黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙的地貌分带研究

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律,将晋西羊道沟小流域划分为坡面、沟坡和沟道3个大的地貌单元;并在坡面、沟坡和沟道不同的地貌部位建立了相应的侵蚀产沙关系式;在GIS空间分析的基础上,计算出流域的汇流网络,并引入到地貌分带研究中,计算结果反映了小流域不同地貌单元的侵蚀产沙规律,揭示了水沙汇流在小流域产沙中的重要意义.     

黄河中游小流域的泥沙来源研究

由于研究方法和手段的差异,已往黄河中游小流域的泥沙来源研究均以地貌部位确定泥沙来源,根据坡面水下沟的“净产沙”原理,在分析黄河中地区典型小流域沟侵蚀关系与产沙机理的基础上,运用成因分析法的概念分析和确定了小流域的泥沙来源,结果表明,在体现不同地貌部位在小流域汇流与产沙中的侵蚀作用机理方面,也就是从不同地貌部位泥沙产生的根源上看,黄河中游小流域的泥沙主要来自坡面,证实了黄河中游地区“治坡为主,坡沟兼治”治理方针的正确性。     

羊道沟流域侵蚀产沙模型原型选定问题

侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。土壤侵蚀模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个不同层次。在坡面尺度上,主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度上,不但考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙的影响、重力侵蚀及泥沙输移情况;在区域尺度上则主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。通过分析国内外常用的不同尺度上的侵蚀产沙模型及其最新发展情况,并借鉴羊道沟流域研究的丰富经验,提出了羊道沟流域作为王家沟流域-侵蚀产沙单元的侵蚀产沙概念模型,为流域侵蚀产沙模型尺度之间转换提供借鉴。     

砒砂岩区小流域坡沟系统地形及侵蚀分异规律

作为黄河流域典型生态脆弱区之一的砒砂岩区,水土流失治理难度大,区域地形、侵蚀在坡沟系统的分布迥异。区域土壤侵蚀研究多集中于刻画侵蚀空间分布及不同地类差异性研究,从坡沟系统细化开展研究工作较少,不能较好地为后续精细化治理提供支撑。因此,选取位于准格尔旗的3个典型砒砂岩区小流域,结合目视解译的流域沟沿线,开展了流域地形、水力侵蚀分布规律及其关联性研究。结果表明:流域地形因子分布特征与地貌特征分布一致,高值集中分布在沟道,低值则集中在坡面,且特拉沟小流域(覆沙)沟道处的地形因子统计值最大;砒砂岩典型流域水力侵蚀在坡面、沟道空间分布存在差异,流域坡面以微度侵蚀为主,占比达87%~97%,沟道微度侵蚀占比较坡面该值下降54%~72%,什卜尔泰支沟(裸露)沟道处的水力侵蚀模数均值最高,达97.5 t/(hm²·a);坡度、地表粗糙度、地表切割深度与水力侵蚀模数呈显著正相关关系(p<0.001),阳坡成为强度侵蚀以上单元的主要分布坡向,占比达56.8%~75.8%。因此,该区在后续小流域综合治理过程中,沟道及其阳坡是亟待加强的区域。     

三峡库区小流域模型侵蚀产沙空间分布试验研究

小流域是水土保持研究的基本单元,对其不同地貌部位泥沙来源及侵蚀过程的了解是预测和防治流域水土流失的重点。通过建立三峡库区小流域模型,实施降雨强度分别为60,90,120 mm/h的三场人工模拟降雨,并结合REE示踪技术,对小流域模型侵蚀产沙空间分布进行了定量研究。结果表明:三场降雨径流量及侵蚀量均随雨强增加,但径流量的增加幅度远大于侵蚀量。小流域内侵蚀量及相对贡献率空间分布规律一致,均是主沟沟道Ⅴ、Ⅵ区最大,靠近主沟的Ⅱ、Ⅳ及Ⅷ次之,位于小流域边缘的Ⅰ、Ⅲ及Ⅶ三区侵蚀量相对较小。总体来看,沟道系统的侵蚀贡献率均大于坡面系统,呈现沟道系统的泥沙贡献率逐渐减小,坡面系统泥沙贡献率则逐渐增大的趋势。本研究为REE示踪技术在三峡库区小流域的应用提供了技术参考,并为该地区水土保持的开展提供理论依据。     

基于GIS的次降雨分布式土壤侵蚀模型构建——以晋西王家沟流域为例

利用野外试验小区观测与人工模拟降雨资料,在定量分析羊道沟小流域坡面—沟坡—沟道侵蚀产沙关系基础上,建立了羊道沟小流域侵蚀产沙模型。借助GIS技术,将王家沟小流域划分为40个沟间地、40个沟坡地及它们组成的40个子流域和一个输水输沙通道。通过对比分析每个子流域降雨、地貌、治理、植被覆盖、耕作措施和土壤6个主要侵蚀产沙影响因子与羊道沟小流域各因子的关系,得到王家沟各子流域相对于羊道沟小流域侵蚀产沙模型相应参数的修正系数,结合王家沟流域主沟道泥沙输移关系,建立了王家沟流域次降雨分布式侵蚀产沙模型。利用王家沟流域1963-1968年22次天然降雨资料,对模型进行检验,结果较为理想,预测精度达到55％。     

小流域坡沟侵蚀关系的模拟试验研究

由于研究方法和研究流域的不同，关于小流域的坡沟侵蚀关系仍有不同的观点，通过室内模拟试验，研究了小流域的坡沟侵蚀关系，结果表明，小流域的坡沟侵蚀关系随小流域的沟道发育而变人,现出沟道侵蚀量逐渐减少，坡面侵蚀量逐渐增大总趋势，在次降雨中，也表现出类似的变化过程。     

坡沟侵蚀产沙关系的模拟试验研究

黄土高原坡面从分水岭到坡脚,径流侵蚀产沙方式和产沙强度等特征表现出明显的垂直分带性。为了揭示造成这种垂直分带性特点的形成机理,本文设计了4m长坡面(坡度为20°)和3m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统试验土槽,采用四个不同流量(2.1Lmin-1、3.2Lmin-1、5.2Lmin-1、7.2Lmin-1)的放水冲刷试验,研究了坡面不同来水量、来水含沙量及来水动能对沟坡侵蚀产沙的影响,并建立了坡沟系统侵蚀产沙过程的数学模型。结果表明:坡面放水径流强度、坡面来水含沙量以及坡面来水单位水流功率均影响着沟坡部分侵蚀产沙量的大小。坡面放水径流强度与沟坡侵蚀产沙量之间呈幂函数关系;坡面来水含沙量和坡面来水单位水流功率与沟坡部分的侵蚀产沙量之间呈线性关系。根据单位水流功率的概念,计算得出试验条件下沟坡侵蚀产沙的临界单位水流功率值为0.632。最后,根据改进的Yalin公式及沟坡侵蚀产沙的影响因素,分别建立了坡面和沟坡侵蚀产沙的数学模型,经计算后与实测值进行对比发现结果基本令人满意。     

城西川小流域坡面治理措施与坝系工程拦沙效果分析

在黄土丘陵沟壑区第五副区选择甘肃省环县城西川小流域,采用实地测量、全面调查和在沟道内布设拦沙输沙监测点的方法,对该流域坡面治理措施和坝系工程的拦沙效果进行了连续5年的监测。对监测成果进行了分析,结果表明坡面治理措施和坝系工程均能有效拦截小流域产沙,坝系工程的拦沙量大于坡面治理措施的拦沙量,这主要是由于坝系工程能抬高侵蚀基准面、稳定沟坡,控制沟床下切和沟岸扩张,能快速有效地拦蓄径流泥沙,控制水土流失。监测成果可为开展黄土高原小流域综合治理效益评价等提供参考。     

基于模拟降雨的坡沟系统侵蚀产沙时空分布特征研究

利用水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室全自动人工降雨系统,对人工模拟的裸露坡沟系统进行了3组不同降雨强度的模拟试验,对坡沟系统侵蚀产沙时空分布特征进行了分析。结果表明:坡沟系统侵蚀产沙量随降雨历时增加呈波动增加趋势,沟谷中部和坡面过渡区域侵蚀发育较早且发展最快,沟谷产沙及沟谷径流含沙量对坡沟系统出口径流含沙量的贡献最大,坡沟系统中沟谷中下部和坡面-沟谷过渡区域为侵蚀易发区域。在实践中建议采取工程和植物措施,着重治沟、兼顾治坡,有助于控制黄土高原沟道的侵蚀产沙。     

不同空间尺度上侵蚀产沙模型研究

土壤侵蚀模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域3个不同层次。在坡面尺度上,主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度上,不但考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙的影响、重力侵蚀及泥沙输移情况;在区域尺度上则主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。通过分析国内外常用的不同尺度上的侵蚀产沙模型及其最新发展情况,提出模型建立中存在的问题,可以为以后建立土壤侵蚀产沙模型提供借鉴。     

黄土区不同空间尺度土壤侵蚀预报模型研究

土壤侵蚀预报模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个层次。坡面尺度主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度不但要考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙及泥沙输移的影响;区域尺度主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。     

MIKE-SHE与MUSLE耦合模拟小流域侵蚀产沙空间分布特征

为有效认识流域侵蚀产沙来源,并探讨MIKE-SHE在中国黄土高原区域侵蚀产沙模拟的适用性,该研究采用分布式流域水文模型MIKE-SHE与修正的土壤侵蚀模型MUSLE耦合,对黄土高原典型小流域侵蚀产沙进行了空间分布模拟与评价。研究结果表明：流域侵蚀产沙主要来自于坡耕地和村庄、厂矿及居民用地,二者对于流域次降雨侵蚀产沙贡献平均为44%和34%。对于不同地貌单元,沟坡是流域侵蚀产沙的重要来源,其侵蚀产沙贡献高达68%。总体来看,73%的流域面积无明显侵蚀特征,而约17%为强度、极强度以及剧烈侵蚀区,剧烈侵蚀区多分布于沟坡和部分斜梁坡,这与现实流域植被覆被特征及侵蚀特征基本相符。沟道重力侵蚀是影响MIKE-SHE与MUSLE耦合模拟流域出口侵蚀产沙总量精度的重要因素之一。     

坡面侵蚀泥沙来源立体分布研究

采用REE-INAA方法,采取沿坡面分层分段的新型试验布设方法,研究次降雨条件下坡面侵蚀泥沙来源立体分布规律。结果表明:坡面侵蚀形态演变过程可划分为面蚀、细沟发育和细沟稳定3个阶段。细沟侵蚀是坡面侵蚀产沙的主要原因,试验中的细沟侵蚀产沙量约为面蚀产沙量的9.9倍。可以利用侵蚀产沙贡献率来表征不同试验区域产沙量对总产沙量贡献作用的大小。处于坡面底部的Eu区和Yb区是面蚀量最大区域,其侵蚀产沙贡献率分别为3.1%和3.3%。处于坡面底部的Nd区和Ce区是细沟侵蚀量最大区域,其侵蚀产沙贡献率分别为42.8%和37.5%。坡面中下部是坡面侵蚀泥沙来源的主要区域。     

利用稀土元素示踪三峡库区小流域模型泥沙来源

通过建立三峡库区小流域模型,实施降雨强度分别为60,90,120mm/h的3场人工模拟降雨,并结合REE示踪技术,对小流域模型侵蚀产沙过程进行定量研究。结果表明:3场降雨中,小流域不同地貌部位侵蚀量随着降雨的持续均呈现不同规律的波动性变化。而在土壤侵蚀量的贡献率方面,除Ⅵ区呈现先急剧减小后趋于稳定及V区呈现增加后减小的趋势外,其他各区均呈现稳定增长并趋于稳定。总体来看,沟道系统的侵蚀贡献率均大于坡面系统,并呈现沟道系统贡献率逐渐减小,坡面系统贡献率逐渐增加的趋势。3场降雨试验的实测土壤侵蚀量与示踪计算土壤侵蚀量对比,证明示踪结果具有一定准确性。     

黄土沟道重力侵蚀地貌因素分析

地貌是黄土沟道中重力侵蚀发生的重要条件。基于对黄土沟壑区桥沟小流域的实地观测和DEM数据,从沟道侵蚀的垂直分带性、沟道地貌发育的阶段性、坡面坡度分布等方面分析了流域地貌因素对重力侵蚀的影响。研究表明,桥沟流域存在<20°、20°～32°、32°～42°、>42°四个类型的坡面,其中30°左右是梁峁坡的临界坡面,40°左右是坡积物堆积坡的临界坡面,42°以上可以作为沟坡的判定界限。对不同坡度坡面水流输沙能力进行对比,可以估算出桥沟流域典型坡面重力侵蚀产沙量占总产沙量的42%左右。     

不同植被格局对梁峁坡-沟坡的侵蚀动力作用机制

[目的]探究不同植被格局对梁峁坡—沟坡的侵蚀动力作用机制,为进一步揭示草地坡面侵蚀规律和植被减蚀效应研究提供科学依据。[方法]以梁峁坡—沟坡为研究对象,采用室内降雨模拟降雨和三维激光扫描技术,分析不同植被格局对梁峁坡—沟坡侵蚀动力作用机制。[结果]径流流速和含沙量共同影响着坡面侵蚀动力过程,径流流速是主要影响因素。坡面的侵蚀产沙来源主要位于沟坡内,不同植被格局下梁峁坡与沟坡产沙比例的不同,反映了植被调控侵蚀的范围和强度的不同。草带位于梁峁坡中下部时,不但能够有效降低梁峁坡的侵蚀程度,而且能够有效抑制和减缓沟坡内的径流流速,大幅度降低梁峁坡下部和沟坡内的侵蚀程度。[结论]不同植被格局可以通过影响径流流速和含沙量来调控梁峁坡—沟坡侵蚀动力。     

基于双土槽试验研究的黄土坡面侵蚀产沙过程

 定量分析梁峁坡面各侵蚀带之间侵蚀过程中的相互作用及其影响机理,将为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论基础。利用供沙土槽和试验土槽双土槽径流小区,研究不同上方汇流含沙量、不同降雨强度和不同地表面条件下的黏黄土陡坡面(15°)上方汇流汇沙,对坡下方侵蚀产沙过程的影响。研究结果表明:上方汇流汇沙对坡面侵蚀产沙过程有重要影响,上方来沙不但被径流全部搬运,而且上方来水在试验土槽引起了净侵蚀产沙量,坡面侵蚀现象为侵蚀-搬运过程占主导地位。对于疏松土和紧实土处理,上方汇流引起坡下方的净侵蚀产沙量,分别占试验土槽全部产沙量的31.1％-97.3％和45.1％-89.7％。上方汇流引起坡下方净侵蚀产沙量随降雨强度的增加而增加,同时受土壤容重和下垫面细沟侵蚀发展过程的综合影响。土壤容重影响坡面侵蚀的发生和发展,而坡面侵蚀产沙过程与细沟发育过程相对应。     

坡面植被格局对坡沟系统能量调控及水沙响应关系的影响

通过室内放水冲刷试验,研究在坡沟系统土壤侵蚀过程中,不同坡面植被格局对能量的调控作用及其对水沙响应关系的影响,并建立不同坡面植被格局下基于能量参数的侵蚀产沙方程,深入了解能量与侵蚀产沙之间的响应关系。结果表明:(1)相比于裸坡,在坡面有植被覆盖的情况下,径流功率大幅度降低,植被能够有效地削减径流功率,起到保护土壤的作用;在不同时刻下,不同坡面植被格局的单位水流功率在坡面较小,进入沟道后单位水流功率急剧上升,呈"N"形曲线分布,经过SPSS软件分析,坡面植被格局对单位水流功率的影响不显著(P0.05);坡面植被格局对径流能耗的变化基本没有影响,不同时刻,不同坡面植被格局下坡面上每个断面的径流能耗在1 500~2 000J保持不变,在进入沟道后径流能耗急剧上升,达到4 800J左右;(2)在坡沟系统的坡面上种植植被可以有效地起到蓄水减沙的作用,当草带位置距坡顶2m时(格局F)的蓄水效益最好,达到19.07%,当草带位置距坡顶6m时(格局B)的减沙效益高达69.02%;(3)不同坡面植被格局下坡沟系统的累积产流量与累积产沙量之间满足M=aQb的幂函数形式,而且相关系数a和b可以作为蓄水减沙效益的指示指标;(4)在不同坡面植被格局下,坡面平均输沙率与径流功率满足D=cω+d线性函数关系。     

黄土高原坡沟系统土壤侵蚀研究进展

坡沟系统是黄土高原重要的流域组成单元,是小流域侵蚀产沙的主要源地,又是控制水土流失、恢复与重建生态环境的基本治理单元,对其侵蚀现象与规律的探究,可为黄土高原地区土壤侵蚀治理措施的优化配置提供重要科学依据.对黄土高原坡沟系统的侵蚀方式、侵蚀形态的垂直分带性、坡沟系统侵蚀泥沙的来源、上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀的影响、草被覆盖及其空间分布对坡沟系统侵蚀影响、淤地坝在坡沟系统土壤侵蚀研究中的应用等进行综述,指出在今后的研究中需要进一步开展侵蚀垂直分带结果和上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀影响的定量分析,加强坡沟系统侵蚀泥沙来源、淤地坝对坡沟系统土壤侵蚀影响以及野外原状坡沟系统草被覆盖和空间分布对坡沟系统侵蚀影响的研究.