野外模拟降雨条件下径流小区产流产沙试验研究

降雨引起的侵蚀产沙,是全球性的严重环境问题之一,在我国黄土区表现尤为突出。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科学依据。利用野外模拟降雨试验研究了不同坡度、土地利用类型和雨强下径流、侵蚀产沙规律及相关关系。结果表明:在降雨过程中,产流时间随坡度、雨强的增大而变短,裸耕地产流时间短于自然草地。径流量随产流历时增加而增大,且坡度、雨强越大其值越大。产流过程中侵蚀产沙量呈先陡增、再陡减、最后趋于稳定的现象;坡度、雨强越大产沙量的峰值越大,峰值出现时间也相应提前。自然草地侵蚀产沙量极少,草地起着重要的固沙作用。建立径流与产沙回归关系,产沙量与径流量呈二次多项式函数关系,揭示了降雨过程中产流产沙变化规律。     

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。     

崂山水库流域不同土地利用类型地表径流的氮磷流失特征

在崂山水库流域非点源污染发生区.于2009年7-8月5次天然降水条件下,选择林地、果园、耕地、村庄4种典型的土地利用类型进行降雨、径流水质同步监测,分析不同土地利用类型地衰径流中氮磷的流失情况.结果表明,村庄径流中铵态氮、溶解总磷的质量浓度高于其他地块的,最高值分别达4.51,1.337mg/L,耕地径流中硝态氦浓度最高,可达15.52 mg/L.基于SCS模型估算不同土地利用类型的氮磷年径流负荷和年径流流失量,总体来看,硝态氮的输出负荷明显高于铵态氮和溶解总磷的,耕地中硝态氮径流负荷最大,可达40.61 kg/(hm2·a),耕地中化肥的大量施用是硝态氮流失负荷高的主要原因.     

不同土地利用类型下水土流失特征及雨强关系分析

坡面是黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀的重要源地,以岔口小流域4个不同类型的径流场观测数据为基础,对不同土地利用类型下的径流、泥沙和氮流失特征进行研究,并分析不同时段雨强对其的影响。结果表明,裸地的产流和产沙量最大,天然林地产水、产沙及氮流失量最小;年内单位面积径流量与最大30min雨强呈较好的指数函数关系,且拟合程度高于最大20min雨强和最大10min雨强,而与平均雨强呈3次函数关系;单位面积泥沙流失量也表现出相似趋势。坡耕地径流中氮流失浓度最高,尤其是6,7月份的高强度降雨产生的径流,年度内同等程度降雨条件下径流中氮流失浓度呈现前高后低的趋势。     

不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失规律的研究

通过室内模拟人工降雨试验,研究不同土地利用方式片麻岩坡面水土流失和养分流失特征。结果表明:谷子地、草地坡面产沙量产流量远小于裸地产沙产流量;不同土地利用方式片麻岩坡面产流产沙变化过程不同,草地、谷子地达到稳定产流的时间滞后于裸地。3种土地利用方式坡面养分流失随时间的变化过程基本相同,降雨起始各种养分浓度较高,随着时间的持续,养分流失浓度趋于稳定。不同土地利用方式下片麻岩坡面养分流失量表现为钾流失总量 > 氮流失总量 > 磷流失总量,养分流失总量与产沙产流之间有着极显著的正相关性,裸地养分流失量最大,其次是谷子地,草地的养分流失量最小,但是径流中硝态氮含量和泥沙总磷量谷子地流失量最大,裸地次之,草地最小。3种土地利用方式片麻岩坡面磷钾流失主要是泥沙态养分,氮素流失主要以溶解态氮为主或者二者共同作用。     

滇中红壤丘陵区不同土地利用类型坡地氮磷流失特征

为揭示红壤丘陵区不同土地利用类型坡地径流及氮磷流失特征,以滇中仓房小流域3种土地利用类型(林地、灌草地、农地)为研究对象,通过测定2018年雨季自然降雨过程中不同土地利用类型径流量、氮磷流失形态、质量浓度及流失量,研究了红壤丘陵区径流及氮磷流失特征。结果表明:(1)不同土地利用类型下径流量与降雨量和降雨强度均呈显著正相关,总径流量表现为:林地(20.12 L/m~2)灌草地(23.80 L/m~2)农地(34.34 L/m~2),各土地利用类型的变异系数为0.14～0.64,差异较大;(2)自然降雨条件下TN,NO~-_3-N和NH~+_4-N质量浓度均值表现为林地(3.20,2.08,0.50 mg/L)灌草地(4.09,2.57,0.58 mg/L)农地(4.95,3.16,0.88 mg/L),TP和PO~-_4-P质量浓度均值表现为林地(3.43,1.95 mg/L)灌草地(4.33,2.57 mg/L)农地(5.82,3.61 mg/L);(3)溶解态氮磷是径流水体中氮磷污染的主要污染物,其中NO~-_3-N和PO~-_4-P为径流氮磷流失的主要形态(56.81%～77.41%和50.12%～76.64%);(4)不同土地利用类型下TN和TP流失总量表现为林地(59.96,65.47 mg/m~2)灌草地(98.92,102.95 mg/m~2)农地(170.28,200.94 mg/m~2)。因此,通过在流域内增加林地和灌草地面积,开展退耕还林还草工程,可减少该流域氮磷流失量,从而减缓和防治云南红壤丘陵区水土流失。     

SCS-CN模型在巢湖流域地表产流估算中的应用

降雨径流是引起土壤侵蚀的主要动力,因此预测不同降雨及下垫面条件下的径流量是土壤侵蚀预报和水土流失治理的关键。应用美国原水土保持局开发的流域水文模型SCS-CN模型对巢湖流域降雨—径流过程进行模拟。在ArcGIS 9.2软件支持下,估算2002—2006年巢湖流域地表年径流量并分析了不同土地覆被类型的产流状况。结果表明,巢湖流域地表降雨径流年际变化较大,径流量变化范围为591.323～1 557.136mm。不同土地覆被类型产流能力依次为:城镇用地>水田>未利用地>旱地>农村居民点>草地>林地>灌木林。     

重庆四面山植被类型对坡面产流的影响

 为研究长江三峡库区植被类型对坡面产流的影响,在重庆四面山布设针阔混交林、阔叶林、楠竹林、灌丛和农耕地5种不同植被类型的标准径流小区。对天然降雨过程和由降雨产生的地表径流进行观测。结果表明:不同植被类型林地地表径流量的平均值,从大到小依次为农地、灌丛、楠竹林、阔叶林和针阔混交林,分别是6·45、4·12、2·91、2·34和1·57mm。3种以乔木为主的林地地表径流量,均小于农地的地表径流量,不同乔木林地地表径流量差异不显著。不同植被类型林地地表径流量与降雨量存在显著的相关关系,与降雨强度也存在极显著的相关关系,并且都表现为多项式或幂函数关系。在同一降雨条件下,不同植被类型林地(包括农地),地表径流变化趋势存在一定差异,且均是农地地表径流量最大。     

河南省淮河流域不同土地利用类型氮磷流失的特征分析

为了解河南省淮河流域农业面源污染特征,根据河南省淮河流域的地形地貌、降雨量、土地利用类型等因素,选择区域内有代表性的土地类型和试验点位,建立径流小区,通过测试连续2年的氮磷流失,分析不同土地利用类型径流水中氮磷浓度差异、氮磷流失量差异,并分析氮磷流失量与径流量和径流泥沙量的相关性。结果表明:土地利用类型不同氮磷流失存在明显差异,5种土地类型中种植蔬菜的土地氮的流失量最大,达10.21kg/hm2,种植花卉的土地磷的流失量最大,达3.98kg/hm2;地表径流中氮流失以溶解态氮为主要形式,磷的流失以吸附态磷为主要形式;氮磷流失量与径流量和径流泥沙量存在明显相关性。     

不同土地利用方式对土壤侵蚀及养分流失的影响

研究川中丘陵区次降雨过程中不同土地利用方式对土壤侵蚀及养分流失的影响。结果表明:(1)不同土地利用方式下,地表径流量的变化均随着降雨时间的增加呈对数变化趋势,在同一降雨时间内,地表径流量均表现为农田果园草地灌丛林地。(2)农田泥沙流失量随降雨时间的增加幅度较大,且在降雨后期出现陡增陡降的变化特征,其他土地利用方式下泥沙流失量的增加幅度较小;不同土地利用下泥沙流失量大小顺序为:农田果园草地灌丛林地。(3)农田和果园地表径流量和壤中流总量显著高于灌丛和林地(p0.05),地表径流量和壤中流均表现为:农田果园草地灌丛林地。(4)不同土地利用方式下泥沙积累量均随降雨时间的延续而呈指数变化趋势。(5)不同土地利用方式下水相氮磷流失量、泥沙氮磷流失量和氮磷流失总量均表现为:农田果园草地灌丛林地;不同土地利用方式下降雨径流过程中,氮素的流失是以径流水相为主,而磷的流失是以侵蚀泥沙相为主。(6)不同土地利用方式降雨前期土壤全氮和全磷含量大小均表现为农田果园草地灌丛林地,泥沙氮磷含量比雨前土壤表层氮磷含量有所增加,说明侵蚀泥沙对氮、磷具有富集作用,并且不同土地利用方式下侵蚀泥沙富集磷素能力高于富集氮素能力,综合比较可知,农田和果园侵蚀泥沙富集养分的能力最高,而灌丛和林地是减少水土流失的土地利用方式。     

水平阶影响坡地产流产沙及氮磷流失的试验研究

选取我国西南部抚仙湖流域典型小流域——尖山河流域为试验区,在天然降雨条件下,研究有、无水平阶作为拦水带对红壤坡地产流产沙及土壤氮磷素流失的影响。结果表明:与无水平阶相比较,水平阶具有显著降低产流、减少产沙的作用,可使径流量和产沙量分别减少67.9%,79.5%;水平阶使径流中总氮和氨氮浓度以及泥沙中全氮和速效磷的浓度增加,使径流中的总磷浓度及泥沙中的全氮和速效磷浓度降低;水平阶使各形态的氮磷素输出量均显著减少;水平阶使坡耕地氮磷素流失总量分别减少了53.47%和86.83%。其中,泥沙结合态氮、磷素分别减少了30.89%和84.99%,随径流流失量分别减少了22.58%和1.84%。红壤坡耕地在无水平阶措施下,土壤氮素流失以泥沙结合态为主;在水平阶措施下以径流流失为主,但磷素始终都以泥沙结合态流失为主。综上所述,坡耕地推行水平阶作为拦水带,对南方降雨丰沛地区,是提高土地生产力,减少水土流失及面源污染的行之有效的方法。     

澄江尖山河小流域不同土地利用类型面源污染输出特征

研究了自然降雨条件下澄江尖山河小流域4种不同土地利用类型径流小区中面源污染输出特征。结果表明,不同土地利用类型径流小区中面源污染物输出量不同,农地的全磷输出量最大,其次是人工林,次生林和灌草丛较小;氨氮和COD输出量表现出农地和人工林大于次生林和灌草丛。不同土地利用类型径流中面源污染物输出浓度没有显著差异,但从总体上来看,植被覆盖度越高,径流水中的氮、磷浓度越高,而COD、氨氮浓度越低,硝态氮浓度是亚硝态氮浓度的8.5~111倍,可溶态氮以硝态氮形式流失为主;侵蚀泥沙有富集养分的特征,且次生林和灌草丛的富集率高于农地。不同土地利用类型侵蚀泥沙中全氮和全磷的输出量依次为:农地>人工林>灌草丛>次生林,速效氮和速效磷则为:农地>人工林>次生林>灌草丛。与氮相比,表层土壤中的磷更容易随径流流失,磷的输出以泥沙结合态为主,特别是速效磷。     

红壤坡耕地地表径流与壤中流氮磷流失比较

采用人工模拟降雨试验研究了红壤坡耕地典型旱作模式(花生常规种植)的土壤在地表径流和壤中流中所产生的氮、磷流失特征差异。结果表明:(1)壤中流和地表径流产流特征差异显著,壤中流产流时间滞后于地表径流,但产流时间长、产流量大,壤中流产流量占总径流量52.26%~67.19%,是红壤坡耕地重要的径流形式。(2)壤中流与地表径流氮、磷流失特征具有较大差异,地表径流养分输出浓度表现为降雨初期较高而后逐渐趋于稳定的特征,壤中流养分浓度在整个径流过程中保持相对稳定。(3)壤中流总氮、硝态氮含量是地表径流相应养分含量的5.97~22.19,7.82~42.57倍。壤中流的氮素输出以硝态氮为主,铵态氮较少,其硝态氮浓度是铵态氮的5.73倍以上。壤中流在红壤坡耕地降雨径流中占有相当份额,壤中流中流失的养分不容忽视。     

侵蚀性风化花岗岩坡地降雨产流及水文过程研究

为研究坡地的降雨产流分配及水文动态过程,以侵蚀性风化花岗岩坡地为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(30,60,90,120,150mm/h)和不同坡度(5°,8°,15°,25°)条件下坡面径流和壤中流的分配特征与水文过程。结果表明:坡面径流的初始产流时刻均随降雨强度和坡度的增大而提前,壤中流的初始产流时刻明显滞后于坡面径流。壤中流径流量在不同坡度下随降雨时间的延长呈先递增后趋于平稳的现象,雨强越大达到峰值的时间越早,在降雨停止一段时间后径流量开始下降。多数情况下,壤中流所占总径流量的比重均大于坡面径流,坡面径流量比重随雨强的增大而增大,随坡度的变化幅度较小。坡面径流的径流系数与雨强的相关性较强,而壤中流径流系数与坡度之间的拟合效果较好。不同坡度下坡面径流、壤中流和混合流(坡面径流与壤中流同时发生)的径流模数与雨强呈正相关关系,不同类型径流的径流模数大小依次为混合流壤中流坡面径流。     

广州郊区菜地氮磷养分径流流失特征初步研究

通过对广州市白云区某菜地在天然降雨条件下氮磷养分随地表径流输出的定位动态研究,结果表明:径流量与氮、磷流失量呈显著线性相关。菜地径流流失的氮素以硝态氮为主,雨季期间(4月—7月)其他形态N流失量占总N流失量的比例上升,铵态氮含量一直很低;整个试验期间,TN与NO3--N呈极显著正相关;磷素径流迁移以颗粒态为主。与未施肥对照组相比,菜地常规施肥显著增加N径流流失量,对P未造成显著影响;因而菜地常规施肥对径流水体N富营养化具有较高风险。     

模拟降雨条件下坡地氮素流失特征试验分析

通过模拟降雨试验,分别研究1.0mm/min和2.0mm/min雨强条件下,不同坡面上径流过程和土壤氮素流失特征。结果表明,在1.0mm/min雨强条件下,每个产流阶段径流变化量依次为18°>28°>21°,峰值出现时间依次为21°>18°>28°,径流峰值量依次为28°>18°>21°;硝态氮淋溶与土壤侵蚀同步进行;铵态氮流失量峰值的出现是坡面顶部和下部流失量的叠加结果,随后铵态氮流失量趋于降低;在2.0mm/min雨强条件下,每个产流阶段径流变化量不同,峰值出现时间依次为18°>21°>28°,径流峰值量依次为28°>21°>18°。硝态氮流失以泥沙携带为主,大坡度地表硝态氮流失量陡然增加;短时间内坡面表层土壤流失量显著增加,造成铵态氮流失量波动变化。在两种雨强条件下,累积径流流失量依次为28°>21°>18°;硝态氮是径流中全氮流失的主要形式;在整个降雨过程,全氮流失量表现为产流初期较低,中期增大,后期降低。各形态氮素累计流失量与径流累计流失量之间存在显著的线性关系。     

不同类型外源稀土化合物与农业面源磷流失关联性的对比

通过室内人工模拟降雨实验,在稳定雨强条件下,分别观察了LaCl3、La2O3和P随地表径流流失的特征,对比了稀土氧化物和稀土氯化物与土施畜禽肥料P随暴雨径流流失的相关性。结果表明,径流量和沉积物量在产流开始后的短时间内迅速增加,径流中总La和总P均有共同迁移的特征,对于添加不同剂量LaCl3和La2O3的土槽,La和P随地表径流的流失量之间都呈现显著或极显著的相关,稀土元素La的氧化物和氯化物都能较好地示踪总磷随暴雨径流流失的过程。     

广东省东江流域典型小流域非点源污染物流失规律研究

分析了广东省东江中游的杨子坑小流域主要的非点源污染物氮,磷随降雨径流过程的动态变化规律,建立了降雨量－径流量,径流量－污染物负荷输出量的数据学统计模型,并用该模型对流域的非点源污梁负荷总量进行了计算,得出了流域非点源污染物流失规律。     

降雨强度对三峡库区坡耕地土壤氮、磷流失主要形态的影响

揭示紫色土坡耕地在不同降雨条件下对土壤养分流失及其环境效益的影响,对于保护三峡库区水环境具有重要意义。通过径流场试验分析2010年5月1日-7月10日6次降雨过程中紫色土坡耕地的氮、磷流失特征。结果表明:大雨时产生的径流量分别为中雨和小雨时的2.34,7.59倍,同时大雨产生的径流中TN、TP含量高于小雨和中雨时,大雨导致的氮、磷流失远远超过中雨与小雨。大雨时产生的累积泥沙量分别是中雨和小雨的8.34,111.38倍。紫色土坡耕地径流中TN、TP的主要形式是有泥沙携带的颗粒态氮、磷,降雨量越大,颗粒态氮、磷的比例越高。中雨产生的径流中颗粒态氮占TN的74.9%～75.9%,大雨产生的径流中颗粒态氮占TN的比例更高,达到85.0%～92.6%。颗粒态磷是径流中磷的主要形态,大雨、中雨、小雨产生的径流中颗粒态磷占TP的比例分别为96.6%～97.7%,93.9%～96.2%,90.5%～94.4%。紫色土坡耕地氮、磷流失主要是以泥沙为载体,这在降雨量较大时表现得尤为明显。控制坡耕地氮、磷流失应着重考虑控制降雨量较大时的氮、磷流失。     

青山湖流域不同地表覆盖降雨径流中氮磷流失过程研究

在浙江省青山湖流域进行了不同地表覆盖类型野外模拟降雨实验,通过设定不同的坡度和降雨强度,综合分析流域内4种地表覆盖对降雨径流中氮磷流失的减少效果,结果表明：在相同雨强情况下,坡地径流中总氮浓度和氨氮浓度由高到低顺序均为：人工草地、次生林、荒草坡、竹林地。其中,总氮浓度曲线在各地表趋势均保持稳定,降雨强度的增大不影响4种覆盖度的顺序结果,但是人工草地与其他3种类型之间的浓度差值会随着雨强的增大而增大。在相同雨强情况下,坡地径流中总磷浓度白高到低顺序依次为：人工草地、次生林、荒草坡、竹林地。径流中速效磷浓度过程趋势与总磷浓度非常类似,而且随着雨强增大,速效磷占总磷比例也相应提高。