黄土高塬沟壑区典型流域水土流失监测发展历程及对策

通过对甘肃省庆阳市境内的南小河沟小流域和砚瓦川中流域历史时期水土流失观测内容和观测方法的系统总结,综合介绍研究流域实施水土流失监测和应用研究等方面取得的主要成果。同时,分析研究流域在水土流失监测站(网)建设、现有观测仪器设备性能及已获资料系列完整性等方面存在的问题,并提出对策,对建立数字流域型水土保持监测资料共享平台具有参考价值。     

黄土高塬沟壑区不同处理方法对土壤水分动态的影响

黄土高塬沟壑区,具有十年九旱的气候特征。为了实现雨水资源利用的最大化,选用几种常见的具有防渗作用的新材料对集水造林试验的集水区进行处理,并优选出了合适的处理方法。其中包括喷甲基硅酸钠,喷RG-100C1型高分子乳液,喷3F克渗王防水剂,掺3F克渗王防水剂,撒水泥并喷水等5种的集水效果的试验研究。通过对比研究,结果认为喷甲基硅酸钠在集水效果和资金投入上占有优势,具有推广价值。     

流域水文模型中面雨量的空间插值

以汉江褒河流域上游的江口地区为例,对流域水文模型中子流域面雨量的空间插值方法进行了比较,并应用三水源新安江模型对江口流域的日流量过程进行了模拟,模拟结果表明,在利用一般的面雨量处理方法,反距离加权法（IDW）,克立格插值法（Kriging）及引入面积权重的泰森多边形面雨量处理方法等4种方法中,引入面积权重的泰森多边形面雨量处理方法取得了较其它三种方法更好的精度,在面雨量的处理上这种方法具有一定的优势。     

山西省黄土高原塬面保护项目的实践与思考

山西省黄土高原塬面保护项目自2017年开始实施,经过4年的建设,通过修建沟头防护工程、小型蓄水工程、坡面排水工程、坡改梯工程等,有效地防止了沟头前进和沟岸扩张,控制了塬面侵蚀。在工程建设过程中,采取强化组织领导,层层落实责任,加强监督管理,规范建设程序,落实管护责任等措施,保证了项目的顺利实施,并确保了工程持续发挥效益。     

黄土高塬沟壑区退耕地土壤抗冲性及其与影响因素的关系

为了评价退耕地土壤抗冲性的变化,该文以黄土高塬沟壑区自然退耕农地为研究对象,通过径流小区冲刷法对不同覆盖度塬面退耕地(TAL,table-land abandoned land)和沟头退耕地(GAL,gully-head abandoned land)土壤抗冲性进行了研究。结果表明,1)与对照(Ⅰ)相比,TAL和GAL处理水稳性团聚体、根系密度和根系生物量均显著增加(P0.05),覆盖度大于0时,崩解速率显著减小44.87%~79.16%和33.79%~70.65%,有机质显著增加70.12%~222.70%和59.20%~194.88%,覆盖度最大时,土壤容重和渗透系数才显著减小和增大。2)TAL处理0覆盖度小区抗冲系数(AS,anti-scouribility)较对照无差异,其余覆盖度则显著增大2.31~7.57倍,GAL处理AS较对照显著增大0.99~7.12倍,覆盖度越大,根系提高土壤抗冲性能的效果越显著。3)TAL和GAL处理AS分别与容重、崩解速率、水稳性团聚体含量、渗透系数均呈极显著指数函数关系,与有机质含量、根系生物量及根系密度均呈极显著线性函数关系。水稳性团聚体是影响塬面和沟头退耕地土壤抗冲性的关键因子。结果可为研究区退耕还林还草工程生态功能评价及水土流失治理提供理论依据。     

典型对比小流域降水特征及其对径流泥沙的影响——以南小河沟流域为例

为深入了解黄土高塬沟壑区水土保持对流域径流泥沙的影响机理、特点及规律,基于小流域平行对比观测法,以南小河沟流域中杨家沟、董庄沟小流域为主要研究对象,采用统计学、双累积曲线、统计模拟、综合归因等方法研究了小流域深度治理对流域地表径流的作用和影响.结果表明:经过治理的杨家沟小流域年产流次数、泥沙量均明显减少,蓄水量显著增加...     

基于HBV模型的尼洋曲流域上游洪水致灾临界面雨量研究

[目的]建立工布江达以上尼洋曲流域的降水—径流关系,构建该流域的致洪临界雨量指标,以期为开展山洪气象预警工作提供参考。[方法]根据流域暴雨洪水致灾机制,利用地面气象观测和CMORPH资料,基于HBV水文模型进行计算分析。[结果]利用2007—2011年观测数据对HBV水文模型的参数优化和率定,模拟数据与观测数据的确定性系数为0.91,NASH效率系数为0.89;采用2012—2014年观测数据进行验证,确定性系数为0.86,NASH效率系数为0.85,率定期和验证期的平均相对误差均为3.1%,表明经过率定的HBV模型对尼洋曲上游流域具有较好的适用性。[结论]尼洋曲流域的洪水过程不仅与实时降水的面雨量有关,还与前期基础水位有关,致灾临界面雨量随前期基础水位升高而减小,并且随着前期水位的变化,临界雨量值呈现了非线性响应特征。     

黄土高原不同地貌类型区降雨侵蚀力时空特征研究

通用土壤流失方程USLE是迄今为止较为成熟,应用较广的土壤侵蚀预报模型,区域降雨侵蚀力R及其分布特征是将USLE应用于较大地区的关键.以日降雨量计算侵蚀力模型为基础,建立了黄土高原月降雨量计算降雨侵蚀力模型.用黄土高原235个气象站点1971-2000年30 a的月降雨量数据,计算得各站点的时间序列月降雨侵蚀力和年降雨侵蚀力,通过Kriging空间插值方法生成降雨侵蚀力时空分布栅格图像,并分析了不同地貌类型区降雨侵蚀力的时空特征.黄土高原降雨侵蚀力空间分布从东南到西北呈梯度递减趋势,范围在300～7 500,平均不到3 000,不同地貌类型区从大到小依次为土石山区、丘陵沟壑区(延安)、高塬沟壑区、丘陵沟壑区(榆林)、丘陵区(陇西);降雨侵蚀力年内分布主要集中于7,8两月,年际变化上存在一个2.7 a的波动周期,波动范围在多年平均值的1倍以上,不同地区相差较大.     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分空间变异性及其影响因素

为了解不同土地利用方式和地形条件下土壤含水率的数量特征及其变异规律,以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟小流域为研究对象,利用经典统计学方法系统分析了小流域尺度土壤含水率的空间变异性。结果表明:不同土地利用方式下土壤平均含水率之间呈极显著差异,其顺序为:农田>草地>林地>灌木地;土壤含水率在土壤剖面上呈先减小后增大的趋势。地形条件显著影响土壤含水率,其中梯田>沟底>坡地>峁顶;不同坡位土壤含水率的顺序为坡下>坡上>坡中,不同坡向间为阴坡>阳坡。上述土壤含水量的变异程度均为中等。在小流域尺度,土地利用和地形对土壤水分具有显著的交互作用。相关结果可为黄土丘陵沟壑区的土壤水分管理、土地利用结构优化、不同地形条件下的植被布局提供参考。     

黄土高原王东沟小流域土壤表层全磷空间变异性

[目的]分析黄土高原小流域尺度地貌单元和土地利用方式对全磷空间变异的影响。确定全磷空间变异规律,为土地生产管理提供依据。[方法]2017年在黄土高原王东沟小流域采集了267个土壤样品进行了分析研究。用ArcGIS 10.2绘制样点全磷含量分布图,并分析不同地貌单元和土地利用方式下全磷含量的空间变异特征。[结果]王东沟小流域内不同地貌单元下全磷含量呈现为:塬面塬坡沟道的分布规律,不同的土地利用类型下全磷含量呈现为:果园废弃果园农地林地荒草地的分布规律。土地利用方式和地貌单元对全磷空间变异的影响极为显著。[结论]王东沟小流域土地利用经过14a不断的调整,全磷的含量有了大幅度的提升,土地利用方式显著改变了全磷的空间分布格局。     

黄土高原降雨侵蚀力时空分布

降雨侵蚀力时空分布规律定量研究是进行土壤侵蚀预报的基础。利用231个气象站多年平均年雨量资料估算了黄土高原地区多年平均降雨侵蚀力,并绘制了等值线图。利用17个气象站日雨量和日雨强资料估算了半月降雨侵蚀力及其年内分配特征。全区降雨侵蚀力变化于327~4416MJ.mm/(hm2.h.a)之间,等值线图显示降雨侵蚀力的空间分布与年降水量的空间分布规律十分相似,大致从东南向西北递减。半月降雨侵蚀力占年侵蚀力的累积频率表,为估算土壤侵蚀方程中土壤可蚀性因子和植被覆盖—管理因子提供了基础。侵蚀力年内分配集中度指标反映出黄土高原R值年内分配集中度很高,且多集中在6—9月,集中度最大的达96.4%,最小的也有66.9%。     

近50年黄土高原马莲河流域降水变化特征分析

不同等级降水与侵蚀性降水对水土保持有重要意义,为了更好地建设黄土高原生态屏障,亟须对马莲河流域降水特征进行详细分析.收集到马莲河流域1961-2010年西峰国家基准站、环县国家基本站和华池、庆城、合水、宁县、正宁5个国家一般站的日降水观测数据,使用PMF方法,对数据进行均一化检验,确保数据质量.采用基本气象水文统计方法,研究流域降水统计特征.运用气候倾向率、Mann-Kendall检验、滑动T检验、累积距平和Morlet小波变换等方法,分析流域降水趋势、突变点和周期等特征,同时分析侵蚀性降水、不同等级降水日数和降水强度的变化特征.结果表明:1)马莲河流域多年平均降水482 mm,四季降水分别占年降水量的18％、53％、27％和2％,侵蚀性降水占年降水57％,降水变异系数为0.19,流域降水＞400 mm的保证率为72％,＞500 mm的保证率为38％;2)1961-2010年马莲河流域降水与侵蚀性降水均呈减少趋势,春、秋季降水呈减少趋势,冬季降水呈增加趋势;3)降水的突变点不明显,1992年之后,降水呈减少的趋势,年和四季降水有19、11、4和2a左右的主周期;4)中雨和小雨是马莲河流域主要降水形式,1961-2010年,降水减少是中雨和小雨显著减少引起的,降水强度与侵蚀性降水强度呈增强趋势,降水日数的减少对降水强度的增加有重要影响.马莲河流域侵蚀强度并未随雨量的减少而减弱,降水侵蚀风险没有减小,水土保持工作需要持续深入,水土保持与荒漠化治理刻不容缓.     

黄土高原土壤可蚀性因子空间分布特征及影响因素

为揭示黄土高原地区土壤可蚀性(K)的空间分布特征和影响因素,基于EPIC模型、几何平均粒径模型、Torri模型估算黄土高原地区K,并结合地理探测器比较土壤理化性质、海拔、坡度等要素对K空间分布的影响。结果表明：(1)EPIC模型、几何平均粒径模型、Torri模型估算的黄土高原地区K均值分别为0.036,0.034,0.041 [(t·hm²·h)/(MJ·mm·hm²)]。黄土高原以中可蚀性和中高可蚀性的土壤为主,不同模型对K的估算值有显著差异(F=4.460,p<0.01)。(2)黄土高原K有较为显著的空间异质性,东部和西南地区K较高,西北地区K则较低。不同省份的中可蚀性和中高可蚀性面积占比有较大的统计差异。(3)土壤理化性质(砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量、碎石含量、容重、酸碱度、阳离子交换量、基本饱和度、交换性盐基、碳酸盐、硫酸盐、可交换性钠盐、导电率)、海拔、坡度、坡向均对K呈现极显著影响(p<0.01)。土壤理化性质对K空间分布的影响强于海拔、坡度、坡向、土地利用因子间交互作用对K的影响大于单个因子。研究结果可为黄土高原土...     

黄土高原不同降雨年型乔、灌木蒸散特征与影响因素

以黄土高原地区17个乔木和15个灌木测定点生长季观测数据为基础,结合气象资料,综合分析了降水量、土壤前期储水量、潜在蒸散量与乔、灌木实际蒸散量的关系,研究了不同降雨年型乔、灌木生长季实际蒸散的差异及其影响因素。结果表明,无论是丰水年还是干旱年,乔木生长季实际蒸散量均高于灌木。不同降雨年型影响乔灌木实际蒸散的主要因素不同,丰水年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为降水,其次为潜在蒸散量而干旱年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为前期土壤储水量,其次为降水因素。     

黄土高原生境质量时空演变及其驱动因素

[目的] 分析黄土高原生境质量的时空演变和影响因素，为黄土高原的生态治理和保障区域生态安全提供科学参考。 [方法] 运用InVEST模型评价了黄土高原生境质量，利用空间自相关分析法分析生境质量时空关联性，采用地理探测器分析了影响生境质量的驱动因子并进行单因子探测及交互探测。 [结果] ①2000-2020年，黄土高原20.5%的区域生境质量上升，7.18%的区域生境质量下降，区域生境质量呈稳定提升的趋势。 ②2000，2010和2020年黄土高原全局Moran’s I分别为0.714，0.706和0.694，生境质量在空间分布上呈现集聚现象并具有较高的空间正相关性，Moran’s I指数值降低说明空间集聚性小幅度下降，空间分布差异性渐趋均衡。 ③黄土高原生境质量因子影响程度大小顺序为：NDVI＞降水＞GDP＞坡度＞高程＞人口＞气温，研究期内各驱动因子对生境质量的决定力变化幅度不大且影响顺序未发生明显改变，说明各因子对生境质量的影响较稳定。 [结论] 应充分考虑黄土高原的实际情况，兼顾生态与经济两方面协同发展的目标，未来黄土高原可根据各生态区块的生境质量状况，制定更加具有针对性的管理措施，增强生态系统服务功能，并以其为基础寻求新型经济增长模式。     

黄土高原南部降雨侵蚀力试验研究

基于Wischimeier关于降雨侵蚀力R=EI30的经典算法,以黄土高原南部杨凌天然降雨为研究对象,较详细地分析了一次降雨过程雨滴大小分布;拟合了雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度的关系;分别以EI10、EI30、EI60为降雨侵蚀力R指标,计算了该地区6-9月降雨侵蚀力大小,研究分析了降雨侵蚀力与降雨量之间的关系。得出以下结论:雨滴大小分布满足Best提出的分布式;雨滴中数直径反映次降雨过程中雨滴大小的总体趋势,与降雨强度关系密切,其关系式可表示为D50=2.25I0.21;降雨动能由降落雨滴从高空下落而具有的能量,以及与雨滴直径和下落速度有直接关系,得出降雨动能与降雨强度的关系式为E=26.57I0.28;杨凌区降雨量多集中于6-10月,月降雨侵蚀力分布随着月降雨量变化而变化;3种R指标计算的降雨侵蚀力值,EI10>EI30>EI60,且3种指标计算结果与CREAMS月雨量经验模型的相对偏差中,EI10与其相对偏差最小,但波动幅度较大,EI30与其相对偏差居中,但相对较稳定,分析得出EI10更适用于短阵型降雨,EI30适用于普通型降雨。基于上述理论,本研究旨在为今后建立黄土高原南部地区降雨侵蚀力简易计算模型提供理论依据。     

周年覆盖对黄土旱塬冬小麦产量及降水利用率的影响

针对黄土旱塬麦田降水资源少,降水季节与冬小麦需求错位,小麦产量低而不稳的问题,为探究适合当地旱作冬小麦高产高效的栽培措施,通过4年大田试验,研究了无覆盖条播(USL)、垄膜沟播(RFSF)和全膜覆土穴播(WFFHS)种植方式下,冬小麦夏休闲期残膜覆盖的蓄水保墒效果以及周年覆盖条件下冬小麦的产量效应和降水生产效率情况。结果表明:夏休闲期残膜覆盖可以提高土壤蓄水保墒能力,垄膜沟播和全膜覆土穴播处理2m土壤休闲蓄水量分别较露地条播处理高12%~22%(P0.05)和14%~30%(P0.05),相应休闲效率在29%~42%,亦显著高于无覆盖条播处理,且差异性随夏休闲期降水量增加而增加。全膜覆土穴播周年覆盖具有显著的增产效应,较传统无覆盖条播平均增产40%,覆膜种植促进了冬小麦千粒重和穗数的增加,籽粒产量与穗数呈极显著正相关(r=0.830**),覆膜和合理构建群体是提高旱塬冬小麦产量的重要措施。不同处理间水分生产效率、休闲期降水生产效率和周年降水生产效率以全膜覆土穴播处理最高,平均值分别为19.3,9.3,11.7kg/(hm2·mm)。黄土旱塬冬小麦生育期耗水深度达2m以下,覆膜种植处理的耗水量高于无覆盖条播处理,且覆膜加大对1m以下深层土壤水分的消耗。从作物高产和降水高效利用角度考虑,全膜覆土穴播周年覆盖是黄土旱塬冬小麦一种有效的栽培模式。