植被固坡机制的研究

植被的有无对坡面发生表层滑坡有着很大的影响。日本学者执印康裕从水文学、机械学两个方面研究了植被对表层滑坡影响机制,分析植被防止表层滑坡的发生、发展的力学作用,利用植被防止滑坡是根据植被的根系具有增加土质强度的机能作用,这种作用的大小主要取决于坡面基岩特点、土层厚度、植被(树种)组成、林龄等因素。     

滑坡堆积物水分动态的观测

对坡面发生滑坡和泥石流的分析,要进行危险系数计算,需要有坡面水分动态观测资料,然而,在世界范围内,很少有人长期对坡面堆积物水分动态进行观测。2008年日本学者泷口茂隆等人持续对坡面动态、水文进行不间断观测。其结论是发生降雨时,径流流出几乎迟缓,坡面堆积物变化明显;应用物理模型对该地区进行表层滑坡地点的计算与发生预测的精度较高。但因仅有5 a的观测数据,且没有较大降雨观测资料,还不能说具有系统研究,对把握降雨时坡面堆积物的水分状况和坡面变化形态,及对发生坡面滑坡预测方法等,有待于进一步研究。但此次观测资料、观测仪器、观测方法,还具有一定借鉴价值。观测方法及相关资料可做他山之石。     

植被覆盖对水土流失影响的研究

通过对裸地坡面和植被坡面进行水土流失观测,结果表明,每年绿化坡面的泥沙量是裸地坡面泥沙量的2%。相对同等雨强的绿化坡面泥沙流失的平均粒径约为裸地坡面的1/2;渗透能力、曼宁糙率系数和土壤表层的干燥密度一直随植被的增加而增加。另外,把损失雨量、曼宁糙率系数及流失发生区面积作为参数,使用流失模型和流沙量公式进行表面侵蚀造成泥沙流失量的模拟计算,其实测值得到了证实。     

六盘山华北落叶松人工林土壤水分空间异质性的降雨前后变化及其影响因素

为了阐明林冠叶面积指数、枯落物厚度等植被因子及降雨量影响下的林地土壤水分空间异质性变化规律,在宁夏六盘山香水河小流域选择了2个35a华北落叶松典型坡面(东南坡A、南坡B),遵循空间格局分析的小支撑、多样点设计原则,结合所选坡面特征,利用线状样带取样法,测定了坡面上各样点的表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤水分、林冠叶面积指数、枯落物层厚度、坡度及离开最近一棵树主干的距离,采用经典统计结合地统计学方法,分析了降雨前后土壤水分空间变异特征;利用Pearson相关分析法分析了降雨前后坡面土壤水分与主要环境因子的数量关系;经Kriging插值得到了实验坡面降雨前后的土壤水分空间分布图。结果表明:本研究选择的2个坡面上表层和亚表层土壤水分均存在显著的空间自相关性,呈现明显的斑块状分布格局。A、B坡面雨前表层土壤水分的块基比分别为0.20和0.16,有强烈的空间自相关性;亚表层的块基比均为0.50,具有中等的空间自相关性;表层土壤水分变程分别为27.6m和23.7m,亚表层土壤水分变程为54.9m和186.0m,空间自相关性存在于较大的范围内。降雨后A、B坡面的表层土壤水分的块基比分别为0.13和0.11,亚表层的块基比为0.28和0.20;表层土壤水分变程分别为17.7m和17.3m,亚表层土壤水分变程为31.4 m和42.6 m,空间自相关性存在的范围变小。Pearson相关分析表明,A坡面土壤水分的空间变化在雨前主要受样点离开树木的距离和坡度的影响,雨后则主要受样点上方叶面积指数和枯落物厚度的影响。由此可见,此次11mm降水使2个坡面上土壤水分的空间异质性增加、空间自相关性增强,且乔木林冠层和枯落物层对降雨的截持和再分配是雨后土壤水分空间异质性增大的主要原因。     

坡面滑坡概率统计分析

对山地深处坡面滑坡的预测研究,有必要对坡面地形、地质和植物因子建立坡面滑坡物理预测技术。对坡面滑坡预测要掌握坡面因子;特别对原位置的测定与调查非常有效。表层滑坡要从条件因子和诱导因子两方面的关系深入研究。随着对暴雨引发坡面滑坡的预测,因多数因子包含多维空间,研究时要建立多维空间预测模型,可有效地运用网格模型进行相关研究。应用网格进行预测,可提高过大的雨量未发生泥石流和过小雨量发生泥石流时的判断精度。其实滑坡是极端事件,提高宏观的辨别度,用少量的数据进行分析,采用采矿分段预测技术,应用数据灰色度分析技术方法,研究其适用性。     

浅析沙棘根系在砒砂岩地区坡面上的分布情况

以人工种植在砒砂岩地区坡面上的中国沙棘的根系为研究对象,通过对其不同径级的三个生长指标：根密度、根长、根量进行研究,可以得出：沙棘根系主要分布在0-40 cm土层范围内,这种分布为浅根型分布,且水平根系比较发达。对于径级〈3 mm的根系,它的根密度值在表层最大,之后沿土层深度的增加而减少;其它径级的根系其根密度的实测点分布呈现出表层较少,10-20 cm处最大,20 cm以下沿土层深度的增加而递减的规律。根长随根系径级的增加大致呈现出减小的趋势。根量则反之,随径级的增加而增大。具有固氮能力的根瘤主要分布在0-40 cm的土层内,在表层最多。     

降雨入渗作用下秭归向斜核部南段斜坡稳定性评价

[目的]开展降雨条件下湖北省秭归县向斜核部斜坡稳定性评价研究,为政府部门减灾防灾工程提供科学支持,为滑坡灾害的预测和管理提供科学依据。[方法]以耦合了地下水动力学的TRIGRS无限斜坡稳定性计算模型为基础,详细介绍了斜坡稳定性评价的数据处理过程以及参数选取方法。[结果]发生斜坡失稳的区域多位于松散土体中等厚—较厚,地形坡度中等的区域,尤其是土层厚度在7—10m,地形坡度在20°~30°范围内为斜坡失稳高发区。[结论]在土层厚度和地形地貌的双重控制下,短历时强降雨入渗作用导致孔隙水压力增大,这些区域的斜坡土体极易发生滑动,为滑坡危险性较高的多发区域。斜坡稳定性评价结果和滑坡实际分布吻合程度较高,在一定程度上反映出降雨诱发滑坡空间分布关系和分布规律。     

利用探地雷达测定东北黑土层厚度在坡面的空间变化

准确掌握黑土层厚度分布信息对于黑土资源评价和保护具有重要意义。然而,传统土层厚度测定方法包括土壤剖面法、插钎法和钻孔法等对于大范围的土壤厚度测定效率较低且连续性较差。本研究利用探地雷达探测了东北黑土区直型、凸型和凹型3种坡型坡面的黑土层厚度。室内模拟试验对黑土及黄土母质土壤分别设置不同的容重和含水量,探究土壤含水量和容重对土壤介电常数的影响以及探地雷达测定黑土厚度的可行性。野外试验通过开挖剖面和预埋标识物,验证了探地雷达测量黑土厚度的准确性。结果表明：土壤介电常数随容重的增大而增大,随土壤含水量的增加而减小;黑土和黄土母质层土壤含水量、容重和介电常数之间的关系可以用两个对数方程来描述,其精确度为95.26%~99.66%。探地雷达测量黑土厚度与剖面实测厚度相比,精确度为87.05%~95.58%。3个坡面的黑土厚度空间分布不同,且坡脚发生沉积处的黑土厚度较大,坡肩和坡背土壤侵蚀较严重处的黑土厚度较薄。本研究可为进一步探明和保护黑土资源提供一种高效、准确的土壤厚度调查方法。     

树木根系在防止滑坡中的土力学作用

作者通过大型直接剪切测试和根系分布形态调查,研究了树木根系在防护滑坡中的作用。当土层中有根系存在时,其抗剪强度显然增强。作者据测试结果得出一些根系效应的方程式,其作用似同土壤凝聚力一样明显。根在深度方向上分布服从于Weibull分布。从大量的坡体稳定分析中看出,土层的抗剪强度存在着最弱强度区(潜伏破坏带),主要是该带中根系的垂直分布量很有限。所以表层滑坡就多发生在这个弱强度带上。因此,我们应把含根系多少的亚表土层看成为土壤——根系的相关作用层。作者还认为坡体破坏问题取决于该层受到破坏与否。     

水力侵蚀下砒砂岩坡面植被格局对土壤颗粒空间分布的影响

[目的] 研究内蒙古鄂尔多斯市典型砒砂岩地区不同植被格局下表层土壤颗粒组成空间分布特征,探明水力侵蚀下土壤颗粒分选搬运机制,为该区域生态环境恢复提供理论基础。[方法] 基于野外径流小区的原位监测试验,采用三维激光扫描与地统计学相结合的方法分析自然降雨条件下,砒砂岩坡面不同植被格局对表层土壤颗粒空间分布的影响。[结果] ①均匀分布的植被格局可有效抑制坡面的产流产沙。与裸露坡面相比其侵蚀区面积、平均径流量、平均泥沙量分别降低了5.35%,63.16%,76.47%。②均匀分布的植被格局下土壤黏粒、粉粒的含量分别较雨前增加了1.3%,2.2%,砂粒含量减少了3.2%;随机分布、聚集分布的植被格局下砂粒的含量分别增加了5.8%,15.3%,使土壤质地粗化。③不同的植被格局是引起土壤颗粒空间变异的主要因素。与降雨前相比,均匀分布、随机分布的植被格局使粉粒、砂粒的块金系数变高,空间自相关性降低;聚集分布的植被格局使黏粒、粉粒的块金系数由95.06%,83.89%降为0.07%,0.06%,表现出强烈的空间自相关性。[结论] 均匀分布的植被格局对砒砂岩坡面有着良好的水土保持作用,可显著减少坡面产流产沙过程并抑制土壤粗化。     

黄土高原农耕地坡面侵蚀过程的^7Be示踪试验研究

定量研究坡面次降雨条件下不同侵蚀类型随时间的变化规律,利用传统研究方法很难解决,利用7Be在土壤表层剖面中呈指数减少的趋势,且主要分布在0～10mm的表层范围内的特点,利用137Cs在耕层土壤剖面中分布比较均匀的趋势,运用复合示踪法定量研究了坡面次降雨条件下不同侵蚀类型的发生、发展。研究结果表明,7Be可以更敏感地反映侵蚀过程中所发生的坡面片蚀状况,并将坡面片蚀和细沟侵蚀类型随时间的变化定量区分开来。另外,利用7Be示踪法计算了细沟侵蚀量,并与传统研究方法得出的结果进行了比较。     

黄土高原农耕地坡面侵蚀过程的7Be示踪试验研究

定量研究坡面次降雨条件下不同侵蚀类型随时间的变化规律,利用传统研究方法很难解决,利用7Be在土壤表层剖面中呈指数减少的趋势,且主要分布在0～10 mm的表层范围内的特点,利用137Cs在耕层土壤剖面中分布比较均匀的趋势,运用复合示踪法定量研究了坡面次降雨条件下不同侵蚀类型的发生、发展.研究结果表明,7Be可以更敏感地反映侵蚀过程中所发生的坡面片蚀状况,并将坡面片蚀和细沟侵蚀类型随时间的变化定量区分开来.另外,利用7Be示踪法计算了细沟侵蚀量,并与传统研究方法得出的结果进行了比较.     

宁夏固原云雾山天然草坡土壤电阻率和含水率的关系及其空间变异

为了解黄土区坡面土壤水分的空间分布,于2010年5月初选择宁夏固原云雾山2个典型草坡上利用多电极电阻仪法(ERT)测定了土壤电阻率的坡面空间分布。分别在长约400m的东南坡向坡面和圆丘坡面的4个长约100m坡向上设置纵向样线,并在样线上多点同步地测定了土壤含水率和电阻率,结果表明:土壤电阻率沿纵向坡面的空间连续性和变异性总体较好,阴坡半阴坡(西北、东北)的土壤电阻率小于阳坡半阳坡(东南、西南),并随土层深度增加而逐渐增大。同时,土壤电阻率随着体积含水率增大而几乎线性降低,其相关关系较好,说明利用土壤电阻仪测定值计算土壤含水率的空间连续发布是定量了解黄土坡面土壤水分空间分布非破坏性的一个适合技术途径。     

递增式连续降雨条件下典型山区坡面径流产沙水动力学特征

山区复杂的下垫面条件导致了山区小流域水文响应过程的复杂性,山区坡面作为山区小流域水文响应的基本单元,研究其不同下垫面条件下径流产沙水动力特征具有重要意义。为明晰山区坡面不同下垫面条件下径流水沙水动力特征,该研究选用官山河小流域作为研究对象,基于室内模拟递增式连续降雨试验方法,研究了坡度、土层厚度分布和土层底部透水性等山区坡面下垫面特性共同作用下的坡面径流产沙水动力学特征。结果表明：1）连续降雨条件下,雷诺数、水流剪切力和径流功率随着产流时间和雨强增加呈现增加趋势,Darcy-Weisbach阻力系数呈降低趋势。2）雨强增加使雷诺数均值和径流功率均值显著增加（P<0.05）,设计雨强60、90、120 mm/h时的雷诺数均值、径流功率均值分别比30 mm/h的雷诺数均值、径流功率均值增加了130%、276%、366%和171%、328%、435%;坡度增加使水流剪切力均值和径流功率均值显著增加（P<0.05）,坡度15°、25°的水流剪切力均值分别比坡度5°的增加了135%和187%,坡度15°、25°的径流功率均值分别比坡度5°的均值增加了224%和357%;土层厚度分布对阻力系数 均值和土层底部透水的雷诺数均值、径流功率均值有显著影响（P<0.05）,土层底部透水性仅对土层厚度分布为上薄下厚的雷诺数均值和水流剪切力均值有显著影响（P<0.05）。3）雨强是影响坡面产流产沙水动力特征的主导因素,对雷诺数的方差贡献率高达83.11%,水流剪切力主要受到雨强和坡度的影响,累计贡献率达67.64%,径流功率主要受到雨强和坡度的影响,累计贡献率达80.58%。在单一雨强条件下,坡度和土层厚度分布是影响水动力参数的主要因素,土层厚度分布和坡度的交互作用、土层底部透水性和土层厚度分布的交互作用对水动力参数也有一定影响。因此,在研究坡面产流产沙规律时,除考虑雨强和坡度外,还应兼顾考虑土层厚度分布和土层底部透水性及其交互作用的影响。该研究结果可为山区坡面复杂下垫面条件下的坡面产流产沙机理提供一定的理论支撑,并为改进山区小流域水文过程分布式模拟提供参数率定依据。     

坡面管涌对滑坡(泥石流)的影响

山体斜坡的管涌可能诱发泥石流的发生,从而导致山体滑坡。而目前在研究山体滑坡时,很少考虑管涌影响因子。日本学者内田太郎等运用数值计算方法分析了管涌的闭塞土层孔隙水的压力分布对斜坡安全的影响。其结论为:当土壤饱和渗水系数k=6.4×10-6cm/s时,滑坡宽5m、坡长3-8 m的条件与影响范围无关,900 s以内安全系数均ks<1。当土壤的饱和系数k=6.4×10-2cm/s时,任何情况下安全系数ks<1。当滑坡长3～8 m时,ks降到1以下所需的时间最短。此项研究成果对我国泥石流研究可起到借鉴作用。     

三峡库区森林植被坡面产流特性

以重庆缙云山4种不同植被类型坡面为研究对象,对2002年降雨和地表产流实测值进行对比分析,结果表明:三峡库区4种坡面在相同的降雨条件下,产流量依次为:混交林地(65.18 mm)＞毛竹林地(64.72 mm)＞灌木林地(30.52 mm)＞阔叶林(18.71 mm),并且产流量集中分布在4-9月,其中阔叶林的产流量为4种植被类型坡面中最低,表明阔叶林相对于其它坡面在调节径流方面的作用最大;地表特性各因素与产流量间的灰关联度大小依次为:土层厚度＞枯落物量＞林分郁闭度＞坡度,地表特性各因素对产流量的影响均较大,其中土层厚度对产流量的影响最大,而坡度对产流量的影响最小;产流量与降雨量都表现出较好的线性相关关关系,且土层厚度直接影响着起始产流雨量.     

基于GIS的延河流域滑坡崩塌地质灾害空间分布及其引发因素分析

[目的]以更符合滑坡崩塌发生发展规律的延河流域为例,进行地质灾害空间分布及引发因素分析研究,为防灾减灾提供依据。[方法]依据区县地质灾害详细调查资料,建立GIS地质灾害数据库,包含地理数据、基础地质数据、地质灾害点数据和栅格数据。统计分析坡度、坡高、坡型、河谷发育期等引发因素;选取坡度、坡型、植被、河谷地貌、地层、降雨量、道路距离、居民点8因素,采用加权信息量法进行地质灾害易发性分区阐述地质灾害空间分布。[结果]坡高50~100m,坡度30°~45°易形成滑坡;老年河谷灾害点密度为壮年期的2倍,幼年期的3倍;凸型和直线型斜坡更容易产生滑坡和崩塌灾害,阶梯型和凹陷型斜坡稳定程度明显增高。延河流域滑塌高易发面积1 664.96km2,灾害点密度0.29处/km2;中易发3 102.02km2,密度0.10处/km2;低易发3 888.99km2,密度0.04处/km2。[结论]以流域为单位进行地质灾害研究,引发因素、空间分布规律更为明显,指导防灾减灾更加实用。     

利用7Be研究侵蚀性降雨前后坡面土壤侵蚀空间分布特征

结合野外调查方法,利用7Be示踪法研究了直形坡侵蚀性降雨发生前后坡面土壤侵蚀空间分布特征。结果表明,侵蚀性降雨发生前,在20m坡长范围内,7Be在坡面不同部位分布的差异性不显著;而全年侵蚀性降雨结束后,7Be在坡面不同部位分布有显著差异。侵蚀性降雨发生后表层土壤中7Be含量及其侵蚀性降雨发生前后表层土壤7Be含量的差值皆随坡长的增加而减少,表明坡面土壤侵蚀随坡长增加呈增加趋势。坡面不同部位发生剥蚀或沉积过程有较大的差异,坡面上部距分水岭0～5m坡长范围内主要发生沉积现象;而在8～15m坡长范围内,土壤侵蚀以剥蚀过程为主,且土壤侵蚀最严重。     

三峡库区紫色土的碎石分布特征

碎石含量高是紫色土的重要特征之一,但有关紫色土坡面碎石分布特征的报道却不多见。为了弄清楚碎石在紫色土中的空间分布规律,在选取的坡面断面上(含相对较陡坡和相对较缓坡两个坡面),从坡顶至坡脚布置采样点,开挖土壤剖面,分层取样测定不同坡位不同土层的碎石含量和碎石粒径。研究结果表明:(1)紫色土的碎石含量集中分布在40%以下,且以小碎石(5~20 mm)和中碎石(20~76 mm)为主;(2)随着土层加深,中碎石和大碎石(76~250 mm)含量增加,小碎石含量变化不大,总碎石含量和碎石等效粒径随着土层的加深而提高;(3)在较陡坡面上,碎石含量和碎石等效粒径从坡脚至坡顶逐渐减小,而在缓坡面上,碎石含量从坡脚至坡顶逐渐增加。山区紫色土坡面碎石分布在土层垂直方向上主要受土壤发生过程制约,土层深度对碎石含量和碎石粒径配比有显著影响,在坡面方向,碎石的分布由控制颗粒搬运的侵蚀作用力或重力作用力决定。     

地形测针板在坡面土壤侵蚀研究中的应用

采用放水冲刷法,通过5.2、7.2 L/m in两个不同的放水流量,在4 m长坡面(坡度20°)和3 m长沟坡(坡度50°)组成的坡沟系统土槽上进行了冲刷试验,用地形测针板法和坡面侵蚀沟测量法对坡沟系统的侵蚀产沙状况进行了对比研究。结果表明:采用地形测针板法不仅能测量计算坡面的土壤侵蚀量,而且能与W indows Surfer结合给出坡面侵蚀前后的三维立体图,较为直观地反映了坡面各不同空间部位的侵蚀量大小,且测量精度较传统的侵蚀沟测量法提高6~7个百分点。地形测针板法操作简便、易于掌握,是一种可靠的研究坡面土壤侵蚀空间分布的有效方法。