模拟降雨下不同坡度土壤坡面产流产沙特征及磷和钾素流失研究

采用室内模拟降雨研究了不同坡度对土壤坡面产流产沙特征及其养分流失的影响。结果表明:在降雨条件下,初始产流时间随坡度的增加而趋于提前,初始产流时间变化范围为0.63~1.62 min,说明坡面产流时间因坡面坡度的增加而缩短。不同坡度条件下径流强度随降雨历时的增加而增加,在降雨历时前20 min,径流强度急剧增加,降雨历时20 min以后,径流强度增加趋势趋于平稳,径流强度遵循幂函数变化规律;不同坡度条件下入渗强度随降雨历时的增加而降低,在降雨历时前20 min,入渗强度急剧降低,降雨历时20 min以后,入渗强度降低趋势趋于平稳,坡面入渗强度随时间则呈对数函数变化。不同坡度下径流量均随降雨历时呈“增加—稳定”趋势（单峰曲线,抛物线规律）,在整个降雨过程中,径流量随坡度的增加而增加,在0~20 min内,径流量随降雨历时的增加陡然上升趋势,20~40 min,不同坡度条件下土壤泥沙侵蚀量均达到最大值,40 min以后泥沙侵蚀量随降雨历时的增加呈现基本平稳趋势,泥沙侵蚀量中DP,K⁺,SEP和SEK均随着坡度的增加而增加。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,其中坡面坡度为20°,25°和30°时,侵蚀泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于其他坡度,说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中各种类养分含量的增加效应,而随着坡度的增加,侵蚀泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量并非均显示出更进一步的相关性。     

降雨历时对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解降雨历时对黑土坡面养分流失的影响特征,探寻降雨历时对黑土坡面养分流失的规律,在沈阳农业大学水利试验基地,进行室内人工模拟降雨试验,对不同降雨历时条件下的黑土坡面养分流失进行研究。结果表明:降雨历时是影响坡地溶质迁移以及坡面降雨产流产沙的重要因素。降雨历时越长,表土养分流失越严重,N、P、K流失量越大,降雨后的养分含量越低,且累计径流量与泥沙量和降雨历时呈正相关变化,当降雨历时增加至90min后,土壤入渗率趋于稳定,径流量增加幅度减缓,且由于土壤发生沟蚀,泥沙量急剧增加。径流水样中N、P、K流失呈现出不同特征,当降雨历时90min时,随着降雨历时的增加,径流硝态氮迅速衰减,20min后逐渐趋于稳定,土壤养分含量均降低;当降雨历时进一步增大至120min时,硝态氮含量趋于稳定,基本没有变化,而磷离子和钾离子则由于土壤发生沟蚀,下层土壤中的PO_4~(3-)和K~+被浸提出进入径流中,导致其含量仅一步增加,磷离子增加幅度较钾离子相比更为明显,且随泥沙流失的养分与之呈现出相似规律。不同降雨历时条件下降雨前后土壤剖面养分含量垂直分布情况也有明显差异,随着降雨历时的增加,磷离子以及钾离子的浓度峰值变化不大,多出现在10cm表层土壤内,而硝态氮浓度峰值不断加深。30,60,90,120 min降雨后,硝态氮浓度峰值分别位于土层7,8,10,14cm处;土层的湿润峰也随降雨历时增大而增加,分别位于土层以下10,12,16,19cm处,降雨120min后,土层全部湿透。试验结果表明,降雨历时对硝态氮流失的影响比对磷和钾离子更为显著。     

花岗岩坡面降雨、产流、产沙相互关系的研究

本文通过坡面径流小区资料,用统计分析方法探讨了长江三峡花岗岩坡面降雨,产流、产沙之间的相互关系。结果表明,在各主要土地利用类型,产流量与降雨总量、时段最大降雨强度之间的双因素直线关系显著。在林地,产沙量与产流量呈幂函数关系;在坡耕地、水平阶地和荒坡地,产沙量与产流量呈直线关系。     

土壤容重对黑土坡面养分流失的影响

为深入了解土壤容重对黑土区坡面养分流失的影响,在沈阳农业大学水利试验基地,采用室内人工模拟天然降雨的方法,对不同容重条件下的黑土坡面养分流失进行研究。试验结果表明:土壤容重是影响坡地溶质迁移以及坡面降雨产流产沙的重要因素。土壤容重在0.8~1.3g/cm~3间变化时,随泥沙流失的养分与径流水样中养分的流失呈现出相似规律。随着容重增大,径流系数变大,产流时间提早,入渗率减小,溶质(N、P、K)的流失量增加。在产流初期,径流强度增加显著,径流硝态氮衰减速率快,10min内基本达到本底值,同一时段径流水样中PO_4~(3-)-P和K~+浓度升高,而产流后期,溶质浓度含量由于土壤发生面蚀甚至沟蚀而随容重呈相反变化。土层湿润锋深度随容重增大而变浅,容重为0.8g/cm~3时,湿润锋可达15cm,容重为1.4g/cm~3时,仅淋失到地表11cm深处,且表层土壤容重对硝态氮在土层中流失的影响大于对速效磷和速效钾流失的影响。当容重增大至1.4g/cm~3时,土壤结构坚实,养分浓度有所降低,流失量小,土壤流失情况减弱,说明采用适当的耕作措施改变表层容重可有效控制土壤侵蚀的发生。通过数学模拟分析,也进一步证实了幂函数是较为适于模拟黑土区溶质流失变化过程的模型。     

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%。     

泥石流流域降雨的产流与产沙研究

泥石流流域产流产沙与其他流域产流产沙不同 ,有其独特的特点。以云南东川蒋家沟为例 ,研究人工降雨下的小坡面产流产沙 ,自然降雨下的大坡面产流产沙 ,降雨的流域无泥石流时产流产沙和降雨的流域有泥石流时产流产沙 ,给出了相应的计算公式 ,并分别对比了各种情况下产流和产沙实测值与计算值 ,取得了较好的结果。     

交替冻融对坡面产流产沙的影响

冻融作用使土壤更容易成为侵蚀的物质来源,进而加剧土壤侵蚀程度。为了揭示冻融作用对坡面土壤水蚀的影响,该文通过室内交替冻融循环试验和人工模拟降雨试验,研究了交替冻融作用下坡面的降雨产流产沙特征。试验以未经过任何冻融作用的风干土壤为对照,设计了2种交替冻融循环周期处理(3和6)、2种土壤质量含水率水平(10%和20%)、4种降雨强度(25、50、75、100 mm/h)。结果表明,相对于对照,降雨强度相同时,2种土壤含水率下的交替冻融作用都可以使产流产沙强度增大,且产沙强度的增大幅度大于产流强度。交替冻融循环周期相同时,各降雨强度下的产流产沙强度随含水量的增加而增加。质量含水率相同时,各降雨强度下的产流产沙强度随冻融循环周期的变化相对较为复杂,当质量含水率为10%时,产流产沙强度随冻融循环周期的增加而增大,当质量含水率为20%时,产流产沙强度随冻融循环周期的增加而减小。当质量含水率为10%,交替冻融循环周期为3和6时,增流百分比分别为3.52%、4.71%,增沙百分比分别为6.13%、16.95%。当质量含水率为20%,交替冻融循环次数为3和6时,增流百分比分别为10.24%、5.01%,增沙百分比分别为81.99%、53.07%。相同降雨强度下,土壤质量含水率对产流产沙强度的影响大,交替冻融作用对产流产沙强度的影响小。该研究为冻融侵蚀机理的研究提供参考依据。     

不同土壤坡面产流产沙特征对比分析

通过不同坡度(5°,10°,20°)、不同质地土壤(粘土、砂土)的人工模拟降雨试验,对比研究粘土和砂土在不同坡度条件下的坡面产流产沙规律,并建立试验条件下坡面土壤侵蚀模型。结果表明:(1)粘土坡面和砂土坡面的产流规律相似,在相同试验条件下随着产流时间的延长粘土坡面和砂土坡面的产流率均先逐渐增加最后趋于稳定,同时随着坡度增大,粘土坡面和砂土坡面的产流率均逐渐变小,但粘土坡面达到稳定产流率的时间早于砂土坡面;(2)粘土坡面和砂土坡面的产沙规律相似,在不同坡度条件下粘土坡面和砂土坡面的产沙率均随产流历时呈先增大后降低的趋势,但粘土坡面的产沙能力小于砂土坡面,且在坡度为5°时两者之间的差别达到最大;(3)随着坡度增加,粘土坡面和砂土坡面的总产沙量的变化幅度均大于总产流量的变化幅度,即坡度对坡面侵蚀产沙的影响大于对径流的影响;(4)统计得出试验条件下粘土坡面和砂土坡面的土壤侵蚀量与坡度、产流时间的回归方程,并据此得出试验条件下粘土相对于砂土坡面的减沙能力方程。     

土壤结皮对降雨入渗和产流产沙的影响

 依据250场次人工降雨和相应的径流、泥沙资料,采用对比法,分析结皮与无结皮土壤对降雨入渗和产流产沙的影响。结果表明,非结皮土壤的平均入渗率是结皮土壤的1.25倍,平均产沙总量为1.28倍,而结皮土壤的平均产流总量是非结皮土壤的1.15倍。因此,土壤结皮具有减缓降雨入渗、增大地表径流和抑制产沙的作用,且雨强愈小影响作用愈大,雨强愈大,影响作用愈小。     

聚丙烯酰胺对不同土壤坡地降雨产流产沙的影响研究

聚丙烯酰胺(PAM)是一种新型高效土壤结构改良剂,对适宜的土壤它可抑制土壤表面结皮,增加土壤水分入渗。研究表明,土壤结构是影响施用PAM效果的决定性因素,粗砂土施用后可以增加径流量、减小产沙量,而壤土施用后径流量和产沙量都减小了,并且减少产沙量的效果要好于减少径流量的效果。壤土PAM的施用量以1.4 g/m2较为合适。     

中亚热带地区常绿阔叶林地表径流和产沙影响机制

为探究中亚热带地区常绿阔叶林地的地表径流和侵蚀产沙的影响机制,于2016年和2017年的5—9月在天然降雨条件下,采用野外定位观测结合室内试验分析方法,得到磨盘山常绿阔叶林林外降雨和林内穿透雨及其雨滴特性数据,采用RDA排序及CANOCO的Forward分析筛选出主导环境影响因子。结果表明:(1)产沙量与林外降雨量和林内穿透雨量存在正相关关系。当径流量0.064mm时,研究区内形成的地表径流才开始携带泥沙;林冠层对降雨动能的缓冲作用在降雨强度小的情况下较明显。(2)林冠缓冲动能、叶面积指数和树干茎流量与径流量产沙量存在负相关关系,降雨历时、林外降雨量、林内降雨量、平均雨强、雨滴个数、雨滴直径、雨滴速度、林内降雨动能、降雨总动能对径流量产沙量产生正相关影响。(3)对12个环境因子进行主导因子筛选,降雨总动能、林外降雨量、平均雨强、林冠缓冲动能、降雨历时对径流量产沙量的影响效果较为显著。从典范特征值分析结果显示,仅选择这5个主环境影响变量可解释环境影响因子与径流量产沙关系73.2%的信息量,比12个变量所解释的信息量仅少16.8%。     

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。     

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。     

模拟降雨条件下坡地径流泥沙特征研究

基于野外原位模拟降雨试验,研究桥子沟流域裸地、撂荒地、草地、林地4种土地利用类型的径流和泥沙流失分别对90,120mm/h两种雨强的响应特征。结果表明:雨强90,120mm/h条件下,4种土地利用类型中林地径流量最少,撂荒地产流量最大,约为林地径流量的7倍;产流量顺序为:撂荒地裸地草地林地;产沙量顺序为:裸地撂荒地草地林地;坡面累积径流量和累积产沙量随产流时间呈线性规律变化趋势,径流(产沙)系数表现为撂荒地裸地草地林地。坡面累积产沙量对累积径流量响应呈现幂函数变化规律,而且随着累积径流量增大,累积产沙量递增速率显著增大。     

人工模拟降雨下花岗岩崩岗区不同层次土体产流产沙特征

选取湖北通城县五里镇发育典型的崩岗作为研究对象,利用室内人工模拟降雨试验,分析花岗岩崩岗区各层次土体的产流产沙状况和泥沙各粒径流失规律。结果表明,各层次土体入渗率和累积入渗量在整个降雨时段内差异显著。随着降雨时间的延长,各层次土体入渗率均表现出先快速减小后逐渐趋于稳定,累积入渗量则相差越来越大;淀积层的稳定入渗率最大为328.75ml/min,是淋溶层的1.13倍,母质层的1.76倍;Horton模型能对各层次土体入渗率很好的拟合(R20.922),且拟合结果证实了模拟降雨条件下各层次土体入渗速率随时间变化规律。各层次土体产沙率和累积产沙量在整个降雨时段内差异显著。母质层平均产沙率为40.43g/(L·min),是淀积层的1.79倍,淋溶层的3.11倍;淀积层的累积产沙量增加较快,淋溶层的累积产沙量增长缓慢,母质层的累积产沙量在整个降雨时段内不断增加且远大于淋溶层和淀积层的累积产沙量。各层次土体0.2mm粒径的流失量最多,0.2~1mm粒径次之,1~2mm粒径和2mm粒径流失量最小;随着降雨时间的延长,淋溶层各粒径流失量均逐渐减小,淀积层各粒径流失量逐渐增多,母质层各粒径流失量逐渐趋于稳定。该研究对揭示崩岗区各层次土体侵蚀的产流产沙机理及侵蚀规律的研究具有重要的理论和实践意义,为崩岗水蚀过程物理模型的建立奠定基础。     

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...     

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。     

东北黑土区野外模拟降雨条件下产流产沙研究

对不同坡度(3°,5°,7°,9°,12°,15°)的径流小区,采用野外人工模拟降雨试验方法,对不同降雨强度(1.24,1.87,2.17 mm/min)黑土坡地产流和产沙随雨强和时间的变化特性进行模拟试验.通过对模拟降雨试验数据分析,得出结论:①同一坡度下,产流时间随雨强的变化具有明显的规律性,雨强越大,产流所需的时间越短.②累计产沙量随累计径流量的增加呈幂函数增加,满足y=AxB函数形式(定义A为产沙基数系数,B为产沙速率系数).③侵蚀产沙量随含沙量的增加呈线性增加,其表达式满足y=ax+b形式,系数a体现了产沙能力.④随着雨强的增大坡面径流量也增大;随着坡度的增大坡面径流量呈现先减小后增加,最后减小的趋势.⑤随着雨强的增大,坡面侵蚀产沙量基本呈现增加的趋势;而随着坡度的增加,坡面侵蚀产沙量变化复杂,12°～l5°之间存在试验条件下的临界坡度.     

模拟降雨条件下坡地氮流失特征研究

通过人工模拟降雨研究了5种雨强对紫色土坡地氮径流损失的影响.结果发现,(1)随着雨强的增大,地表径流占总径流量的比例上升.(2)径流中氮的流失是随着雨强的增加而逐渐降低的.其中铵氮和硝态氮作为可溶性氮,它们的流失浓度随着时间的变化有一定的规律性,主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度趋于稳定或减小,后期则又有所上升.(3)地表径流量对硝态氮的流失量起决定性作用,而浓度对壤中流流失量起主导作用.小雨强下紫色土坡地径流硝态氮流失以壤中流为主,随着雨强的增大,地表径流流失量的贡献率越发明显.