模拟降雨条件下不同土石比例弃土堆置体产流产沙研究

为研究不同土石比例条件下弃土堆置体水土流失特征之间的差异,以前期概化的4类弃土堆置体中坡顶平台有车辆碾压的弃土堆置类型为研究对象,采用人工模拟降雨试验,研究4种土石比例弃土堆置体在4种降雨强度条件下的产流产沙特征。研究表明:4种土石比例的弃土堆置体的开始产流时间随着砾石含量的增加而缩短;相同土石比例条件下,径流率和侵蚀速率随着降雨强度的增大而增大;相同降雨强度条件下,径流率和侵蚀速率随着土石比例的减小而减小;径流率随着降雨时间的推移在一定范围内呈波动式变化,侵蚀速率随时间推移呈稳定、波动两种变化趋势。不同土石比例弃土堆置体平均径流率、平均侵蚀速率随着砾石含量的增大而增大;总产沙量随着总径流量的增大而增大。     

模拟降雨条件下赣北地区弃土堆置体侵蚀产沙试验研究

以赣北红土为研究对象,在室内模拟我国南方红土地区的开发建设项目弃土堆置体,对不同雨强下,不同堆置形态堆置体的侵蚀产沙过程进行试验研究。研究结果表明:堆置形态对径流率的影响不明显,而砾石含量的增加能够延迟径流率达到稳定的时间;侵蚀速率随降雨历时变化呈现多峰型变化趋势;砾石和坡顶平台有车碾压堆置形态均能使总产沙量进一步增大,堆置形态均为散乱锥状堆置的两种类型,土石比为9∶1的堆置体的产沙量最大可达到纯土堆置体的1.92倍(2.0mm/min降雨强度);当堆置体均为纯土时,坡顶平台有车碾压堆置体的总产沙量最大可达到散乱锥状堆置体的1.50倍(1.5mm/min降雨强度)。各类型弃土堆置体的平均径流率、平均侵蚀速率均与降雨强度存在着显著的线性关系;同时总产沙量与总径流量也存在着显著的线性关系(P0.05)。     

生产建设项目弃土堆置体下垫面仿真模拟标准化参数

室内模拟降雨实验是进行生产建设项目人为弃土水土流失特征研究的重要方法。为了使实验下垫面设计更加科学合理,实验结果应用范围更加广泛,通过对陕西关中平原区和秦巴山区各类生产建设项目弃土堆置体的实地调查,结合室内实验,运用经典统计学有关原理对堆置体的坡度、坡长、坡面物质组成进行统计分析。结果表明:秦巴山区生产建设项目弃土堆置体在不同坡面位置上,块石和土壤结构体的含量均明显大于关中平原区;两研究区内细粒土含量极少且均未超过2%;块石和土壤结构体重力分选作用明显,D<10mm的坡面物质在不同坡位的含量数据变化较小且无明显规律;因此在室内进行下垫面仿真设计时,对D<10mm的坡面组成物质可不考虑坡面位置的差异性。两研究区内弃土堆置体坡度多集中在26°～35°之间,贡献率分别为90.2%和88.8%;弃土堆置体坡长多集中在2～8m之间,贡献率分别为100.0%和79.4%。因此,在室内进行下垫面仿真设计时应重点对上述坡度、坡长范围进行实验测试。     

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。     

弃土弃渣坡面产流产沙模拟研究

弃土弃渣水土流失量预测是生产建设项目水土流失监测的重要内容。通过室内人工模拟降雨试验,模拟建设项目侵蚀强度与弃土弃渣在不同降雨条件下石块出露面积和土壤粗化的关系,探讨弃土弃渣坡面产流产沙量预测方法。在不同雨强(0.7、1.0、1.5 mm/min)和坡度(5°、15°、25°)组合的9种情况下,研究了降雨侵蚀过程,以及降雨前后单位面积石块出露变化量、表层土石混合物中石块所占比例、侵蚀强度与降雨前后表层土石混合物中石块所占比例差值之间的关系。结果表明:不同坡度、雨强条件下产流率随降雨时间推移均呈先增大后逐渐趋于平稳的趋势,两者之间的关系可用幂函数方程描述;不同坡度、雨强条件下含沙量均在产流后4 min和10 min左右出现峰值,16 min后基本平稳;降雨侵蚀导致土壤中细小颗粒被剥蚀,石块逐渐出露,侵蚀强度与单位面积石块出露变化量之间呈线性正相关关系;侵蚀强度与降雨前表层土石混合物中石块所占比例之间呈指数负相关关系;侵蚀导致分选作用,使得表层土壤粗化,不同雨强、坡度下侵蚀强度与降雨前后表层土石混合物中石块所占比例差值之间呈线性正相关关系。     

硬地面侵蚀产沙模拟试验研究

硬地面由于具有容重大、地表完全裸露、易受人为干扰等特性,因而其产沙特性有其自身的规律。在人工降雨实验模拟的基础上,对硬地面次降雨侵蚀产沙过程和影响硬地面侵蚀产沙的因素进行了初步探讨,为硬地面的侵蚀防治提供了科学依据。     

生产建设项目弃土堆置体的类型与特征

采取路线调查与典型调查方式,依据中国主要水蚀类型区,并结合生产建设项目分布的情况,以平原、丘陵、土石山区3大地貌类型为基础的地貌分类框架,以黄土、黑土、褐土、棕黄壤、红壤等为基础的土壤类型分类框架,对分布于不同类型区的各类点式工程、线式工程产生的人为弃土堆置体进行现场调查,依据弃土的堆置方法和堆置形态可将弃土堆置体抽象概化为散乱锥状堆置、依坡倾倒堆置、分层碾压坡顶散乱堆置、线型垅岗式堆置、坡顶平台有车辆碾压的倾倒堆置5类人为堆置微地貌。研究结果可为生产建设项目弃土堆置体下垫面室内仿真模拟研究提供理论依据和技术支撑。     

胶东铁路弃土弃渣体产流产沙特征

通过人工模拟降雨试验,研究降雨强度和坡度对胶东铁路弃土弃渣体产流产沙的影响。根据青荣铁路沿线降雨和弃土弃渣体堆积特点,设计3种雨强(20,40,60mm/h)和3个坡度(20°,30°,40°)。结果表明:(1)当降雨强度由20mm/h增加到60mm/h,产流开始时间可缩短11~20s;当坡度由20°变化到40°,产流开始时间可提前17~22s。(2)径流量、产沙率在降雨初期剧增到峰值,之后径流量逐渐趋于稳定,而产沙率波动减小后逐渐趋于稳定。(3)相同坡度条件下,雨强40 mm/h下的径流量较20 mm/h时增加37.3%~122.6%,产沙率约为20mm/h时的1.5~19.5倍;而雨强60mm/h下的径流量较40mm/h时仅增加19.1%~26.7%,产沙率仅为40mm/h时的62.5%~151.8%。(4)相同雨强条件下,坡度对径流量、产沙率的影响存在临界坡度(30°~40°),径流量、产沙率随坡度的增大先增加后减小。(5)弃土弃渣体坡度为30°时坡度对坡面侵蚀量的贡献率大于雨强贡献率;而40°时雨强贡献率明显超过坡度。研究结果可为胶东半岛区域铁路项目建设期间弃土弃渣体的水土流失监测及防治提供技术支撑。     

移动降雨条件下坡面产流产沙过程试验研究

通过对降雨移动方向上不同雨强和降雨历时的研究,揭示移动降雨坡面产流产沙关系及其变化规律,采用2个降雨移动方向(沿径流向上和向下移动)、2个雨强(1.35,2.75mm/min)和2个降雨历时(60,120min)在室内进行模拟移动降雨试验,分析不同降雨移动方向、不同雨强和降雨历时坡面产流产沙特征。结果表明:(1)向上移动降雨,相同历时(相同雨强)条件下,大雨强(长降雨历时)初始产流时间为140s(240s),比小雨强(短降雨历时)提前165s(65s)。(2)向下移动降雨,雨强越大,降雨历时越短,产流产沙曲线越陡峭;产流量和产沙量达到峰值的时间一致。(3)与向上移动降雨相比,向下移动降雨初始产流平均时间、产流和产沙达到峰值的平均时间分别滞后了2 210,2 468,2 948s;产流总量和产沙总量分别减少了13.08%~74.90%和42.95%~84.24%,但产流和产沙峰值大小没有明显变化规律。(4)不同降雨移动方向,坡面累计产沙量和累计产流量之间的函数表达式不同。     

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。     

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.     

模拟降雨条件下金银花对片麻岩坡地土壤侵蚀的影响

通过室内人工模拟降雨的方法,研究不同树龄金银花对片麻岩坡地土壤侵蚀的影响。结果表明:种植金银花能明显减缓雨水对片麻岩坡地的土壤侵蚀。金银花能延迟初始产流时间,降低径流模数和输沙模数,且随树龄的增加效果明显增加。相比裸地,种植1,3,6年树龄金银花分别延迟产流时间0.71%,23.33%和39.20%;6年金银花降低径流模数和径流深分别达75%和51%,降低输沙模数为23.42%～57.60%。金银花能提高土壤抗侵蚀能力,相比裸地,种植1,3,6年树龄金银花坡面WAS_0.25分别提高11.52%,19.37%和24.35%。在近根区,相比1年树龄金银花根系生物量,种植3,6年金银花依次增加82.67%和191.26%。根系生物量与金银花坡面的总减流率和总减沙率呈极显著正相关,其相关系数(R^2)分别为0.801和0.911。总体上,金银花能够控制片麻岩坡地土壤侵蚀,并在一定程度上提高土壤抗侵蚀能力。     

磁性示踪条件下坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀空间分异特征

在10°,15°,20°坡面上布设磁性示踪剂,通过模拟降雨(60mm/h)研究坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀空间分异特征。结果表明,随着坡度增大,坡面产流、产沙量递增;坡面坡度越大,达到稳定产流、产沙的时间点越靠后。10°坡面土壤磁化率降幅以上坡位最大,中坡位其次,下坡位最小;随着坡度增大,坡面土壤磁化率降幅以下坡位最大,中坡位其次,上坡位最小。坡面磁化率变化表明,10°坡面上坡位受到的土壤侵蚀最严重,在15°和20°坡面下坡位土壤侵蚀强度加大。     

人工模拟降雨条件下不同雨强、坡度对紫色土坡面产流的影响

[目的]研究不同降雨强度和坡度对紫色土坡面产流过程的影响,为紫色土区域的水土流失防治提供科学依据。[方法]基于室内人工模拟降雨试验开展研究。[结果]不同雨强和坡度下的产流过程可大致分为"下凹"型和"上凸"型,且分别可以用指数函数和对数函数描述。随着雨强和坡度的增大,产流时间逐渐减小,产流过程逐渐趋于一致,坡面径流量逐渐增加。坡度和雨强对径流总量的贡献率有着对比消长的关系,小雨强下(雨强为33和54mm/h),坡度是坡面径流总量的主要贡献因子,随着雨强增大(雨强为94和125mm/h),雨强为坡面径流总量的主要贡献因子。[结论]坡度和雨强均为坡面侵蚀的主要影响因子,随着坡度和雨强的增加,坡面侵蚀更加剧烈,主要侵蚀因子也由坡度转变为雨强。     

野外人工模拟降雨条件下荒草坡产流产污试验研究

采用人工模拟降雨的方法,以5种不同的降雨强度研究浙江省临安市青山湖流域内荒坡的产流产污特征.结果表明,降雨径流总量与降雨强度呈正相关,相关系数达到0.873 2;径流中平均含沙量浓度雨强关系不显著,不同污染物产污浓度大小排序为COD>TN>TP>水溶性磷;雨强越大,污染物浓度越小,说明雨水对污染物浓度有稀释作用;不同污染物的次产污模数与雨强呈正相关,相关系数均在0.9以上,说明降雨强度越大,产生的污染也越大.     

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。     

模拟降雨条件下林木裸露根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响

为探究喀斯特地区林木根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响,采用人工模拟降雨方法,研究林木根系3类分布方式：根系横坡方向局部裸露（横向）、根系顺坡方向局部裸露（顺向）、根系垂直坡面（垂直）的土壤侵蚀特征。降雨强度为75 mm/h,降雨历时为90 min,坡度为25°。结果表明：（1）降雨过程中,横向和垂直生长根系影响土壤入渗,壤中流和地下径流产流时间表现为顺向>横向>垂直;顺向坡面地表径流初始产流时间比横向和垂直坡面略有提前,但差异不显著（p>0.05）;（2）横向、顺向及垂直坡面地表径流总量大小表现为顺向>垂直>横向,壤中流与地下径流产流速率在降雨过程中缓慢增加,降雨停止后急剧减小;（3）林木根系3类分布方式坡面间的地表减沙效益表现为横向>垂直>顺向。综上所述,顺向坡面的汇流作用促使地表产流产沙增加,垂直坡面增加土壤降雨入渗并减少侵蚀,横向坡面对坡面径流泥沙的拦蓄作用最为明显。研究结果对认识喀斯特石漠化坡地土壤侵蚀机理和水土流失防治措施提供了参考。