晋西黄土区森林植被对流域径流的影响

以晋西黄土区吉县蔡家川流域为研究对象,通过利用MATLAB软件的系统聚类分析方法,对蔡家川嵌套流域中主沟道及6个小流域进行流域地形地貌属性相似性分析和分类的基础上,分析研究了在地形地貌特征相似流域类型中不同土地利用及森林覆盖率对流域径流过程的影响。分析结果表明,在流域地形地貌特征相似的条件下,森林植被具有减小流域雨季径流总量的作用,流域径流量及径流过程不仅受该流域的森林覆盖率影响,而且整地措施良好的人工林地调节径流、减少雨季洪水径流总量的效果更加明显。     

泾河流域植被景观格局对流域径流的调节作用

对黄土高原腹地泾河流域12个子流域植被景观格局和流域径流动态的关系进行了探讨。结果表明景观层次上植被的整体空间格局对流域径流动态有着如下调节作用:(1)泾河流域4种植被景观类型中,森林灌丛植被景观流域年径流量最大,径流年内分配比较均匀,但年际变化很大;其次为复合植被景观,农业植被景观流域径流量较小,且主要集中在汛期;草地植被景观流域径流极小,主要发生在汛期的7~8月份,年际变化比较小。(2)在主要植被景观指数中,景观破碎度、景观多样性与流域径流正相关,景观聚集度、景观优势度与流域径流负相关,景观形状与流域径流相关不显著。(3)结构复杂的植被景观对流域径流具有较好的调洪补枯作用。随着景观破碎度和景观多样性的增大,流域径流年内分配趋于均衡;而随景观聚集度的增大,流域径流年内分配则趋向集中,景观形状对流域径流调节作用不明显。(4)多样性高的植被景观可降低极端径流出现,维持流域生态系统的稳定性。     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

九寨沟流域森林覆被变化对径流的影响

覆被变化引起的径流响应研究不仅是流域水文学的热点之一,在九寨沟更是与流域的水景观核心遗产价值保护紧密相关,因此九寨沟流域水资源的研究是迫切需要关注的问题。以SWAT模型模拟为基本研究手段,对九寨沟流域2009—2017年森林覆被变化下的流域水文做定量研究,探究了九寨沟流域对森林覆被变化的响应机理。结果表明：(1)模型率定期的决定参数R²和纳什效率系数E_ns均为0.83,验证期的R²和E_ns均为0.7,说明SWAT模型对九寨沟流域径流量模拟具有较高的适用性。(2) 2016年九寨沟流域内森林覆被面积较2004年有增加的趋势,其中针叶林面积增加明显(增加了10.56 km²),而阔叶林面积有所减少(减少了2.57 km²)。(3)相比2004年,2016年的森林覆被下的9年内年均径流量增加0.13 m³/s。年际变化中显示阔叶林的调蓄能力强于针叶林,而在年内变化中针叶林有更好的调洪补枯能力。(4)在气象条件相同的前提下,2016年月径流相...     

黄土区森林植被对不同尺度坡地产流产沙的影响分析

为进一步探讨森林植被对流域坡地不同尺度降雨产流产沙的影响，为黄土区植被建设提供理论依据，对蔡家川流域坡面径流小区和试验小流域降雨产流产沙进行了测定和分析。结果表明，坡面自然更新的次生林和虎榛子灌木林较人工林有更好的涵养水源、保持水土功能；通过灰色关联分析，林分郁闭度和草本、枯落物生物量对坡面产流产沙影响显著。在对嵌套流域聚类分析的基础上，相似地形地貌的子流域，少林流域比多林流域的雨季径流深和径流系数高2．7～2．9倍，且前者暴雨径流输沙量是后者3～6倍。     

祁连山森林复合流域径流规律研究

祁连山是由森林,草原,冰川构成的复合生态系统,建立固定试验区长期（22a)进行径流规律研究表明,该区林地很少地表径流,草地不同程度均有地表径流发生,河川径流年动态受降水和气温影响,一个水文年径流过程以月为时间单元划分为3个时期,森林植被的影响贯穿于径流全过程,减少地表径流,延长径流历时,消洪补枯,涵养水源,而且不减少河川径流总量,据此,提出对祁连山水源涵养林要实施可持续发展的经营战略,不断扩大森林面积,提高森林覆被率,进一步改善生态环境。     

流域森林植被水文生态效应研究展望

对流域森林植被的水文效应及其与流域水资源关系的研究,多少年来受到各界学者关注,并取得了显著成果。但森林与水的关系问题十分复杂,二者的关系除受到流域森林植被本身高度异质性的影响外,地形、地质、土壤类型、植被等的空间变异性,气象通量诸如降雨、入渗和蒸发等的时空变化性,以及研究方法和尺度对研究成果也有着限制性影响。在综述近年来相关方面研究的基础上,就当前森林水文研究中的若干定论与争议做出分析,并对今后的研究做出展望：进一步完善流域内各类型森林景观要素的水文效应研究,探索水文效应敏感型流域森林植被景观格局及其动态特征指标,深入研究流域河岸带森林植被的水文生态效应,加强森林植被水文效应的区域性对比和跨尺度整合研究     

植被对流域水文特征响应研究

通过2001～2005年连续5年的密云水库集水区的流域水文监测数据结果表明：流域内年平均降雨量为594.7 mm,主要集中在6～8月份,占全年降水的70%～80%。表层土壤含水量年均6.8%～11.3%,年内变化与降雨量趋势基本一致,先上升后下降。随着植被的恢复,流域内产流量和产沙量逐渐降低,植被的消减率最大可达77%。流域内的多次水质抽样检验结果表明：多数水质指标都达到一类水质标准,超标指标主要是总氮和总磷。     

半干旱黄土区降水和气温对北川河径流的影响

[目的]揭示山西省方山县北川河上游流域降水和气温对北川河径流的影响,为分析三川河上游流域乃至黄河中游流域径流量的变化原因提供参考。[方法]利用圪洞控制站数据,采用回归分析、累计距平、多元线性回归模型等方法分析了山西省方山县北川河上游流域1985—2009年间的气象数据、北川河径流变化特征及其相关性。[结果]北川河流域1985—2009年年降水量变化波动性大,整体呈现不明显的下降趋势。最高、最低气温2003年出现骤变,与气温的升高趋势相反,潜在蒸散发呈逐渐下降趋势。北川河年径流量变化差异较大,具有一定的阶段性和突变性,整体呈不明显的下降趋势。[结论]年降水量与温度是影响北川河径流量的主要因子,降水量中汛期降水量占主导地位。     

基于VFSMOD模型的黄土坡面生草带产流产沙动态模拟

利用微型径流小区和人工降雨试验,探讨运用VFSMOD模型评估和预测引入不同草种生草带后黄土坡面产流产沙动态特征的可行性。通过土壤物理性质参数和生草带生长状态参数的差异,模型还原了黄土坡面引入白三叶生草带与百脉根生草带后产流产沙特征的差异及其随生长时期的变化,模拟效果可靠,纳什系数:0.93(径流系数),0.98(修正后产沙量);归一化均方根误差:6.2%(径流系数),10.9%(修正后产沙量)。当生草带在降雨集中期(如本研究中百脉根草带9月上旬)不能保证较好的生长状态和地表覆盖时,其坡面产沙量急剧增大,且明显大于VFSMOD模型模拟值。在实际生草带设计时,应避免该情况发生。综上,VFSMOD模型适用于引入生草带后黄土坡面产流、产沙量的模拟和预测。     

黄丘5副区复兴流域不同治理措施的产流产沙规律

 以黄土丘陵沟壑区5副区的甘肃省定西市安定区复兴流域为平台,通过土壤入渗试验和径流观测,研究该区径流、泥沙的产生条件,据此确定合理布局水土保持措施,以减少流域侵蚀量。通过径流小区实验观测,各种下垫面的平均径流系数依次为:荒坡>坡耕地>乔木林地>灌木林地>人工草地;平均含沙率为:荒坡>坡耕地>人工草地>乔木林地>灌木林地;下垫面入渗能力依次为:梯田>林地>草地>荒坡地>村镇道路。改变微地形,布设拦蓄地表径流的工程措施,以及增加人工植被等,是提高土壤入渗能力、调控径流泥沙最为有效的途径。     

黄土丘陵沟壑区流域景观格局调控与减水减沙效益

 以小流域为单元进行景观格局的调控,是探索流域水土保持措施分布格局及评价治理效益的一条重要途径。以甘肃黄土丘陵沟壑区吕二沟流域为研究实例,应用地理信息系统建立流域数字高程模型,与土地利用格局图叠置运算,进行综合分析。结合利用“水保法”,计算出土地利用景观格局调整后,水土保持措施的减水、减沙效益,比未调整前分别提高了20．36％和21．55％。     

植被类型对黄土坡地产流产沙及氮磷流失的影响

植被类型影响黄土坡地径流、土壤侵蚀和和养分迁移过程。该研究通过野外水流冲刷试验,对比分析了6种植被条件下坡面产流产沙及氮磷流失特征。研究结果表明,大黄花拦蓄径流作用最为明显,而大豆最弱;产沙量随时间的变化会出现峰值特征,其中苜蓿控制土壤侵蚀作用要优于其他植被;径流中硝态氮和水溶性磷的浓度在放水初期随时间迅速衰减,而后趋于稳定,幂函数比指数函数能更好的描述径流中硝态氮和水溶性磷浓度变化过程;泥沙中的硝态氮含量随时间迅速衰减,而有效磷的含量则随着时间逐渐波动减小,二者的最高含量均发生在苜蓿地。养分的富集率与土壤侵蚀量成反比;径流硝态氮流失总量的大小关系为谷子苜蓿柠条玉米大豆大黄花,水溶性磷流失总量的大小关系为谷子玉米柠条大豆大黄花苜蓿,谷子、玉米、柠条、大豆、大黄花各自硝态氮和水溶性磷的流失总量基本相同(P0.05);土壤剖面硝态氮含量随着深度增大呈现出峰值特征,且峰值存在的深度不同,土壤有效磷主要积聚在表层5 cm以上,5 cm以下含量极低。综上可知,野外草本植被在拦截径流、减少土壤侵蚀和控制养分流失方面要优于农田作物,在植被恢复中应广泛采用农地撂荒的方式进行恢复。     

黄土高原径流侵蚀功率输沙模型的改进

水土流失对流域生态危害严重,输沙量模拟和预测可以为流域水土流失防治提供依据,因此精确的输沙模型是流域水土流失治理的重要工具。为了精确模拟变化环境下黄土高原年输沙量,该研究基于黄土高原19个水文站的径流和输沙数据,通过随机森林变量重要性度量方法评估年径流侵蚀功率、淤地坝指数、淤地坝相对指数、归一化植被指数、不透水地面积等因子对流域年输沙量的影响,使用非线性最小二乘法估算年输沙模型参数,对比分析不同因子组合的年输沙模型精度,提出适用性较强的黄土高原年输沙模型,据此开展年输沙量变化贡献率分析。结果表明：1）以幂函数形式构建的仅含径流侵蚀功率单因子输沙模型精度与流域面积有显著的负相关关系,相关系数为-0.505（P<0.05）,模型精度随着流域面积增大而下降,在大于7 000 km2的流域适用性较差;2）年径流侵蚀功率、淤地坝指数及不透水地面积因子组合建立的多因子年输沙模型在黄土高原适用性最佳,模型在率定期NSE平均值为0.84,RMSE平均值为0.21亿t,在验证期纳什系数平均值为0.79,均方根误差平均值为0.27亿t。3）影响研究流域年输沙量变化的因素依次是：年径流侵蚀功率、不透水地面积和淤地坝指数。研究可以为黄土高原不同区域水土流失防治和生态治理工作提供理论支撑。     

黄土区不同地貌部位径流泥沙空间分布试验研究

黄土丘陵区侵蚀泥沙的来源以及坡沟侵蚀产沙关系等一直是研究的热点难点之一，也是争论较多的问题。在梁峁坡到谷坡的坡沟系统中，不同地貌部位有对应的侵蚀形式出现。该文采用多坡段组合模型，运用人工模拟降雨试验方法，研究了黄土区坡面各垂直侵蚀带径流泥沙的空间分布特征及上坡来水来沙的加速侵蚀作用。结果表明：单位面积与时间产流量排列为谷坡＞梁峁坡下部＞梁峁坡中部＞梁峁坡上部。雨强0.5 mm/min时，没有沟蚀发育；1.0 mm/min时，细沟主要在梁峁坡下部；1.5 mm/min时，细沟伸展到梁峁坡上部，谷坡出现滑塌和崩塌等重力侵蚀现象。坡面径流量、产沙量随坡度、坡长、降雨强度变化成正比增长。上坡来水来沙使梁峁坡和谷坡产沙量大幅度增加。     

不同降雨强度下黄土区冻土坡面产流产沙过程及水沙关系

为了明确降雨对冻土坡面侵蚀的作用机理,探讨冻土和未冻土在不同水力条件下侵蚀之间的差异。通过室内模拟降雨试验,采用3种降雨强度(0.6,0.9,1.2 mm/min)对比定量研究冻土坡面和未冻土坡面产流产沙过程及水沙关系。结果表明:在0.9、1.2 mm/min雨强下,冻土坡面的产流时间相对对照坡面提前了18.7,6.4 min。冻土坡面径流量、侵蚀量均远大于对照坡面,在0.9,1.2 mm/min雨强下径流量分别是对照坡面的1.16,1.19倍,侵蚀量分别是对照坡面的10.40,6.40倍。随着降雨进行,坡面产生不同程度的细沟,其中,冻土坡面相比对照坡面细沟出现时间分别缩短了18 min,22 min,且冻土坡面细沟侵蚀量占总侵蚀量的79%～92%,此比例大于同雨强下的对照坡面。两种坡面的累计径流量与累计产沙量之间满足y=kx+b的线性关系,在细沟间侵蚀阶段,冻土坡面的k值是对照坡面的8.48～9.02倍,而在细沟侵蚀阶段,则为对照的3.68～7.50倍。研究结果表明细沟侵蚀是冻土坡面土壤侵蚀率增大的主要原因,而冻结层的阻水作用是导致坡面上细沟出现时间提前的最重要因素。该研究可以为完善土壤侵蚀机理研究提供一定的参考价值。     

黄土坡面细沟径流输沙对水动力学参数的响应

细沟径流输沙是细沟侵蚀产沙的重要过程,阐明细沟径流输沙与水动力学参数之间的关系可以有效地揭示细沟径流输沙的动力学机制,并为建立细沟侵蚀过程物理模型奠定基础。采用具有定流量人工放水的组合小区模拟降雨试验,研究黄土坡面细沟径流输沙对水动力学参数的响应关系。结果表明:1)一次降雨径流产生的细沟输沙模数对水动力学参数平均值响应关系大小顺序为平均水流断面单位能量(R=0.99)>平均水流功率(R=0.88)>平均水流切应力(R=0.82)>平均单位水流功率(R=0.76);2)降雨径流过程中,细沟输沙率对水动力学参数瞬时值响应关系为水流切应力(R=0.88)>水流功率(R=0.47),水流断面单位能量和单位水流功率的相关性较差,细沟输沙率对水流切应力的响应关系呈幂函数方程关系。     

工程堆积体产流产沙及水沙效益对植被近地表特征的响应

针对陡坡工程堆积体水土流失严重的问题,通过野外模拟降雨试验开展植被不同近地表特征对堆积体产流产沙和蓄水减沙效益特征影响的定量研究。选择土石混合堆积体（10%砾石质量分数,坡度30°）作为工程侵蚀下垫面的典型代表,并以裸坡（bare slope, BS）为对照,定量分析了植被在3种近地表特征条件下（完整植株（intact grass,IG）,不含叶（not leaf,NL）,只含根系（only root,OR））对堆积体产流产沙特征和蓄水减沙效益影响。结果表明：1）植被在IG条件下延缓坡面径流发生使其较BS滞后,效益达50.74%～188.98%,但不完整植被（NL、OR）会加速径流发生使其较BS提前2.19%～70.12%;2）植被在NL和OR下的瞬时径流率比IG增大0.20%～185.58%,在降雨强度1.8 mm/min的瞬时径流率甚至比BS高1.20%～169.10%;植被在IG和NL条件下瞬时侵蚀速率比BS减少0.91%～98.71%,但在降雨强度达到1.8 mm/min时OR条件下甚至增大侵蚀使其比BS高6.76%～75.63%;3）随降雨强度增大,植被在NL和OR条件下的减沙效益由95.18%和68.31%分别递减至46.58%和-68.13%,但对IG下的减沙效益影响小（效益差异＜2%）,平均蓄水效益随降雨强度增大而减小。不同堆积体水沙呈显著线性相关（R²在0.40～0.88）,且径流率达到4 L/min会显著改变植被对堆积体坡面防护效益。提出开展堆积体生态修复时选择冠层丰富的植被,同时要避免外部因素对植被造成损害。研究结果对于揭示植被防护扰动边坡侵蚀机制具有重要意义,可为堆积体植被修复提供实践指导。     

广西桂林漓江滨岸带植被对地表产流产沙的影响

降雨及其产生的地表径流是造成水土流失的主要原因之一,水土流失所带来的河床抬高、水质污染等环境问题亟待解决.本文通过广西桂林漓江滨岸带内建立的7个试验小区,在汛期内观测自然降水条件下各小区的产流产沙情况,研究漓江滨岸带内植被对地表产流产沙的影响,从而为漓江水土流失防治以及面源污染治理等问题提供参考.结果表明:1)植被覆盖能显著拦截坡面径流、沉积泥沙,且植被盖度愈高拦截效果愈显著;2)在草本覆盖处理中,狗尾草植被覆盖处理截流减沙效果较其他几种草本植物覆盖处理好,可作为漓江滨岸带裸露退化区域优先选择的植物种;3)纯草本植物配置的植被带截流减沙效果优于草灌相结合配置的植被带;4)地表径流量、产沙量与降雨量、降雨强度之间在P＜0.01水平上显著正相关,径流量与产沙量之间存在密切的线性关系.由此,采用增加裸坡坡面植被覆盖、选择狗尾草作为漓江快速绿化的草种、坡面上部建立截留措施等方式,可有效减轻坡面水土流失,缓解由水土流失带来的面源污染等问题.