降雨条件下坡长对陡坡产流产沙过程影响的模拟试验研究

在室内人工模拟降雨试验基础上,研究了不同降雨条件下黄土陡坡径流量、产沙量随坡长延长的变化规律及相关关系。结果表明,径流量与产沙量随坡长的延长而增大,雨强越大二者增加的速度越快;初步得出60mm/h雨强是该区侵蚀产沙量明显增大的临界雨强;相同雨强下坡长每延长1m,坡面径流量与产沙量不呈比例增加,雨强大于60mm/h时坡长延长到4m产沙量增量呈现减小趋势,初步建议可每隔4m设置水土保持措施;雨强、坡长共同作用于径流量、产沙量时,雨强较坡长与径流量、产沙量的相关程度大(简单相关系数分别为0.728,0.586,0.720和0.295);雨强、坡长与径流量的偏相关系数分别为0.898和0.855,其关系可用线性关系描述(决定系数R2=0.87),二者与产沙量的偏相关系数分别为0.754和0.425。     

黄土丘陵沟壑区不同草本植物生长期植物纤维毯对沟道边坡产流产沙的影响

为探究植物纤维毯在黄土丘陵沟壑区的适用性以及不同植物生长期植物纤维毯的水土保持效益,以内蒙古呼和浩特市清水河县为研究区,采用野外人工模拟降雨试验方法,对植物生长期为58,81,132天的直播草本边坡和植物纤维毯边坡径流产沙进行模拟试验。结果表明:(1)植物纤维毯护坡措施可显著延长边坡产流时间,并且产流时间随着植物生长期的增加而增加。在植物生长期为58,81,132天时,植物纤维毯边坡产流时间分别为86,110,243 s,明显大于裸坡(50,70,111 s)和直播草本边坡(73,83,123 s)。(2)随着植物生长期的增加,植物纤维毯边坡径流量从13 125 mL降至5 478 mL,产沙量从73 g降至22 g;直播草本边坡径流量从25 573 mL降至14 340 mL,产沙量从201 g降至82 g。(3)植物纤维毯护坡措施减流效益为55%～78%,减沙效益为71%～89%。(4)坡面植被高度、盖度是植被生长状况中影响径流产沙的主要因子,径流量、产沙量与植被高度和盖度呈多元线性函数关系。植物纤维毯能够有效降低黄土丘陵沟壑区沟道边坡土壤侵蚀,减少产流。     

降雨和植被覆盖对铁路路基边坡土壤侵蚀的影响

[目的] 探究不同植被覆盖对边坡径流泥沙的削减作用,为改善道路路基边坡的植被配置,减少公路边坡的水土流失量提供科学参考。[方法] 选取江苏省南通市境内在建的南京市—启东市铁路路基为研究对象。利用坡面观测小区,选取观测期内不同降雨强度（15,28,40,63,82 mm/h）的自然降雨条件,对3种植被覆盖（灌草坡面、植草坡面和裸坡坡面）的坡面产流与产沙进行分析,揭示植被覆盖对径流和泥沙的拦蓄作用。[结果] 降雨强度对初始产流时间影响显著（p<0.05）,3种植被覆盖的初始产流时间随降雨强度的增加逐渐减少,植草坡面和草灌结合坡面相比裸坡坡面对初始产流时间的延缓作用显著。随着降雨强度的增加,3种下垫面坡面径流量均呈增大的趋势,植草和草灌结合坡面相比裸坡坡面有较好的削减坡面径流作用。试验条件下,草灌结合坡面削减率在54.20%～63.68%,植草坡面削减率在38.59%～55.37%。随着降雨强度的增加,裸露坡面所产生的泥沙量呈指数型递增,在降雨强度大于63 mm后尤为明显,由662.66 g （15 mm/h）陡增至2 002.95（82 mm/h）。植草和草灌结合坡面随降雨强度的增大产沙量增加不明显,泥沙产生量在0.9～4.9 g。[结论] 路基边坡产流产沙随着降雨强度的增大而增加,降雨对坡面产流产沙影响显著;植草坡面和草灌结合坡面相比裸坡坡面有非常明显的减少土壤侵蚀的效果。     

高速公路边坡快速绿化技术的应用与水土保持效果

研究液压喷播和喷混植生技术在高速公路边坡绿化中的应用，并对其水土保持效果进行分析评价。结果表明，液压喷播和喷混植生技术可以快速恢复坡面植被，水土保持护坡效果明显，应大力推广应用。     

岩土覆被格局对西南喀斯特坡地产流产沙的影响

为研究不同岩土格局对喀斯特坡地水土流失/漏失的影响,利用人工模拟降雨试验,以裸坡为对照组,研究镶嵌格局、横坡格局、顺坡格局3种岩土覆被格局下的坡面产流产沙特征。结果表明：(1)顺坡格局的地表产流量最多,分别较镶嵌格局、横坡格局与裸坡的地表产流量增加88.6%,67.1%,576.1%,同时顺坡格局的地下产流量最少,分别较镶嵌格局、横坡格局与裸坡减少37.5%,36.1%,39.2%。(2)地表产沙量顺坡格局>镶嵌格局>横坡格局>裸坡,地下产沙量镶嵌格局>横坡格局>顺坡格局>裸坡。3种岩土格局的地表产沙量较裸坡均有明显增加,但地下产沙量相对增加较少。(3)岩土格局可改变地表径流泥沙关系,地表累积径流量与地表累积产沙量呈幂函数关系,镶嵌格局明显改变地表径流泥沙关系,使坡面地表侵蚀量显著提升。研究结果可进一步深化对喀斯特坡地降雨侵蚀规律的认识,为喀斯特地区的石漠化治理提供参考依据。     

茵陈蒿群落分布格局对坡面产流产沙的影响

植被分布格局对其水土保持功能有重要影响。植被斑块与裸地斑块的不同组合配置对调控坡面径流侵蚀的作用不同。本文通过野外人工模拟降雨,对黄土丘陵区演替初期茵陈蒿(Artemisia capillaries)群落不同格局下的侵蚀产沙特征进行了定量分析研究。结果表明:在2.43mm/min雨强下,盖度相同组合不同,分布均匀的小斑块格局(B)比大斑块格局(C)的减流量高,但减沙效益降低。与裸地小区相比,格局B、C减流效益分别为14.7%、9.5%,减沙效益分别为36.14%和63.86%。坡面累计产流量随降雨历时逐渐增加,且二者呈线性相关。累计产沙量随降雨历时先增后减,表现为二次函数关系。累计产沙量与累计产流量之间也为二次函数,即随着径流量的增加,累计产沙量先增加后减少。     

寒旱环境黄土区植物护坡原位模拟降雨试验研究

在自建试验区内为研究植物护坡水文效应,本项研究采用野外模拟降雨试验的方法,分别对种植柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii Kom.）、霸王（Zygophyllum xanthoxylon Bunge Maxim.）2种灌木植物边坡和种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）、细茎冰草（Agropyron trachycaulum Linn. Gaertn.）2种草本植物边坡,以及作为对照组未种植植物的裸坡开展相同试验条件的模拟降雨试验。试验结果表明,在相同试验条件下裸坡的稳定径流量和泥沙量均相对较大其值为450.0～475.0 ml/min,8.28～8.36 g/min;种植霸王、柠条锦鸡儿边坡稳定径流量和泥沙量为307.0～355.5 ml/min,3.12～4.07 g/min;种植细茎冰草边坡、垂穗披碱草边坡稳定径流量和泥沙量为24.0～41.3 ml/min,1.52～2.40 g/min,该试验结果说明了坡面产生的稳定径流量和稳定泥沙量与边坡的覆盖度之间呈负相关关系以外,还进一步反映出种植草本植物的边坡其坡面产生的稳定径流量、泥沙量则显著小于种植灌木植物边坡,即种植灌木边坡其坡面产生稳定径流量、泥沙量分别是种植草本边坡的1.338～1.466倍、2.054～2.654倍;裸坡坡面以下0—20 cm处及坡面以下20—40 cm处含水率增幅分别为38.94%,11.08%;种植柠条锦鸡儿、霸王边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为42.24%～44.19%,10.63%～11.76%,种植垂穗披碱草、细茎冰草边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为47.27%～48.11%,13.98%～14.74%,坡面以下40—60 cm处的（c层）含水率变化相对不显著,表明在边坡种植的草本和灌木植物,在降雨坡面雨水入渗的过程中,阻止和减少了坡面径流的形成,同时亦反映出生长草本植物的边坡其阻止和减少坡面径流形成的作用相对显著于灌木植物;裸坡的径流系数为63.40%,种植柠条锦鸡儿和霸王边坡径流系数则分别为18.00%和20.33%,细茎冰草和垂穗披碱草径流系数分别为6.57%和1.71%,草本植物边坡径流系数相对最小,反映出草本植物其抵挡坡面雨水冲刷和侵蚀以及抑制地表径流作用等方面较灌木植物显著。     

草被减流减沙效应及其力学机制分析

 利用人工模拟降雨试验,定量研究不同降雨强度下20°坡面草地的减流减沙效应,探讨草被坡面固土作用的力学机制。结果表明:在45、87和127mm/h降雨强度下,草地坡面土壤的平均入渗率是裸地坡面入渗率的2.1～4.2倍;与裸地相比,草地径流流速减少77.3%～79.8%,径流量减少51.9%～99.1%,产沙量减少93.6%～99.2%;从力学角度分析坡面土壤颗粒的受力情况,建立的坡面产沙量与径流切应力的关系模型可用于草被坡面土壤流失量预测;试验条件下,草地临界径流切应力值为2.857N/m2,裸地临界径流切应力值为0.861N/m2,坡面产沙量随径流切应力的增大而增大。研究结果对定量评价草被减流减沙作用和深化土壤侵蚀力学过程有一定的参考意义。     

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。     

水土保持措施对径流泥沙及养分流失的影响

以北京市门头沟区龙凤岭水土保持科技示范园为研究对象,对2005—2009年汛期(5—11月)径流小区的径流量、侵蚀产沙量及养分流失量进行了分析。结果是:同为10 m坡长的径流小区,其径流量和养分流失量从大到小依次为裸地、坡耕地和石坎梯田,产沙量最大的是裸地,其次是石坎梯田,最小的是坡耕地;与裸地小区相比,10 m坡长的水土保持措施小区可减少全氮流失量50.5%~91.4%、减少全磷流失量31.8%~75.8%;20 m坡长裸地径流小区的径流量、泥沙量和养分流失量均明显大于鱼鳞坑,鱼鳞坑小区可减少径流量68.4%~83.0%、减少产沙量71.1%~82.7%、减少全氮流失量64.4%~74.9%、减少全磷流失量40.6%~87.3%。说明水土保持措施具有良好的保持水土和减少养分流失的作用。     

不同长度小麦秸秆覆盖下黄土耕地坡面流水动力学特性

为了系统研究秸秆长度对坡面流水动力学特性的影响,利用室内人工模拟冲刷定床阻力试验,在4个坡度、5个流量条件下分别对3~5、8~10和13~15 cm长度秸秆覆盖坡面流水动力学参数变化特征进行分析,阐明不同长度秸秆覆盖坡面水流阻力与雷诺数的关系。结果表明,秸秆长度对坡面流水动力学参数影响显著。不同长度秸秆覆盖条件下,坡面流雷诺数变化范围为166~558,当流量≤7.5 L/min时,坡面流态为层缓流;流量为9.0 L/min时,坡面流态为过渡缓流。秸秆覆盖条件下,坡面流具有较小的流速和较大的水深、Darcy-Weisbach阻力系数及曼宁糙率系数。随着秸秆长度增加,坡面流流速随之增加,而水深、Darcy-Weisbach阻力系数及曼宁糙率系数随之降低。随着秸秆长度和水力坡度增加,流态指数值总体呈现降低趋势。当秸秆长度由3~5 cm增加至13~15 cm时,流态指数平均由0.716降至0.501。研究可为秸秆覆盖条件下水土流失阻控机理研究提供科学依据。     

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。     

不同处理下油松枯落物减流减沙效应试验研究

森林枯落物对坡面土壤侵蚀过程发挥着重要的调控作用,但其控制效应仍待明确。采用室内大型土槽及人工模拟降雨试验探讨油松枯落物的不同铺设方式对坡面产流产沙的影响,试验在4种雨强(30,60,90,120mm/h)和油松枯落物的3种铺设方式(裸坡对照、枯落物直接铺设和枯落物隔网铺设)下进行,设置枯落物隔网铺设方式来研究枯落物降低雨滴动能减少击溅侵蚀作用,设置枯落物直接铺设方式来研究枯落物增大地表粗糙率阻滞拦截作用。结果表明:(1)枯落物存在使坡面初始产流时间延长2.3～5.5倍,且枯落物隔网铺设较直接铺设初始产流时间更长。(2)2种枯落物覆盖坡面与裸土坡面相比,枯落物减小坡面径流流速47.9%～62.3%,雨强越小,枯落物减弱径流流速作用越明显。(3)枯落物显著增加入渗并减小径流,在雨强较小时作用更加明显。(4)枯落物可减少径流泥沙75%以上,直接铺设减沙更加明显,这主要是由于枯落物增大地表糙度减小流速。研究结果为植被坡面土壤侵蚀模型建立提供一定理论基础,为面向水土流失防控的植被构建提供一定科学依据。     

秸秆覆盖对三峡库区坡面侵蚀的影响

[目的]分析农作物秸秆不同覆盖处理对坡面产流、产沙影响,为三峡库区坡耕地水土保持措施优化提供技术支持。[方法]利用人工模拟降雨技术,分析了5种不同雨强下不同秸秆覆盖处理的径流、泥沙过程。[结果]坡面覆盖秸秆能推迟坡面初始产流。在小雨强时,秸秆覆盖推迟初始产流显著,但随着雨强的增加,推迟初始产流的作用降低。在坡面下坡段覆盖秸秆推迟初始产流效果优于在坡面上坡段覆盖秸秆。对于产流产沙而言,在坡面上坡段覆盖秸秆与无覆盖差异不显著,但在坡面下坡段覆盖秸秆时径流模数和侵蚀模数为无覆盖的61.57%~69.1%和14.54%~18.31%,且减少地表径流和泥沙流失效果优于在坡面上坡段覆盖。秸秆覆盖后土壤流失比(SLR)介于0.022~0.611之间,且随着覆盖率的增加而降低,在坡面下坡段覆盖秸秆SLR值在上坡段的1/4。[结论]合理选择农作物秸秆在坡面覆盖的坡位及覆盖度,能有效降低坡面产流与侵蚀产沙,产生较好的水土保持效应。     

人工降雨条件下秸秆覆盖减少水土流失的效应研究

采用人工模拟降雨试验,研究秸秆不同用量对径流、入渗和土壤侵蚀的影响.结果表明:秸秆覆盖有增加入渗和减少水土流失的作用;覆盖率大于40%条件下能有效地控制水土流失,但当覆盖度低于40%时对控制水土流失的作用不明显.在土壤含水量10%,降雨强度120 mm/h的雨强条件下,秸秆覆盖能推迟起流时间1～15min,增加累积人渗量37%～113%,减少径流总量3%～40%,减少土壤侵蚀10%～80%.     

闽北锥栗林经营过程中的水土流失防治效果研究

采用侵蚀针与径流小区定位观测相结合的方法,比较黑色薄膜覆盖与绿肥覆盖、割草覆盖、生物篱、施用除草剂等传统经济林水土流失治理措施的水土保持效果,探讨在锥栗林中黑色薄膜覆盖防治水土流失的可行性。结果表明:不同处理的水土及养分流失量总体上均显著小于对照。其中,绿肥覆盖与施用百草枯2种处理的液体径流量在试验期间均低于其他3种处理措施。由于覆膜减少了降雨的入渗量,与其他处理相比,黑色薄膜覆盖的液体径流量较大,其固体流失量则在不同月份均最低,施用百草枯处理的固体流失量也显著小于其他传统处理。通过对不同处理的坡面侵蚀空间分异特征进一步分析得出,与对照相比,绿肥覆盖、生物篱、施用百草枯3种处理的坡面净侵蚀现象随着处理时间的延长而逐渐减少,而黑色薄膜覆盖与割草覆盖处理的坡面净沉积作用明显。因黑色薄膜覆盖可实现"肥与水隔离",大量的液体流失并未造成过多的养分损失,仅5—6月的液体全P、全K和铵态N大于对照,7—10月,液体养分流失量也显著小于对照,且黑色薄膜覆盖在试验期间固体养分流失量总体上均显著小于其他处理。此外,黑色薄膜覆盖大大缩短了果实捡拾时间,降低了人工成本。黑色薄膜覆盖措施在减轻坡面土壤侵蚀、减少土壤养分流失方面效果显著,相对其他措施在锥栗林的水土保持方面具有优势,但较强的膜上径流具有加剧侵蚀的倾向,限制其实际应用。可结合设置覆膜比例,采用有孔薄膜、坡面微工程等减少液体径流,以达到薄膜覆盖的最佳效果。     

稻草编织物覆盖对坡耕地红壤土壤侵蚀和养分流失的控制作用

采用田间小区试验,研究了稻草编织物覆盖在坡耕地红壤水土流失控制上的作用及其对玉米生长的影响。结果表明:在坡耕地红壤上,稻草编织物覆盖能有效抑制土壤侵蚀和养分流失,增加玉米产量。在种植玉米条件下,稻草编织物覆盖比无覆盖处理土壤的径流量和侵蚀量分别降低了38.40%和75.36%,比薄膜覆盖处理土壤的径流量和侵蚀量分别降低了15.41%和5.83%。稻草编织物覆盖侵蚀土壤流失的有机质、全氮、全磷和全钾分别占无覆盖处理流失量的12.04%,12.15%,12.11%和12.48%,薄膜覆盖处理则分别占无覆盖处理流失量的48.66%,52.55%,54.54%和53.37%。对坡耕地红壤地表径流、土壤侵蚀量和养分流失的控制作用效果为稻草编织物覆盖>薄膜覆盖>无覆盖。稻草编织物覆盖在降雨集中时期控制水土流失作用更为显著。稻草编织物覆盖和薄膜覆盖玉米产量分别比无覆盖处理增加8.05%和29.67%。     

Runoff sediment particle sizes associated with soil erosion in the Lake Tahoe Basin,USA

Runoff sediment from disturbed soils in the Lake Tahoe Basin has resulted in light scattering, accumulation of nutrients, and subsequent loss in lake clarity. Little quantified information about erosion rates and runoff particle‐size distributions (PSDs) exists for determining stream and lake loading associated with land management. Building on previous studies using rainfall simulation (RS) techniques for quantifying infiltration, runoff, and erosion rates, we determine the dependence and significance of runoff sediment PSDs and sediment yield (SY, or erodibility) on slope and compare these relationships between erosion control treatments (e.g., mulch covers, compost, or woodchip incorporation, plantings) with bare and undisturbed, or ‘native’ forest soils. We used simulated rainfall rates of 60–100 mm h⁻¹ applied over replicated 0·64 m² plots. Measured parameters included time to runoff (s), infiltration and runoff rates (mm h⁻¹), SY (g mm⁻¹ runoff), and average sediment concentration (SC, g L⁻¹) as well as PSDs in runoff samples. In terms of significant relationships, granitic soils had larger particle sizes than volcanic soils in bulk soil and runoff samples. Consequently, runoff rates, SCs, and SYs were greater from bare volcanic as compared to that from bare granitic soils at similar slopes. Generally, runoff rates increased with increasing slope on bare soils, while infiltration rates decreased. Similarly, SY increased with slope for both soil types, though SYs from volcanic soils are three to four times larger than that from granitic soils. As SY increased, smaller particle sizes are observed in runoff for all soil conditions and particle sizes decreased with increasing slope. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

有机培肥对红壤坡耕地产流产沙的影响

采用侵蚀小区田间监测方法,研究秸秆覆盖、生物质炭和猪粪等有机物料添加对红壤坡耕地产流产沙的影响。结果表明:2015年红壤坡耕地侵蚀量达到36 t/hm~2,78%~86%发生在花生季,达到中度侵蚀。与对照(CK)处理相比,单施化肥(NPK)处理没有降低产流产沙(P0.05)。与NPK处理相比,秸秆覆盖(NPK+Str)处理显著降低了产流产沙(P0.05);生物质炭(NPK+BC)处理显著降低了产流(P0.05),但是减沙效果不明显(P0.05);猪粪(NPK+SM)处理尽管提高了地表径流(P0.05),但是显著降低了产沙(P0.05)。秸秆资源在该区匮乏,秸秆覆盖难以推广。生物质炭的团聚能力弱,颗粒小,质量轻,易随水流失,在坡耕地上改良效果不明显。猪粪在该区资源丰富,不但提高土壤肥力,促进了团聚体形成,而且水土保持效果好,是该区农业生态环境可持续发展的重要措施之一。     

Control of erosion in a mature orchard

Abstract. During 1986 erosion on soil mulched with 6 t ha^-1 of straw was compared with that on soil maintained bare by herbicides in a mature apple orchard. The orchard was on well-drained soil with a sandy loam top on a slope of 2°. Erosion was greatest in the alleys between the trees, where traffic had compacted and smoothed the soil. The mean annual soil loss on bare ground in the alleys was 0.45 t ha^-1; straw mulch reduced this by 85%. Erosion was worst between July and October, when rainfall > 10 mm h^-1 was most frequent. However, differences in soil moisture and resistance to infiltration may have also contributed to differences in erosion throughout the year.