不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

不同下垫面径流小区次降雨侵蚀特征相关分析

在延安市燕沟流域试验区布设了裸地、荒草地和灌木地3个坡面径流小区,对次降雨雨量、历时、径流深、产沙量、入渗率等数据进行了定位观测,并运用SAS软件对不同下垫面径流小区次降雨的侵蚀特征等相关问题进行了分析研究。结果表明,无论降雨强度如何变化,3个小区的径流量、产沙量均呈依次降低趋势:灌木地<荒草地<裸地;而入渗率呈依次增大趋势:灌木地>荒草地>裸地。其径流量与降雨量之间存在着很好的相关关系;产沙量随降雨量的增大而增大,其中裸地产沙量增大最为显著;入渗率随着降雨量的增大有增加趋向,但雨强增大时,入渗率表现为降低趋势;产沙量与径流量存在较好的相关关系,相关系数最高达到0.928 4,荒草地小区产沙量与径流量的关系可用二次函数很好地描述。     

耕作措施对地表径流和产沙量的影响

通过有无地表残余物和是否深翻评价传统耕作和免耕的水土保持效益。传统耕作、免耕、移走残余物、保留残余物、深翻、不深翻组合成8种处理,每种处理重复4次。每个小区进行2 h模拟降雨。连续测量小区上的径流量和泥沙输移量。观测结果表明:免耕小区的径流量至少比传统小区减少2倍,泥沙输移量减少4倍。无残余物覆盖不深翻的传统耕作小区径流量最大,有残余物深翻的免耕小区径流量最小。移走残余物使免耕小区和传统耕作小区径流量增加,深翻使免耕小区和传统小区径流量减少。对照不深翻的传统小区和免耕小区,深翻使径流速率缓慢增加,使土壤密度和土壤强度降低。通过残余物覆盖和深翻措施的结合,来改善土壤性质和增加入渗,减少了传统小区和免耕小区的径流量和土壤流失量,从而提高土壤中作物的有效水量。     

黄丘区野外草被坡面土壤入渗参数变化规律与模拟研究

利用黄丘区第三副区野外坡面模拟降雨试验,研究了3种覆盖度(30%,60%,90%)和5种降雨强度(1,1.5,2,2.5,3mm/min)下15°草地坡面土壤入渗过程变化规律。结果表明:(1)土壤入渗率随着草被覆盖度和降雨强度的增加不断增大,草被覆盖度越大,土壤入渗率的增加效果越显著,土壤初始入渗率与降雨强度呈指数函数关系,土壤稳定入渗率与降雨强度呈幂函数关系。(2)土壤累积入渗量与降雨时间呈良好的幂函数关系,草被覆盖度越大,土壤累积入渗增量越明显,降雨强度对土壤累积入渗量的影响存在阶段性差异。(3)草被覆盖度的增加能明显提高土壤入渗系数,随雨强的增大,土壤入渗系数不断减小,自然草被覆盖度(60%)下,草被增加土壤入渗系数的有效降雨强度为1~1.5mm/min。(4)利用4个入渗模型对土壤入渗速率与降雨时间的关系进行拟合,研究结果表明Horton公式能较好的模拟该区土壤入渗过程。     

遂宁组母质侵蚀规律的初步研究

本文利用回归分析和通径分析等方法,研究了自然降雨条件下遂宁组母质侵蚀小区的径流量、入渗量、侵蚀量及其影响因子。结果表明:影响径流量的主要因子是降雨量;影响入渗量的主要因子是降雨历时;决定侵蚀量的主要因子是降雨能量。     

太行山区人工油松林对坡面入渗产流的影响

通过径流小区试验对太行山区人工油松林与灌草地的坡面产流入渗特征进行比较分析研究.结果表明:2种植被覆盖下的坡面产流量较小,入渗量较大.随着降雨量增加,坡面产流量和入渗量均呈增大的趋势.小降雨量时,松林小区的坡面产流量和入渗量均比荒坡小区的小;大降雨量时,松林小区的坡面产流量比荒坡小区的大,入渗量仍比荒坡小区的小.在一次降雨过程中,松林小区的出流历时长于荒坡小区的.大强度降雨时,松林小区出流的峰值流量和出流量均大予荒坡小区的;小强度降雨时则相反.土壤含水率较高是可能造成松林小区降水入渗量小,壤中流量大,出流历时长和洪峰流量暴涨暴跌的主因.     

华西雨屏区几种牧草的水土保持能力研究

通过坡面人工径流小区的定位观测,对几种牧草地与农耕地和裸地的产流产沙特征以及各种牧草的全年生物量进行测定、分析与比较,结果表明:(1)牧草的覆盖度对水土流失有至关重要的影响。覆盖度较好的小区的径流深及产沙量较低,在降雨集中的季节保持较高的牧草覆盖度是减少水土流失的重要途径之一。(2)扁穗牛鞭草小区在全年和次降雨中的产流产沙量均为最少,小区全年径流深237.6 mm,为裸地的66.4%,为农耕地的58.1%;全年侵蚀模数为121.44 t/(km2.a),仅为裸地的15.7%,为农耕地的31.8%。在对7月24日次降雨的观测表明扁穗牛鞭草小区径流量为1 992 L,为裸地的57.5%,为农耕地的77.7%;产沙量为1.04 kg,为裸地的16.6%,为农耕地的50.1%。(3)在7月25日次降雨中扁穗牛鞭草小区的径流量、泥沙量及地表径流中的N,P,K含量较低,且受降雨强度的影响最小。(4)扁穗牛鞭草全年生物量为71 760 kg/hm2,明显高于其它各草种。     

用人工模拟降雨研究保护性耕作下的地表径流与水分入渗

采用人工模拟降雨试验研究了保护性耕作控制农田地表径流的效果,重点探讨了表土耕作、秸秆覆盖及土壤压实３种因素对地表径流和水分入渗的影响。试验表明,保护性耕作具有明显的处缓径流,增加水分入渗的效果。在土壤干燥,模拟降雨强度为７２ｍｍ／ｈ的条件下,传统翻耕比保护性耕作早１２－１６ｍｉｎ产生径流,入渗率降低６０．９％,总径流量高１１倍。３种试验因素中,秸秆覆盖对径流和入渗的影响最大,压实次之。在本试验中,     

不同水土保持措施下径流小区降雨与产流产沙关系研究

冀北山区生态环境脆弱,水土流失严重,因此在该区域开展水土保持研究非常有必要。通过在河北滦平县平坊小流域布设荒草地、山杏、刺槐、油松4种径流小区,并分析了2004-2005年降雨、小区产流量、产沙量、入渗率变化。结果表明:该区次降雨多为小雨和中雨,次降雨强度主要集中在<10 mm/h范围内;4种小区中产流产沙总量大小为:荒草地小区>山杏小区>刺槐小区>油松小区,且相同降雨条件下,荒草地产流产沙量明显高于其它3种小区,4种小区平均入渗率依次为65.07%,88.36%,90.16%,90.03%。说明鱼鳞坑整地,然后种植山杏、刺槐、油松等措施能够有效拦蓄径流泥沙。     

草被覆盖下坡面径流入渗过程及水力学参数特征试验研究

利用人工模拟降雨试验,定量研究了在90 mm/h降雨强度下20°陡坡面不同被覆条件下(80%,60%,40%,20%)苜蓿草地的产流产沙入渗变化规律.分析了草地侵蚀产沙的水力学参数特征.试验结果表明,不同草被覆盖条件下草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着草地覆盖度的减小而增大.随着草被覆盖度的增加,坡面径流量呈减小的趋势,草地人渗率呈增加的趋势,草被坡面径流量和入渗率呈明显负线性相关.分析了不同草被覆盖条件下草地的坡面水流平均流速、水力半径、雷诺数、弗罗德数和阻力系数特征,从水力学角度揭示了不同覆盖度草地的拦沙效应.     

黄土区不同土地经营方式径流量神经网络模拟

基于黄土坡面降雨—径流关系的复杂性和非线性,引用3层前馈型BP网络模型,对不同土地经营方式(草灌地、刈割地、翻耕地)径流量进行模拟,以植被盖度、降雨强度、坡度、土壤前期含水率和土壤容重5个因子作为输入层变量,次降雨下径流量作为输出层变量。利用野外人工模拟降雨试验所得到的不同降雨强度下各类土地经营径流小区的径流量实测资料,对网络进行模拟训练并预测,径流量平均误差不超过10%,且径流量较大的翻耕地训练精度及预测结果较草灌地、刈割准确性更高些。与传统回归统计方法进行了误差比较,结果表明,该模型能更好地预测次降雨的径流量。     

不同下垫面径流小区土壤水蚀特征试验研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面（裸地、荒草地、灌木林地）自然地貌径流小区，在天然降雨条件下，分析2a来的产流事件的径流量、产沙量、入渗率数据，发现其随次降雨变化呈现规律性变化。在相同雨强条件下，裸地小区的径流量最大，为荒草地的6倍，为灌木地的2．4倍，裸地远大于有林草覆被小区；同时裸地小区的产沙量最大时是灌木地的82倍，是荒草地的150倍，可见林草覆被大大减少了黄土坡地的土壤侵蚀；在各次降雨过程中，灌木地的平均入渗率为90％，荒草地的平均入渗率为85％，而裸露地的平均入渗率为60％且远低于林草覆被黄土坡地。     

半干旱黄土丘陵区水平阶整地规格与降雨量的关系

以半干旱区甘肃省榆中县孙家岔流域5种不同下垫面条件下的径流小区为研究对象,对小区6a的自然降雨产流观测资料进行了分析,研究了半干旱黄土丘陵区水平阶整地规格与降雨量的关系。研究结果表明,刈割草地较荒坡地的径流量增加了9.77%~24.87%灌木措施(甘蒙柽柳小区、柠条小区)径流量较荒坡地可减少8.28%~60.57%和12.24%~78.41%次降雨的产流深(草灌小区)与降雨强度具有很好的线性关系水平阶则可以完全拦蓄降雨。在15°~25°坡地上配套水平阶的设计宜按5年一遇最大6h降雨进行,此时若埂高为0.1m,其允许最大坡长为3.9~8.2m。适当加高水平阶埂高,可提高防御标准和防护面积。     

三峡库区紫色土坡地柑橘园不同耕作方式的水土流失研究

在重庆忠县坡度为11°的紫色土柑橘园,设中耕、覆盖、生草和清耕4种处理,用自动雨量记录仪记录降雨过程及降雨量,通过径流小区集水池测量不同耕作方式的地表径流量,取水样测定和统计地表径流中泥沙含量和流失量。结果表明：4种处理的地表径流量为清耕〉生草〉覆盖〉中耕,相互处理间差异极显著,清耕年地表径流量分别比生草、覆盖和中耕高8.88%,10.79%和22.51%;处理间的地表径流水中的泥沙含量差异极显著,生草的泥沙含量分别比覆盖、清耕和中耕的低11.43%,38.00%和60.00%;不同耕作方式间的年泥沙流失量差异极显著,生草的泥沙流失量分别比覆盖、清耕和中耕的低10.84%,46.40%和58.99%。生草栽培可显著减少三峡库区坡地紫色土柑橘园的水土流失。     

粗质地土壤坡度和前期含水量对土壤侵蚀的影响

利用野外模拟降雨试验,研究了粗质地土壤裸地和苜蓿地在不同坡度(5°,15°,25°)、不同前期含水量(低、中、高)条件下坡面降雨产流、产沙的过程及其特征,以此探究该区退耕还草效益。结果表明:3种坡度条件下裸地和苜蓿地的产流过程在不同前期含水量下均为先增大后趋于稳定,不同坡度之间的径流量差异不显著,但泥沙流失量随着坡度的增大而显著增加,在降雨过程中先增大达到峰值趋于稳定波动,裸地的波动幅度大于苜蓿地。2种处理的前期含水量对径流量以及平均入渗率的影响均达显著水平,裸地在相同的坡度下,前期含水量由低水平增加到中水平、低水平增加到高水平,径流量分别增加38.2%~52.8%,39.7%~42.8%,苜蓿地径流量分别增加27.3%~77.8%,45.5%~91.1%。坡度对泥沙流失量及含沙率影响显著,在相同的前期含水量下,裸地由5°增加到15°,15°增加到25°的泥沙流失量分别增加96.3%~268.7%,6.9%~40.3%,苜蓿地的泥沙流失量分别增加81.1%~384.2%,61.7%~169.9%。在相同坡度和前期含水量下,苜蓿地的径流量和泥沙流失量均显著低于裸地。研究结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量,植被不但因为冠层拦截而减少径流,而且因为耗水量增加,降低了土壤前期含水量而减水减沙。     

北京山区灌草坡面水土流失特征及其影响因素

为了揭示区域坡面水土流失规律,以北京山区灌草坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面径流量和侵蚀量与降雨、植被盖度、坡度等主要影响因子进行偏相关分析.结果表明：1）在一定降雨和下垫面条件下,径流量的主要影响因子是降雨量和最大30 min降雨强度,侵蚀量的主要影响因子是径流量、植被覆盖度和最大30 min降雨强度;2）就降雨因子而言,影响径流量的关键性降雨因子是降雨量、降雨历时和最大30 min降雨强度,而影响侵蚀量的关键性降雨因子是最大30 min降雨强度;3）径流量和侵蚀量与植被盖度之间表现出显著的负相关关系,即植被盖度越大,径流量和侵蚀量越小;4）不同坡度等级的径流量和侵蚀量差异显著,随着坡度的增加,径流量和侵蚀量呈现出先增加后减小的趋势;5）灌草坡面的水土保持作用显著,重视和发展植被恢复与重建工作,对北京山区生态环境改善和水土流失治理具有重要的意义.     

黄土区不同土地利用方式下径流量的神经网络模拟

基于黄土坡面降雨径流关系的复杂性且非线性特性。引用3层前馈型BP网络模型,对不同土地利用方式（草灌地、刈割地、翻耕地）径流量进行模拟,以植被盖度、降雨强度、坡度、土壤前期含水率和土壤容重5个因子作为输入层变量,次降雨下径流量作为输出层变量,并利用野外人工模拟降雨试验所得到不同降雨强度下各类土地利用径流小区的径流量实测资料,对网络进行模拟训练和预测,取得了较好的结果,平均误差不超过10％。研究结果表明,与传统回归统计方法进行了,误差比较,该模型的预测精度更高。     

模拟降雨条件下不同材料覆盖对水分入渗特征的影响

利用人工模拟降雨试验研究不同覆盖材料对降雨入渗能力的影响，重点研究渗水地膜覆盖、海绵薄膜覆盖情况下径流量和水分入渗速率的变化。结果表明，渗水薄膜覆盖、海绵薄膜覆盖均能明显降低径流量，增加水分入渗速率，海绵薄膜覆盖和渗水薄膜覆盖24min内的累积径流量分别减少63．94％和87．08％。     

黄土丘陵区2种典型林分降雨分配特征及其主要影响因素

森林对降雨的分配是森林生态水文和生物地球化学循环中的重要过程之一。通过对黄土丘陵区2种典型林分(刺槐林和辽东栎林)生长季降雨分配过程的实地监测,探究2种林分的降雨分配特征及其主要影响因素。结果表明:试验期间,刺槐林和辽东栎林降雨分配各组[JP]分均表现为穿透雨量(325.0,295.1 mm)＞冠层截留量(39.8,73.6 mm)＞树干径流量(25.8,21.9 mm),同时穿透雨率(83.2%和75.6%)＞冠层截留率(10.2%和18.8%)＞树干径流率(6.6%和5.6%)。次降雨量是影响降雨分配的关键因子,穿透雨量和树干径流量与次降雨量间呈现极显著线性关系,冠层截留量与次降雨量间呈现极显著对数函数关系;穿透雨率和树干径流率与次降雨量间呈现显著对数函数关系,冠层截留率与次降雨量间呈现极显著指数函数关系。刺槐林和辽东栎林产生穿透雨的次降雨阈值分别为1.0,1.3 mm,产生树干径流的次降雨阈值分别为5.9,5.4 mm。刺槐林产生的穿透雨量和[JP]树干径流量均大于辽东栎林,而冠层截留量小于辽东栎林。研究结果为黄土丘陵区森林生态水文过程的研究提供基础数据,对该地区植被恢复过程中植被类型的选择具有指导意义。     

农田下垫面处理对降雨入渗的影响

为分析田间起垄和覆膜对降雨入渗过程的影响,在内蒙古通辽市开鲁县开展了平整裸地(PL)、平整地面(PZ)、不覆膜起垄(QL)和覆膜起垄(ML)4种下垫面处理的田间降雨入渗监测试验。通过监测玉米生育期5次降雨前后不同处理土壤含水率的变化过程,分析了各下垫面处理对降雨入渗再分配过程的影响。结果表明:(1)起垄和覆膜对农田降雨入渗过程的影响与降雨量直接相关,在雨量较小时垄沟和覆膜对降雨的入渗过程影响不明显,在降雨量达到18 mm以上时,垄沟的集雨增渗作用显现,入渗量及入渗深度都有明显的增加,而当雨量达到33 mm左右及以上时,受降雨类型的影响,入渗雨量并没有随着降雨量的增加而增加;(2)各处理对降水入渗量的影响有明显的差异,QL处理因为垄沟汇集雨水的作用增加了降雨的入渗量及入渗深度,沟中剖面比PZ处理最多可增加入渗量76%;ML处理的覆膜削弱了垄沟的集雨作用,比PZ处理最多可增加入渗量39%;但由于膜的不透水作用使保留在表层土壤的水量相对减少,有更多的雨水向下运移,因此ML处理增加了降雨的入渗深度,比PZ处理的入渗深度增加约30 cm。