表明:1)该研究区侵蚀性降雨标准为降雨量17.3 mm;2)7月份侵蚀性降雨场次、降雨量、径流量和产沙量占侵蚀性降雨比例为42.31％、45.71％、85.78％和97.97％,其他月份侵蚀性降雨分布较少;3)大雨、暴雨以上侵蚀性降雨,高降雨强度型降雨场次分别占相应雨量等级比例为60％和100％,其产沙量所占比例分别为75.07％、100％;4)降雨侵蚀力＞1000MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨产沙量占侵蚀性降雨比例为95.26％,其径流深是≤1 000 MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨3倍以上.以上研究表明,研究区侵蚀性降雨标准为17.3 mm,其主要分布在中雨以上雨量等级,造成严重土壤侵蚀的侵蚀性降雨多为高降雨强度型降雨或降雨侵蚀力＞1 000 MJ·mm/(h.hm2)的降雨,且其多分布于7月份.本文结果有助于研究区小流域侵蚀性降雨规律分析以及土壤侵蚀规律研究.     

室内模拟降雨条件下径流侵蚀产沙试验研究

降雨及其产生的径流是引起黄土高原土壤侵蚀的主要动力,开展黄土区降雨产流产沙过程研究可为土壤侵蚀过程模型研发奠定基础,为水土保持与生态建设提供重要科学依据。利用室内模拟降雨试验,研究了不同植被格局条件下的坡面侵蚀产沙、径流、入渗规律及相关关系。研究结果表明,裸坡坡面下,雨强是影响径流的主要因素,径流贡献率为87%;坡度是影响产沙的主要因素,产沙贡献率为76%;在大雨强或陡坡条件下,这种趋势更加明显。模拟降雨条件下,坡面含水量以坡面中下部最大,坡面中部居中,坡面上部最小。坡面植被覆盖对侵蚀产沙的影响大于坡度因素的影响;相同覆盖度条件下,植被空间位置对水沙调控作用大小顺序依次为:坡底>坡中>坡顶。随植被覆盖率的增加,径流总量呈幂函数减小趋势,产沙总量和径流含沙量呈指数函数减小趋势,植被对水沙调控作用逐渐增强。本文研究成果对于深入理解流域径流产流产沙过程具有重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持。     

Within-storm soil surface dynamics and erosive effects of rainstorms

This study deals with the characteristics which make a rainstorm an event that can produce intense erosion and even trigger the formation of a badlands site. In order to keep the presentation closely linked to a real situation, a rainstorm which took place on an experimental farm equipped for soil erosion studies was selected. The effects of the erosive rainstorm, which fell on dry antecedent moisture conditions, are given in terms of total rill erosion and rill cross-section along the slope. Unfortunately, the data collected did not answer the basic question, i.e., what combination of factors makes a rainstorm critical? A set of rainfall simulation experiments was therefore carried out, in the field and in the laboratory, in order to evaluate the soil surface variations caused by the rainstorm. All the experiments were performed on dry antecedent soil moisture conditions. It was confirmed that the characteristics of the infiltration curve are modified considerably during such rain events. The saturated conductivity of the first thin top-layer is also modified and it can easily decrease by a factor of 10 due to drop impact forces. The runoff coefficient is also influenced by the raindrop impacting energy and it increases sharply with cumulate energy until a maximum value is reached. The surface micro-relief dynamics was also studied. It was very clearly shown that impacting drop kinetic energy is the rainfall characteristic which is linked to random roughness decay. Cumulative rainfall was not able to align all the data in a single trend. The effect of surface micro-relief decay on the rainstorm erosive power was examined using two equations, thus linking Manning's hydraulic roughness to random roughness. Using a simulated runoff over the field plots that were particularly eroded by the rainstorm, it was possible to observe that the runoff drag forces reached values of between 3 and 100 times the ones which would have been calculated if the random roughness had been constant during the same event. Many of the soil surface characteristics that are modified interact with one another and with erosion. Examining each of them in isolation cannot explain the drastic increase in erosivity of a rainstorm, as the latter is the result of the combined effects of all the surface modifications.     

不同植被类型下坡面径流侵蚀产沙差异性

利用野外模拟降雨试验分析不同植被类型不同雨强下坡面降雨入渗产流和侵蚀产沙过程特征及径流侵蚀产沙差异性,阐明了不同植被类型对坡面降雨侵蚀产沙过程的调控机理及其差异。结果表明:荒地、草地和坡耕地坡面产流产沙过程线均较林地强烈,呈现出多峰多谷的特点;植被类型和雨强及二者的交互效应均对产沙有显著影响,植被类型的作用大于雨强,交互效应相对较弱;植被类型和雨强对径流有显著影响,植被类型的作用大于雨强,此时交互效应的影响并不显著。各种类型的产沙量均存在显著差异,除荒地和草地两者径流量无明显差别外,其他两者之间存在显著差异。林地具有蓄水减沙的水土保持功效,草地具有直接拦沙的水土保持功效,植被对有效控制水土流失至关重要。该项研究有助于更好地理解植被、降雨和侵蚀之间的相互关系。     

黄土区野外模拟降雨条件下坡面径流—产沙试验研究

降雨及径流所引起的水力侵蚀产沙问题,是当今世界上最大的环境问题之一。通过野外模拟降雨试验,研究不同雨强下不同下垫面降雨侵蚀产流、产沙、入渗等的相关规律。研究结果表明:雨强90mm/h时,原生地径流量最大,达到28.4L/min,林草地径流量最小,在4.1～7.6L/min之间波动,雨强120mm/h时规律保持一致,原生地达到36.05L/min,林草地为6.85～10.88L/min;产沙量规律为荒地最大,林草地最小,荒地在两种雨强下产沙量分别为45.77～252.94g和52.76～162.48g,林草地分别为2.82～6.99g和7.33～40.24g;入渗规律为林草地最大,原生地最小,其中小雨强时林草地入渗率为1.18mm/min左右,原生地为0.09mm/min左右,大雨强时林草地为1.42mm/min左右,原生地为0.12mm/min左右。这些规律之间均有很好的相关性,产沙量与径流量大时其入渗率就小。说明地表有植被覆盖时可以增大入渗率,减小径流,产沙量。雨强不同时其规律保持一致。该研究对于深入理解流域产流产沙过程具有十分重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持,也可为今后水土保持与生态建设提供重要科学依据。     

黄土高原水土保持措施强化降雨入渗分析及灰色预测

黄土高原水土流失综合治理是以强化降雨入渗,减少地表径流,阻止土壤侵蚀为目的。因此,治理区降雨入渗量的大小是衡量水土流失治理效果的关键指标之一。目前入渗量的计算多利用年总降雨量,由于在黄土地区小雨量或小强度的降雨具有与水土流失治理的零相关性,因而会导致对水土流失综合治理强化入渗作用估计的较大误差。提出用1a中产生径流的次降雨总量(产流降雨总量)计算入渗量。以西川河流域为例,采用1997—2001年的降雨径流资料,分别用年降雨总量与产流降雨总量推求降雨入渗系数,对比分析了入渗量随流域水土流失治理度的变化,结果表明:利用产流降雨总量能比较清晰地反映流域治理程度对降雨入渗的影响。在此基础上,采用GM(1,1)灰色动态模型预测西川河流域降雨入渗量随水土流失治理度的变化趋势。结果表明,GM(1,1)灰色模型能够合理地预测黄土高原水土保持措施对自然流域入渗量影响的变化趋势。     

喀斯特坡地侵蚀性降雨阈值初探

喀斯特坡地表层岩溶带发育，入渗强烈，产流机制与非喀斯特坡地有较大差异，为提高喀斯特坡地土壤流失模型预测准确性，以贵州省普定县陈旗小流域6个不同土地利用类型径流小区为观测对象，分析2007—2010年、2015—2019年2期泥沙和地表径流数据，了解产流产沙规律，并利用降雨侵蚀力偏差法计算各小区侵蚀性降雨量。结果表明：(1)植被覆盖率与喀斯特坡地地表产流产沙量呈负相关，高植被覆盖下，暴雨和极端暴雨是造成喀斯特坡地水土流失的主要降雨事件；(2)植被恢复十余年随着覆盖度的提高，年均土壤流失量呈显著下降趋势，多小于10 t/km²;(3)喀斯特坡地裂隙发育，地下漏失严重，土壤量少且不易被侵蚀，除少数极端暴雨外，多数降雨不产流不产沙，因此建议将喀斯特坡地侵蚀性降雨量阈值定为50 mm,该阈值显著高于非喀斯特地区。     

黄土道路侵蚀过程模拟试验研究

黄土地区土质道路侵蚀强烈,严重影响当地的生产与交通事业。开展黄土道路侵蚀研究,对于黄土地区水土保持与生态经济建设具有重要意义。采用模拟降雨试验方法研究了黄土道路侵蚀过程,取得了如下结果。(1)道路径流侵蚀发生时间随雨强及坡度的变化皆可用幂函数方程描述;(2)道路径流侵蚀开始时含沙量很高,但很快下降并随降雨历时的延长而逐渐趋于相对稳定;(3)道路侵蚀率变化过程可分为3个阶段:径流侵蚀开始至20min及40min至侵蚀过程结束,侵蚀率随降雨过程的变化较大,20～40min之间基本稳定;(4)道路侵蚀模数随雨强及坡度的变化均可用幂函数方程描述,雨强及坡度对道路侵蚀的综合影响可用二元线性方程描述。     

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。     

黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展

枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用。黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗、产汇流等水文和土壤侵蚀过程。为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态、蓄积量变化、截留降雨、阻延地表径流、提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史。分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌、多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管。     

黄土高原水蚀风蚀交错区不同下垫面土壤水蚀特征实验研究

以位于黄土高原水蚀风蚀交错区的神东矿区为研究基地,以黄土、沙黄土、风沙坡、基岩风化坡地、人为弃矿渣为物质基础,采用野外人工模拟降雨的方法,重点分析不同组成物质和同一物质不同固结程度斜坡地的土壤水蚀特征。对系列实验数据,应用SPSS和DPS数据处理系统进行分析。结果表明:①在条件相近的情况下,场降雨侵蚀模数的排序为:黄土>沙黄土>沙坡>弃矿渣>风化壳;②在相同的雨强和坡度条件下,黄土坡面产流快,易形成细沟、浅沟,使坡地变得起伏不平;沙黄土坡面则产流慢,形成沟谷的时间较迟,但演化快。③多石块的粗骨性风化壳侵蚀量随降雨强度的增加而增加,但产沙过程却以产流初期最大,之后趋于减少并稳定;④同一物质不同堆积年限的坡地,在没有人为破坏的情况下,随着堆积年限的增加而固结程度提高,侵蚀模数由16 379 t/（km²·a）下降到1 227 t/（km²·a）。⑤弃矿渣坡地的侵蚀容易出现滑塌和滑坡,产沙过程波动明显,有短暂的高含沙量的泥石流过程。     

黄丘区野外坡面产流产沙过程对不同植被覆盖结构的响应

植被覆盖结构是影响坡面侵蚀过程的重要因素,通过在黄丘区罗玉沟流域开展自然植被覆盖坡面野外模拟降雨试验,分析了90 mm/h雨强条件下地下根系、地下根系+地表结皮层和地下根系+地表结皮层+植被冠层3种不同覆盖结构对坡面产流产沙过程影响。结果表明:植被根系层次对增强土壤入渗起主导作用,使土壤入渗量增加67%,稳定入渗率增加39.7%;3种植被覆盖结构中,地表结皮层对产流和产沙具有最好的调控作用,减流贡献率和减沙贡献率分别为43%和67%;根系小区和裸地小区累积产流量与累积产沙量之间呈幂函数关系,随着植被覆盖结构的叠加,累积产流量与累积产沙量之间呈线性函数的关系;多层次植被覆盖结构能够延长坡面侵蚀过程的发育期,缩短活跃期。研究结果对定量评价植被措施的减水减沙作用具有重要意义。     

暴雨条件下典型红壤区不同恢复方式侵蚀过程与特征分析

采用空间替代时间的方法,探究暴雨条件下典型红壤区不同恢复方式侵蚀过程与特征。选取不同恢复年限的低效林改造(R1)、乔灌草结构(R2)、自然恢复(R3)和对照(DZ)样地,设计1.5mm/min雨强,进行野外模拟降雨试验,分析坡面初始产流时间、径流率、侵蚀率、累积产沙量、入渗率等特征。结果表明:(1)3种恢复方式初始产流时间表现为R2R1R3,且R1、R2样地初始产流时间随治理年限的增加而延长;(2)3种恢复方式径流率、侵蚀率、累积产沙量均表现出R3R1R2,且R1、R2样地径流率、侵蚀率、累积产沙量随治理年限增加呈下降趋势;(3)同一恢复年限,3种恢复方式初始入渗率、累积入渗量、减流减沙效益均表现出R2R1R3;(4)3种恢复方式,恢复年限对侵蚀过程的影响表现为R1R2R3;累积产沙量与累积产流量成幂函数关系。研究结果为揭示典型红壤区不同治理方式的侵蚀过程研究提供参考,为典型红壤区水土流失治理提供科学依据。     

南极半岛海洋气候区的土壤I.风化作用

南极海洋性气候区是南极风化与成土作用相对较强的地区。本在对本区气候特点进行分析的基础上，明确了冻胀风化是本区最主要的物理风化形式，强烈的现代地貌过程对本区风化与成土过程具有显影响。阐述了本区内化学风化的主要过程、机制与产物，同时指出生物因素在本区的岩石风化与原始土壤形成过程具有重要意义。