土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区.本文基于室内坡地降雨实验,分析了(土娄)土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓.雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显.     

地面覆盖条件下雨强和坡度对红黏土坡面侵蚀过程的影响

为揭示地面覆盖条件下第四纪红黏土坡面在不同雨强和坡度时的侵蚀变化规律,选取3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min)和3个坡度(10°,15°,20°),通过人工模拟降雨试验,分析坡面产流、产沙、入渗特征,并以15°为例计算覆盖坡面的减流减沙效益。结果表明:(1)坡面产流时间随雨强和坡度增加而提前,覆盖对产流时间有明显的滞后作用,雨强的增加会削弱覆盖延缓产流的作用;坡面径流率呈现前期增长,后期趋于稳定的变化特征;(2)当坡度一定,雨强从1.0 mm/min增加至2.0 mm/min,累积侵蚀量增加1.89～2.96倍;雨强一定,坡度从10°增加至20°,累积侵蚀量增加1.91～3.45倍;(3)坡面初始入渗率和入渗总量随坡度的增加而减小,而雨强的增大会增加坡面初始入渗率,减少入渗总量;(4)15°条件下覆盖坡面的径流量和泥沙量较裸坡平均减少50.26%和95.31%,松针覆盖的水土保持效益显著,且减沙效应大于减流效应;(5)坡度对覆盖坡面累积产流量和累积产沙量的影响程度大于雨强,不同雨强、坡度下累积径流量与累积产沙量呈现幂函数关系(R~20.97)。研究结果可为南方红壤丘陵区林下水土流失治理与生态恢复提供参考。     

模拟降雨入渗对岷江流域红壤坡面产流产沙的影响

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对岷江流域红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响。结果表明:在不同降雨强度下,随坡度的增加,初始产流时间趋于提前;随降雨强度的增大,产流时间提前,降雨强度对初始产沙时间的影响大于坡度变化的影响。在同一坡度条件下,径流强度随降雨强度的增加而增加,平均入渗率随降雨强度的增加表现为先增大后减小的趋势。50mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后20min开始趋于稳定;75mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后15min开始趋于稳定;100mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后10 min开始趋于稳定,径流强度和平均入渗率趋于稳定的时间均随雨强的增大而明显提前,各个时刻的径流强度和入渗率的稳定值在降雨过程中并不稳定,表现为随降雨强度和坡度的增大,波动愈剧烈。坡面产沙量随坡度和降雨强度的增大而增大,当坡度由5°增大到10°时,产沙量急剧增加;当坡度由10°增加到30°时,产沙量增速趋缓,侵蚀产沙量没有出现临界坡度。坡面产流强度和入渗率随时间的变化关系分别服从幂函数和对数函数规律,不同降雨强度下的径流深和产沙量也呈现出显著的正线性关系。     

紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

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。     

人工模拟降雨条件下紫色土陡坡地侵蚀泥沙变化特征研究

基于人工模拟降雨研究了三峡库区25°径流小区侵蚀泥沙对0.285,0.978,1.737 mm/min 3种不同降雨强度的响应特征。结果表明:在降雨过程中径流泥沙量,随产流历时的增加呈现先增加后逐渐减少,最终趋于稳定。侵蚀泥沙峰值量出现的时间随着雨强的增大在整个产流历程中不断提前。坡面径流的累积产沙量随产流历时的增加呈幂函数规律,相同降雨历时大降雨强度的累积产沙量明显高于小降雨强度的累积产沙量。在降雨强度为0.285,0.978,1.737 mm/min时,侵蚀泥沙中大颗粒的砂粒含量随产流历时的增加大致呈现降低趋势,侵蚀泥沙中细颗粒的粘粒及粉粒含量随着产流历时的增加呈现增加的趋势,但不同降雨强度下侵蚀泥沙机械组成的波动性有显著差异,雨强越大,侵蚀泥沙机械组成与产流历时回归模型拟合越好。     

红壤坡面降雨入渗及产流产沙特征试验研究

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响.结果表明:产流时间随降雨强度和坡度的增大而提前.对于入渗率较低的红壤坡面,径流强度主要受坡面承雨强度的影响,径流强度随雨强增大而增大,随坡度增大而减小.坡面入渗率随降雨强度的增大表现为先增大后减小.降雨强度增大能够增加水分入渗,但这种促进作用仅在一定的降雨强度范围内起作用.坡面入渗率随坡度增大表现为先增大后减小.20°左右存在一个坡面入渗率变化的临界坡度.坡面细沟侵蚀发展状况对稳定坡面入渗率有比较大的影响.径流率和入渗率与降雨历时的关系分别可以用幂函数和对数函数描述.在75,100 mm/h降雨强度下,产沙量随坡度的增大而增大,而50 mm/h降雨强度下,产沙量在20°时达到最大值而后出现下降,在20°附近存在一个侵蚀产沙量变化的临界坡度.     

人工草地覆盖条件下降雨入渗影响因素的实验研究

目前关于降雨入渗的研究很少同时探讨多种因素的影响及相应的定量关系,该文在植草坡地人工模拟降雨实验基础上,分析了人工草地盖度、雨强、土壤质地等因素对黄土坡面降雨入渗规律的影响。研究结果表明：当其他条件不变时,草地盖度越大,初始和稳定入渗率更高,入渗补给系数越大。在其他条件一定时,雨强越大,初始和稳定入渗率都越大,累积入渗量和入渗补给系数也更大。同等条件下黄绵土入渗性能优于土娄土。不同雨强下,黄绵土坡面降雨入渗率可最终表示为降雨历时和草地盖度的两参数函数;土娄土入渗率和累积入渗量均可表示为时间和草地盖度的两因素函数关系;黄绵土入渗补给系数可描述为草地盖度和雨强的两因素函数关系。     

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。     

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。     

坡地雨水资源潜力分析及径流侵蚀的动态变化

通过人工模拟降雨,对宁南山区坡地改造后不同坡度的自然坡面进行试验研究。结果表明:相同降雨量下,降雨强度与土壤贮水量补充呈反比,入渗深度随坡度增大减小。比较人工降雨和双环法对稳渗速率的影响,人工降雨测定的土壤稳渗速率小于双环法测定的稳渗速率,双环法所测定的土壤稳渗速率与人工降雨法测定的土壤稳渗速率之间呈线性函数关系。对水平沟水分补充随坡度和雨强增大而增大,大雨对水平沟水分补充有重要意义。产沙动态分析,雨强较大时,随时间推移,单位体积泥沙含量递减,在较小雨强下,随时间推移,单位体积泥沙含量呈递增趋势。雨强和土壤侵蚀模数的关系符合幂函数方程:Q=0.017I2.5442     

紫鹊界梯田区坡面产流产沙特征的模拟试验研究

通过野外模拟降雨试验,研究了紫鹊界梯田区红薯地与裸地土壤入渗及坡面产流产沙特征。结果表明,与裸地坡面相比,红薯地坡面由于覆盖度高,土壤疏松,其土壤入渗率比裸地高。在小雨强(0.65mm/min)条件下无径流产生,中(1.15mm/min)、高(1.65mm/min)雨强下坡面产流产沙速率以及径流系数均有很大程度的降低,表现出较强的减流减沙效益,但径流含沙量分别为裸地的1.3和2.8倍试验条件下的坡面产流产沙和土壤入渗过程均符合幂函数关系,产流率与产沙率之间呈线性关系。     

不同放牧强度荒漠草原产流产沙过程模拟

为揭示长期放牧的荒漠草原坡面产流产沙特征,以放牧15年的4种放牧强度的内蒙古荒漠草场土壤为研究对象,在室内人工模拟降雨条件下,探究放牧强度及雨强对草原坡面产流产沙耦合过程的影响。结果表明:(1)不同雨强下,不同放牧草场间的初始产流时间均随放牧强度的增大而提前;产流速率呈现先增长后稳定的状态,4种放牧强度草场的产流速率规律及其波动幅度均为重度放牧(HG)中度放牧(MG)对照(CK)轻度放牧(LG),且雨强对产流速率的影响大于放牧强度。荒漠草原累计径流量与降雨历时呈线性相关,且拟合度较高;(2)荒漠草原产沙速率变化呈现多谷多峰的特点,雨强和放牧强度及二者的交互效应对产沙速率有极显著影响。不同雨强下,4种放牧强度草场的产沙速率规律及其波动幅度均为HGMGCKLG。泥沙流失总量与降雨历时之间呈二次曲线关系。     

移动降雨条件下坡面产流产沙过程试验研究

通过对降雨移动方向上不同雨强和降雨历时的研究,揭示移动降雨坡面产流产沙关系及其变化规律,采用2个降雨移动方向(沿径流向上和向下移动)、2个雨强(1.35,2.75mm/min)和2个降雨历时(60,120min)在室内进行模拟移动降雨试验,分析不同降雨移动方向、不同雨强和降雨历时坡面产流产沙特征。结果表明:(1)向上移动降雨,相同历时(相同雨强)条件下,大雨强(长降雨历时)初始产流时间为140s(240s),比小雨强(短降雨历时)提前165s(65s)。(2)向下移动降雨,雨强越大,降雨历时越短,产流产沙曲线越陡峭;产流量和产沙量达到峰值的时间一致。(3)与向上移动降雨相比,向下移动降雨初始产流平均时间、产流和产沙达到峰值的平均时间分别滞后了2 210,2 468,2 948s;产流总量和产沙总量分别减少了13.08%~74.90%和42.95%~84.24%,但产流和产沙峰值大小没有明显变化规律。(4)不同降雨移动方向,坡面累计产沙量和累计产流量之间的函数表达式不同。     

解冻期坡面降雨入渗特征及模拟试验研究

通过室内人工模拟降雨试验和水量平衡方法,研究解冻期坡面降雨入渗规律。试验处理包括4个初始解冻深度(0,2,4,6cm)和3个降雨强度(0.6,0.9,1.2mm/min)。结果表明:(1)在坡面的降雨入渗过程中,随降雨历时的延长,入渗率呈由高到低的变化,波动性明显;(2)坡面初始入渗率受降雨强度的影响较大,0.9,1.2mm/min雨强下的初始入渗率显著大于0.6mm/min下的初始入渗率(p0.05);不同初始解冻深度下的稳定入渗率相差较小,平均入渗率的变化趋势与稳定入渗率的变化趋势相似,均随初始解冻深度的增加呈现先减小后增大,临界解冻深度为4cm;初始解冻深度为6cm时的累计入渗量显著大于解冻深度为0,2,4cm的累计入渗量(p0.05);累计入渗量在0.6mm/min雨强下随初始解冻深度的增加而增加,而在0.9,1.2mm/min雨强下呈先减小后增大的变化趋势,临界解冻深度分别为2,4cm;(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、蒋定生模型和Philip模型对试验结果进行模拟后发现,Horton模型最能反映解冻期坡面土壤降雨入渗的特征。研究结果可为揭示解冻期产流机制变化以及土壤侵蚀规律提供参考。     

雨强对华北土石山区坡面侵蚀及其颗粒富集过程的影响

为研究雨强对华北土石山区坡面侵蚀过程和泥沙颗粒分布规律的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以华北土石山区2种典型土壤为研究对象,在4种雨强(30,60,90,120mm/h)条件下,分析了径流的变化过程和侵蚀泥沙的颗粒组成及其颗粒富集率的变化规律。结果表明:(1)随着雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土和石灰性褐土的产流时间均逐渐减小,分别缩短了79%和85%;(2)在60,90,120mm/h雨强条件下,黄土性褐土的径流强度和泥沙浓度均随降雨时间先减小后增大,而后趋于稳定状态,石灰性褐土仅在120mm/h雨强条件下出现相似规律;(3)当雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土泥沙流失朝粗颗粒化发展,侵蚀泥沙的砂粒和粗粉粒含量分别增加了86%和21%,而石灰性褐土的变化不明显;(4)在降雨初始阶段,粒径较小的黏粒和细粉粒明显富集,而粒径较大的粗粉粒和砂粒不易流失,但随着降雨历时的延长,不同粒径泥沙颗粒的富集率趋于1,这种现象在大雨强下表现得尤为明显。     

雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响

为探究雨强和植被覆盖度对花岗岩红壤坡面产流产沙的影响,通过室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(0.5,1.0,1.5 mm/min)和植被覆盖度(0,20%,40%,60%)下坡面侵蚀的产流、产沙规律及相关关系。结果表明:(1)同一雨强下,初始产流时间随植被覆盖度增加而延迟,并随雨强增大而提前,雨强越大,产流时间提前越明显;(2)各坡面径流率、侵蚀率随植被覆盖度增加而减小,且植被覆盖度越高,径流率和侵蚀率波动范围越小,侵蚀过程越稳定;(3)有植被覆盖的坡面,产沙主要以0.25 mm的水稳性团聚体为主,侵蚀泥沙中0.25 mm水稳性团聚体比重随雨强增大而增加,且增加的幅度随覆盖度的提高而减小;(4)雨强、植被覆盖度均与产流时间、径流率、侵蚀率呈现极显著相关关系(P0.01),且坡面产流过程与雨强变化的相关性大于其与植被覆盖度变化的相关性,坡面产沙过程与植被覆盖度变化的相关性大于其与雨强变化的相关性,不同雨强下植被覆盖坡面累积径流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R~20.98)。研究结果可为南方红壤丘陵区水土流失治理与生态恢复提供科学参考。     

模拟降雨条件下不同土石比例弃土堆置体产流产沙研究

为研究不同土石比例条件下弃土堆置体水土流失特征之间的差异,以前期概化的4类弃土堆置体中坡顶平台有车辆碾压的弃土堆置类型为研究对象,采用人工模拟降雨试验,研究4种土石比例弃土堆置体在4种降雨强度条件下的产流产沙特征。研究表明:4种土石比例的弃土堆置体的开始产流时间随着砾石含量的增加而缩短;相同土石比例条件下,径流率和侵蚀速率随着降雨强度的增大而增大;相同降雨强度条件下,径流率和侵蚀速率随着土石比例的减小而减小;径流率随着降雨时间的推移在一定范围内呈波动式变化,侵蚀速率随时间推移呈稳定、波动两种变化趋势。不同土石比例弃土堆置体平均径流率、平均侵蚀速率随着砾石含量的增大而增大;总产沙量随着总径流量的增大而增大。