黄土高原小流域重力侵蚀数值模拟

为研究黄土高原小流域重力侵蚀机理,采用fish语言编写多层复杂地形建模的前处理程序,对多层复杂地形建模进行了二次开发。从力学稳定性角度,采用有限差分FLAC3D软件对黄土高原小流域概化模型进行重力侵蚀机理研究,分析了流域重力侵蚀的发育过程,并对小流域位移场和应力场进行了数值模拟。结果表明：建立的三维模型能真实地表现小流域地形、地貌,仿真效果良好。小流域重力侵蚀过程分为发育期、成熟期和稳定期3个阶段,沟头溯源区是小流域侵蚀最强烈的部位;凹形的边坡整体几何形态利于边坡稳定,减缓了重力侵蚀的发生程度。建模方法和数值模拟结果可应用到重力侵蚀研究中,为推动流域侵蚀产沙时空规律研究的深入发展和小流域水土流失综合治理以及生态环境建设提供科学依据。     

黄土高原小流域重力侵蚀稳定性评价

为评价黄土高原小流域重力侵蚀稳定性,采用有限差分FLAC3D软件对黄土高原王茂沟小流域概化模型进行了研究。对小流域平衡状态时位移场和应力场和塑性屈服区进行数值模拟,并结合Rosen-blueth矩估计方法对流域重力侵蚀破坏概率可靠度进行了分析。结果表明,剪切塑性区域主要分布于坡面和沟坡大部分区域,张拉塑性区域主要分布于梁峁顶和梁峁坡上部;该流域重力侵蚀处于不可接受的风险水平,需采取有效的工程措施以提高其稳定性。Rosenblueth法可有效地将传统安全系数与概率分布相互结合补充,为建立流域稳定性与重力侵蚀可靠度的指标评价体系提供了一种好的方法。     

黄土丘Ⅴ区典型小流域坝控区重力侵蚀分析与预测

黄土丘Ⅴ区因其独特的土壤及地形和水文地质条件,使淤地坝坝控区的重力侵蚀严重,以至于毁坏耕地、道路和桥梁等,严重影响淤地坝效益的发挥。针对黄土丘Ⅴ区典型小流域坝控区在运行期间因沟岸崩塌和岸坡滑塌等产生的重力侵蚀导致淤地坝泥沙淤积量计算失真的问题,采用实测库容与3S技术生成库容资料和原设计库容曲线复核率定的三重复核分析方法,对运行期淤地坝坝控区域的重力侵蚀来源、诱发因素及预测进行分析。结果表明:(1)反映淤地坝淤积形态的形态判别系数α'为0.711~208.517,均值48.238,说明除阳山上小型坝小于临界数2.2为椎体淤积外,其他淤地坝为三角洲淤积;(2)坝控区形态参数如淤积面面积、周长、淤积体积及淤积形态判别系数等对重力侵蚀影响较大,给出了重力侵蚀量及侵蚀模数的计算关系;(3)重力侵蚀模数的范围184.79~812.80t/(km~2·a),均值360.68t/(km~2·a),坝控区淤积产沙模数的范围225~2 719t/(km~2·a),均值1 382t/(km~2·a)。重力侵蚀模数约占淤积产沙模数的26.1%,说明在黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区淤地坝的库区拦沙既有上游因水力侵蚀产沙又有库区自身重力侵蚀所致,淤地坝的运行管理既要防止重力侵蚀破坏现有耕地,又要防止淤地坝淤积出的土地被沟道基流苦咸水破坏,从而导致淤地坝淤地无法高效利用。     

黄土高原小流域坝系水土保持监测技术探讨

为了全面、系统地监控和及时掌握坝系工程建设和运行的基本情况,积累基础资料,为坝系工程建设综合效益评价提供技术支撑,为宏观决策提供科学依据,必须开展坝系水土保持监测工作。以《黄河流域水土保持小流域坝系监测导则》等规范为依据,结合编制黄土高原小流域示范坝系监测设计的工作实践,提出了黄土高原小流域坝系水土保持监测的内容、方法及有关问题。     

黄土高原坡沟系统重力侵蚀数值模拟研究

采用有限差分软件FLAC3D对黄土高原坡沟系统重力侵蚀机理进行探索,对坡沟系统应力场和位移场进行数值模拟,分析了不同侵蚀基准面抬升高度对坡沟稳定性及重力侵蚀的影响。结果表明,随侵蚀基准面逐渐抬升,坡沟系统逐渐稳定,最大位移、安全系数及滑塌概率的变化符合指数函数分布规律。拟合方程精度较高,可应用于坡沟重力侵蚀的定性分析与定量计算。凹形边坡整体几何形态能够有效降低应力集中,减缓重力侵蚀的发生程度;坡沟系统上部位移是以"沉降"模式为主,梁峁顶和梁峁坡是重力侵蚀最为强烈的部位。随侵蚀基准面逐渐抬升,各方向位移均有不同程度降低。     

甘肃省黄土高原典型小流域侵蚀沟道特征

[目的]对甘肃省黄土高原典型小流域侵蚀沟道的分级分类进行简要研究,为进一步推动该区水土保持和生态治理工作提供理论基础。[方法]在甘肃省第一次全国水利普查结果的基础上,运用GIS技术,采用地貌几何定量数学模型分级方法,定量化分级沟道,并从地质、地貌、大小以及形状对侵蚀沟道进行分类,由此来推断黄土高原区侵蚀沟道的特征。[结果]甘肃黄土高原典型小流域侵蚀沟道主要以Ⅰ级沟道为主,其中丘陵沟壑区主要以半开析、中度割裂、半主沟型为主;高塬沟壑区主要以半开析、中度割裂、支沟型为主。[结论]丘陵沟壑区第五副区沟壑狭窄陡峭,沟道破碎化程度高,水土流失量高,治理难度大,沟道难以利用。     

浅谈植物措施在水土保持中的作用机理

造成水土流失的原因除自然因素外,与当地植被覆盖度有着密切的关系。大凡水土流失加剧,沙漠扩大,湖海湮废,水源减少,局部地区气候变化以及物种分布变迁与灭绝等,都与植被有直接或间接的关系。植被防治风蚀的作用在于其林分结构可有效降低风速及能量。当植被覆盖度<27.15%时,风蚀开始变得很明显。植被防治水蚀作用在于其能够减少雨滴溅蚀以及拦截部分降水量,减少地表径流量,防止地表土壤被侵蚀。使土壤具有良好的结构和提高土壤孔隙度以及较高的水分渗透性;森林枯枝落叶层起到过滤泥沙和海绵的作用。植物的根系盘根错节固结土壤,增强了土壤的抗蚀强度,减少滑坡、泥石流和山洪的发生。     

小流域森林植被冠层对降雨侵蚀力减缓研究

降雨是影响土壤侵蚀的主要因素之一,降雨侵蚀力反映了降雨对土壤侵蚀的潜在能力;森林植被对土壤侵蚀具有减缓作用。本文通过气象观测站与标准径流小区的试验观测,系统地分析了赣西北大坑小流域森林植被冠层对降雨侵蚀力的影响,结果表明：①不同林分林冠截留率不同,其中杉木林平均截留率为25．82％,马尾松林为19．63％,檀木为21．13％;②不同林分减缓降雨侵蚀力的作用是不同的,其中马尾松林〉杉木林;③灌木林在减弱降雨侵蚀力作用中占有特殊重要的作用,本研究中檀木林减缓降雨侵蚀力为22％-27％,平均为25％,远远大于乔木林。     

黄土高原重力侵蚀的地形与岩性组合因子分析

黄土高原地区严重的重力侵蚀,是该区的主要侵蚀方式之一。本文运用计量地貌学方法,对该区重力侵蚀的地形因子进行了分析,提出了重力侵蚀的地形因子值概念,编制了全区区域临空面高度以及地形因子等值线图,给出了不同岩性组合条件的重力浸蚀强度地形因子指标。最后还探讨了重力侵蚀强度的区域特征。     

黄土高原沟壑区小型重力侵蚀影响因素分析

小型重力侵蚀是黄土高原沟壑区流域产沙的重要来源.影响小型重力侵蚀的因素很多,根据野外实际观测,研究和讨论了沟道发展阶段、沟坡坡度、土体风化、土体蠕动、植被发育、降雨等因素对小型重力侵蚀的影响.结果表明:沟坡土体的风化和蠕动是小型重力侵蚀的重要影响因素,沟坡坡度是决定小型重力侵蚀特点和强度的主要限制性因素,降雨是小型重力侵蚀的重要触发因素,植被的发育对小型的重力侵蚀有比较明显的抑制作用.     

基于水沙关系框架的黄土区不同水保措施减沙贡献分割方法

黄土高原水土保持治理已取得巨大成效,但常规的水文法和水保法均不能可靠地进行不同水土保持治理措施的减沙贡献分割。该研究首先分析了不同治理措施的减沙机制,认为在流域尺度上:1)由于坡面水下沟后继续冲刷,植被、梯田等坡面治理措施仅通过减少地表径流来减沙;2)淤地坝既通过减少地表径流来减沙,也通过降低地表径流含沙量来减沙;3)降雨对产沙的影响机制与坡面措施类似。基于此,该研究提出了一种新的针对黄土区的流域减沙贡献分割方案,给出了降雨、坡面措施以及淤地坝的减沙贡献计算公式。验证结果表明,这3个公式计算结果与实际观测结果均非常一致,其中淤地坝公式准确计算出了大理河、清涧河、延河流域的淤地坝拦沙量(R2>0.9)。水文法被认为是一种较可靠的降雨变化和人类活动贡献分割方法,该研究提出的方法与水文法的计算的结果几乎一致。水保法计算结果为坡面减蚀率,因而会高估减沙贡献,而该研究方法考虑了减沙效应的空间尺度变异,计算结果为流域减沙率。该研究提出的方法具有较好的理论基础,对黄河流域减沙的归因分析以及未来治黄策略的制定具有重要意义。     

利用侵蚀模型普查黄土高原土壤侵蚀状况

土壤侵蚀普查对于土地资源保护和自然灾害防治具有重要意义。为了测试抽样方法和土壤侵蚀模型在土壤侵蚀普查中的适用性,该文以陕西吴起县为试点,采用1%均匀抽样方法,调查39个抽样单元的土壤侵蚀影响因子,使用中国侵蚀预报模型CSLE(Chinese soilloss equation)估算土壤侵蚀模数,并与基于遥感数据的水蚀分级分类方法进行比较。两种方法估算的全县平均土壤侵蚀模数分别为4571和5504t/(km2a),但不同分级侵蚀强度的面积和空间分布存在较大差异。抽样方法在土地利用与覆盖、水土保持措施及土壤特性方面获得的信息量大于遥感方法,同时对于区域具有很好的代表性;使用模型估算土壤侵蚀考虑的影响因子与分级方法相比,还包括了土壤可蚀性、坡长因子以及水土保持措施因子等,由此计算的土壤侵蚀模数和强度具有更高的可信度。因此,虽然基于抽样方法和土壤侵蚀模型的土壤侵蚀普查方法也存在一定的问题,但与土壤侵蚀分类分级方法相比具有明显的优越性。     

A decision support system for soil and water conservation measures on agricultural watersheds

Integrated watershed management (IWM) is vital in achieving agricultural sustainability in terms of both production and environmental protection. A decision support system (DSS) is useful in generating alternative decision scenarios for management of natural resources, facilitating the implementation of IWM concepts in an interactive and holistic way. The decision to implement an appropriate land use coupled with suitable soil and water conservation techniques not only enhances watershed health but also prevents sediment losses. Besides reducing basin fertility, such losses decrease the storage capacity of downstream reservoirs through silt deposition, which can, in turn, give rise to low biomass production and poorer flood control. In order to facilitate IWM, an effort was made to develop, in the Visual Basic programming language, a soil and water conservation DSS which considered both structural and cropping practices for arresting sediment loss. Input parameters to the DSS for a given tract of land included: mean slope; sediment loss; soil type; and land capability class (LCC). Outputs included decision criteria to choose among alternative structural measures and suggested cropping systems to serve as biological measures to reduce soil loss and conserve water. Structural watershed management measures included a variety of soil and water conservation structures widely adopted by farming communities throughout the world. The DSS is capable of providing sediment control solutions not only for small watersheds but also for larger drainage basins, by dividing the basin into smaller watersheds. The DSS was validated for a watershed on the Caribbean island of St Lucia and used to suggest measures for a 10° slope under specific soil type, sediment loss and LCC conditions. The measures proposed included bench terraces, graded contour bunds, conservation ditches, concrete chute spillways, diversion dams and conservation cropping systems. The measures actually adopted on‐site were conservation ditches, graded contour bunds and conservation cropping systems, a close parallel to the DSS's proposed measures. On slopes ranging from 5–55°, implementation of the suggested control measures resulted in a 34–37 per cent reduction in soil loss on the watershed. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

甘肃天水市对比小流域暴雨洪水侵蚀产沙特性

 为分析黄土丘三区水土保持综合治理对小流域典型暴雨产汇流特性的影响,依据桥子东、西沟对比小流域暴雨洪水泥沙观测资料,结合实地调查对比分析雨、洪、沙特性。结果表明:在降雨差异很小的情况下,其水沙特性差异明显,桥子东沟较西沟洪峰削减率达66.9%,单位面积减洪量1万3336m3/km2,减沙量8534t/km2,2流域的流量和含沙量过程变化趋势基本一致,但西沟变率均大于东沟,且西沟流域侵蚀模数是东沟的3.5倍。桥子东沟流域各项水土保持措施发挥了显著的蓄洪拦沙作用,减洪效益59.9%,减沙效益79.5%;桥子西沟的林草措施减洪效益为6.9%,减沙效益8.4%。     

上海市水力侵蚀现状与水土保持措施分析

为研究上海市水土流失及措施现状,以第一次全国水利普查水土保持情况普查结果为基础,结合上海市基本情况,分析上海市水力侵蚀现状和水土保持措施情况。结果表明,上海市水土流失面积超过了200km^2,水土流失以河道两岸和湖泊沿岸的坍塌淤浅为主要特征,建设项目施工造成的人为水土流失也是上海市水土流失的一个重要方面。上海市中心城区水土保持措施较完善,但郊区部分河道还没有采取有效护坡措施,基本处于自然状态,很容易发生水土流失;因此,河道边坡和湖泊岸线的护岸整治、海岸滩涂的保滩促淤治理是上海市水土保持工作的重点,同时还应加强建设项目的监管和水土保持监测,以防止人为水土流失。     

黄土高原水土保持措施对侵蚀土壤发育的效应

 水土保持工程及植被措施实施,对土壤形成条件、土壤特征及土壤发育产生一定影响,而侵蚀土壤发育程度是评价土壤质量变化及其生态环境效应的重要基础。研究黄土高原水土保持措施对侵蚀土壤理化性质、发育和功能的影响,可为水土保持综合治理,改善黄土高原生态环境提供依据。评述长期定位试验的方法及以空间代替时间的原理,研究了在实施不同水土保持措施后,土壤基本理化性状的变化特征。结果表明:随着措施实施年限的增加,土壤的水分环境和土壤有机碳含量发生了明显改善,对土壤结构和功能产生了影响。证明水土保持措施对侵蚀土壤的发育有一定促进作用。     

Investigating the spatial distribution of soil erosion and deposition in a small catchment on the Loess Plateau of China, using Cs

An understanding of the spatial distribution of soil erosion and deposition in a catchment is important for designing soil and water conservation measures. Traditional monitoring techniques provide limited information on the spatial patterns of erosion and deposition. The fallout radionuclide ¹³⁷Cs was used to document rates and patterns of soil redistribution within a small (0.17 km²) gully catchment located near An'sai in Shaanxi Province, representative of the Loess Plateau of China. The local reference inventory was estimated to be 2266 Bq m⁻² and the ¹³⁷Cs inventories of 198 soil cores collected from the catchment, ranged from 0 to 3849 Bq m⁻². The coefficient of variation of the inventories of the individual cores was 0.85, reflecting the complex pattern of ¹³⁷Cs redistribution by soil erosion and deposition. Estimates of erosion rates derived from ¹³⁷Cs measurement ranged from less than 25 to 150 Mg ha⁻¹ year⁻¹, with about 70% of the net soil loss from the catchment coming from the gully area. The ¹³⁷Cs technique was shown to provide an effective means of documenting the spatial distribution of soil erosion and deposition within the small catchment.