坡面水蚀预报模型研究

基于对我国坡面水蚀预报模型研究成果的述评和考虑坡面土壤侵蚀特征，提出了我国坡面水蚀预报模型的基本形式，给出了模型中各参数，如降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀因子的计算公式，并对土壤可蚀性、作物和水保措施等因子的提取方法进行了讨论。     

坡面土壤水蚀建模历程

阐述国内外坡面土壤水蚀建模发展历程,然后分别论述经验模型、概念模型、物理模型以及水蚀遥感信息模型的发展历程,最后比较各类模型优缺点。     

坡面小区土壤流失过程中粒径组成变化及其影响因素

利用北京密云水库上游的石匣坡面径流小区进行野外坡面产流产沙监测,探究坡地褐土土壤流失过程中土壤粒径组成变化及其影响因素.主要结论如下:坡面上部均发生土壤粗化现象.在坡度较大且无植被覆盖的坡面,坡上部土壤粗化程度强于坡中和坡下.雨季前土壤中粘粒和粉粒的含量最大,砂粒的含量最小;其次是雨季中,雨季后粘粒和粉粒的含量最小,砂粒的含量最大.在坡度较小且有植被覆盖的坡面,坡上部存在微弱的土壤粗化现象,坡下部表层土壤未现粗化.雨季前后,土壤中粘粒、粉粒和砂粒的含量变化均呈现相反的规律,即雨季前土壤粘粒、粉粒含量最小,砂粒的含量最大;而雨季后土壤粘粒、粉粒含量最大,砂粒的含量最小.随着降雨次数的增加,无论是与土壤分离的泥沙,还是坡面的产沙,粘粒含量均在减小,砂粒含量均在增多.降雨、坡度、坡长等均对泥沙起动产生促进影响,而植被覆盖会减弱土壤侵蚀和流失.     

黑龙江省坡面土壤流失的危害及其防治

本文以黑龙江省坡面土壤侵蚀典型区的宾县、克山试验场的实测资料，统计分析了造成坡面土壤流失的危害，及各降雨量的侵蚀强度。为坡耕地水土保持规划设计，加快治理速度提供了科学依据和措施。     

通用土壤流失方程中的坡长因子研究进展

 坡长是决定土壤侵蚀的地形因素。通用土壤流失方程中的坡长因子反映坡长与侵蚀的关系,是土壤侵蚀预报模型的重要指标,在土壤侵蚀预报和水土保持规划中被广泛应用和深入研究。从坡长与侵蚀的关系、坡长因子算法以及坡长因子在地理信息系统环境中的提取3方面,系统回顾坡长因子在国内外的研究成果和发展历史。在此基础上,分析目前在我国土壤侵蚀预报模型的研究和应用过程中,坡长因子存在的5方面的问题,并针对这些问题对未来的研究提出了展望。     

不同氮肥对侵蚀坡面土壤氮素流失的影响

在模拟降雨条件下研究等氮量和相同施肥方式下不同氮肥品种的氮素流失特征。结果表明:不同氮肥品种对氮素流失量有显著影响,施用碳酸氢铵、普通尿素的小区全氮、铵态氮和硝态氮的流失量较大,而施用包膜控释尿素则可以显著降低氮素流失量。不同施肥处理的小区径流液中全氮、NH4+-N及流失泥沙中全氮的流失规律表现为碳酸氢铵>尿素>硫包膜控释尿素>树脂包膜控释尿素>对照;径流液中NO3--N的流失量表现为尿素>碳酸氢铵>硫包膜控释尿素>树脂包膜控释尿素>对照。     

坡面流水动力学特性研究

采用变坡水槽研究了坡面流水动力学参数 (流态、流速、水深及阻力系数 )随流量和坡度的变化规律。结果表明 ,坡面流流态与水深密切相关 ,当水流深度小于 0 .316 cm时 ,坡面流呈过渡流 ,水深大于 0 .316 cm时呈紊流流态 ;当坡度为 5～ 2 5°、单宽流量为 0 .6 2 5～ 12 .5× 10 - 3m3/(s· m)时 ,坡面流平均流速和平均水深主要受流量控制 ,坡度的影响并不显著 ,可用简单的线性函数来模拟平均流速、水深与流量和坡度间的关系 (r2分别为 0 .89,0 .78) ;当流量小于 0 .0 0 2 m3/s时 ,坡度对阻力系数的影响较为显著 ,当流量大于 0 .0 0 2 m3/s时 ,阻力系数基本受流量控制 ,随着流量增大 ,阻力系数呈幂函数形式下降。这说明坡面流的水动力学特性与明渠水流存在较大差异 ,在坡面水蚀机理分析、土壤侵蚀物理模型的构造过程中应予以充分考虑。     

坡面侵蚀过程中泥沙有机碳流失特征分析

以野外布设的径流小区为研究对象,采用模拟降雨方法研究随机条件下降雨侵蚀过程中泥沙有机碳含量及流失过程的动态变化规律。结果表明:(1)降雨侵蚀过程中泥沙有机碳含量随降雨的进行逐渐降低并趋于平稳,与坡面土壤有机碳含量相比显著增高(p0.01),有机碳在泥沙中明显富集,富集比最大值达1.780,泥沙中有机碳含量及富集比随侵蚀速率的增加明显减小且趋于稳定;(2)泥沙有机碳流失速率随降雨的进行先波动增大,达到最大值后又波动减小,最后逐渐趋于准稳定,整个过程呈单峰分布;(3)泥沙有机碳流失强度与土壤侵蚀强度呈显著性线性正相关(p0.01),说明土壤侵蚀量决定侵蚀过程中有机碳流失量,准确获取土壤侵蚀强度是估算坡面有机碳流失量的基础。     

黑土坡面土壤团聚体组成特征研究

通过对径流小区坡面土壤团聚体含量的分析,探讨了不同坡度条件下,黑土坡耕地土壤团聚体的组成及分布规律。在3°～18°的坡面上,土壤大团粒和中团粒含量与坡度呈显著负相关关系,并且随坡度的增加,土壤团聚体的几何平均直径(GMD)与平均重量直径(MWD)均显著减小,土壤抗蚀性下降,潜在侵蚀危险程度增大。与免耕平作相比,在3°～6°缓坡上,横坡垄作方式的土壤团聚体D50值大;而9°坡面上部,横坡垄作的D50值大,坡下部免耕平作的D50值大。表明黑土区缓坡耕地采用横坡垄作方式有利于土壤团聚体的保持;9°以上坡耕地,免耕平作方式坡下部土壤抗蚀性较强。     

坡面薄层水流流速研究

准确测量坡面薄层水流流速是分析和计算水动力学参数的前提,也是建立土壤侵蚀模型的基础。设置5个坡度(5°,10°,15°,20°,25°)和4个放水流量(2,4,8,16L/min),采用长12m、宽0.1m、高0.3m的水槽对坡面薄层水流流速进行了测量。通过记录水流前锋(前沿)流过水槽的时间计算水流的前沿流速,并采用染色剂示踪法和电解质脉冲法测量水流的平均表层流速和平均流速,与前沿流速进行对比。结果表明:试验的前沿流速为0.237~1.290m/s,且随着坡度和流量的增大呈增大趋势,流量对前沿流速的影响大于坡度的影响,前沿流速可以用坡度和流量的幂函数形式进行预测;将前沿流速与染色剂示踪法测得的平均表层流速和电解质脉冲法测得的平均流速进行对比,发现前沿流速与平均表层流速和平均流速均具有良好的一致性,但平均表层流速的数值远大于前沿流速,其相对误差为-15.018%^-27.825%,2种流速之间可以用系数0.758进行转换;前沿流速与平均流速的数值非常接近,且相对误差随着流量和坡度的增大逐渐减小,2种流速之间的转换系数为0.946。前沿流速与其他2种流速的经验系数主要受雷诺数的影响,所建立的等式可以较好地模拟2种经验系数。研究结果可为坡面薄层水流流速的研究提供参考。     

基于人工神经网络的红壤坡面水土流失预测模型

基于坡面土壤侵蚀产流产沙的复杂非线性特点,引用三层前馈型BP网络建模方法,对红壤坡面土壤侵蚀产流产沙进行模拟,其中产流预测模型输入层变量数为5个,分别代表降雨量、最大30min雨强、前期降雨量、降雨动能、水保措施作用系数,输出层变量为次降雨径流损失量;产沙预测模型输入层变量数为7个,分别代表降雨量、最大30min雨强、前期降雨量、降雨动能、降雨侵蚀力、水保措施作用系数、径流量,输出层变量为次降雨土壤流失量,并利用5年田间试验所得到的坡面产流产沙实测数据,对神经网络进行模拟训练和预测,取得了较好的效果。该模型的建立与求解,为复杂的红壤坡面土壤侵蚀规律研究提供了一条新途径。     

人工植被建植对坡地水土流失的影响

自然降雨条件下,以裸露坡地为对照,研究两种人工植被玉米与草地建植对坡地水土流失的影响,结果表明:草地雀麦地建植1 a以后.越年7月份覆盖度可达75.6%,是同期玉米地的1.7倍,8月份高度、密度、叶面积指数达到最大,且1个生长季内的地上生物量可达4 238.0 kg/hm2,0-30 cm地下生物量为4 991.4 kg/hm2,是玉米地的5.5倍.人工植被建植可以显著提高土壤人渗率,降低坡地水土流失,2007年草地雀麦地表年径流量和土壤侵蚀模数为14 528.9 m3/km2和77.9 t/(km2·a),保水、固土能力达到87.5%和98.9%,是玉米地的1.7倍和1.1倍,与玉米地相比,水土保持效果更好.同时,不同植被次地表径流流失防治效果受降雨影响较大,降雨量与降雨强度越大,草地防治效果越明显,且草地建植与玉米种植相比,次土壤侵蚀防治效果更加稳定,有利于年土壤侵蚀总量减少.     

泥石流灾害与水土流失

人类不合理的经济活动,破坏了自然环境,引起泥石流灾害和严重水土流失,给人类生存和经济持续发展带来巨大损失,加强保护自然生态环境具有战略性理论意义和实际意义.     

路堤边坡土壤类型对水土流失影响的试验研究

以秦皇岛-沈阳客运专线和胶州-新沂铁路路堤边坡为研究对象,通过对天然降雨条件下路堤边坡土壤侵蚀的现场调查,并分析二试验区侵蚀程度出现较大差异的原因,研究二者相应边坡土壤类型对水土流失的影响。结果表明,秦沈线和胶新线路堤边坡侵蚀程度的差异是由二者路堤边坡土壤的可蚀性不同造成的;在次半宽降雨量大于临界次半宽降雨量时,秦沈线路堤边坡的侵蚀程度远大于胶新线路堤边坡的侵蚀程度,主要是由于胶新线路堤边坡土中含有直径大于20mm的碎石;路堤边坡土壤的可蚀性与降雨特性有关,提出了减少路堤边坡土壤流失量的建议。     

城市水土流失及其防治探讨

城市水土流失问题日益普遍严重，城市更需要水土保持，城市水土流失主要发生在城市边缘区，其产生的根本原因是建设活动，与自然水土流失相比，城市水土流失具有人为性、复杂性，严重性和可调控性等特点。应采取协调建设活动与环境的关系，抑制不合理的人为作用等措施，综合治理城市水土流失。     

紫色土区土壤初始含水量对坡面径流溶质流失的影响

土壤初始含水量在一定程度上影响着紫色土区的水土流失.通过人工降雨试验,研究了紫色土在5％,10％,15％和20％共4种初始含水量条件下的入渗、产流和径流溶质迁移变化过程.结果表明:径流强度随降雨时间呈对数函数变化;降雨25 min后,径流强度趋于稳定值;在单位时间内,紫色土坡面平均径流深度和累积径流量随初始含水量的增大而增大,而坡面平均入渗率则呈相反的变化趋势.径流中PO3-4,K+,Br-浓度均呈现相同的变化规律,在开始产流时,径流溶质浓度很高,随后迅速衰减并逐渐趋于稳定.径流溶质的流失量随初始含水量的增加而增加,径流溶质从土壤迁移到径流的过程是从很小值迅速增大到某一峰值,然后逐渐衰减至稳定.指数函数比幂函数更适合描述紫色土丘陵区坡地径流溶质迁移变化过程.     

紫色土坡面植被覆盖度对水土流失影响研究

植被是防止地面水土流失的积极因素,但在三峡库区紫色土关于植被对水土流失的影响还相对比较薄弱。本研究通过人工模拟降雨试验,分析不同草地覆盖度对紫色土坡地径流产沙的影响,定量研究不同草地覆盖度的减水减沙效益。结果表明:流量随草地植被覆盖度的增加而减小,小雨强时表现特别显著。特别是当植被覆盖度 > 60%后,径流量明显低于裸地及20%,40%植被覆盖度;植被覆盖度越高,植被降低径流含沙率的作用也就越明显,径流含沙量就越低;与草地的减沙功能相比,其削减径流作用明显弱于减沙效应,且盖度对坡面的减水特征值影响不太明显;植被覆盖的减流减沙效益在中小雨强时随雨强的增加而增加,在大雨强时,其减流减沙效益反而降低。     

分层抽样法在路基水土流失监测中的应用

在预调查的基础上,运用分层抽样技术,计算出了在既定可靠性下,西南铁路陕西段路基边坡监测样点的样本容量。路基边坡植被盖度在90％可靠性和92％的估计精度下估计值和误差限分别为15．81％和1．20％;土壤侵蚀强度在90％可靠性和90．52％的估计精度下估计值和误差限分别为1715．14t／km^2和162．60t／km^2。     

水土流失及其影响分析

全球每年约有7.5×1011 t土壤从陆地生态系统中流失,由于土壤的形成过程非常缓慢,这样的水土流失率是土壤再生速度的13～40倍,多数农田的水土流失率高达13～40 t/(hm2*a).风、雨冲蚀是水土流失的主要原因,缺乏植被保护的土壤尤为严重.水土流失造成土壤水分、养分、有机质、生物多样性和土壤厚度下降,导致土地生产力下降,严重威胁人类的食物供给.