模拟降雨条件下坡度对东北黑土区坡面侵蚀过程的影响

利用野外模拟降雨实验,分析了不同坡度(3°,5°,7°,9°,12°,15°)、不同降雨强度(70,100,120mm/h)条件下,黑土坡地产流和产沙特性随坡度和降雨强度的变化规律。研究结果表明:降雨强度小,产流时间长且坡度对产流时间影响小。降雨强度大,产流时间短且坡度对产流时间的影响明显;在坡度较小的条件下,降雨强度对坡面径流量的影响较小,较大坡度条件下,降雨强度对坡面径流量的影响较大;在同一降雨强度下随坡度的增加,侵蚀产沙率基本呈现增大的趋势;坡度对侵蚀产沙率的影响程度与降雨强度有一定关系;在12°~15°之间存在本试验条件下的临界坡度,超过临界坡度12°后侵蚀产沙率和总产沙量都大幅度下降。     

降雨条件下电解质示踪正态模型的应用

为测试电解质示踪正态模型在降雨条件下测量坡面径流流速的可行性,对3个降雨强度和5个坡度条件下坡面电解质示踪试验数据进行分析;在降雨条件下将正态模型法计算的径流流速与传统流量法得到的流速进行对比.结果表明:正态模型测量坡面径流流速在理论上是可行的;坡度和降雨强度较小时,正态模型法能够在短距离内准确测量径流流速,与流量法测量结果接近;随着坡度和降雨强度的增大,由于电解质的横向扩散损失导致模型预测径流流速的精度有所降低.     

坡耕地降雨径流与土壤侵蚀特征研究

研究人工模拟降雨对坡耕地土壤侵蚀特征的影响,旨为北方土石山区坡改梯建设提供科学依据。以北方土石山区典型砂质壤土为研究对象,采用人工模拟降雨试验的方法,在室内模拟不同坡度(10°、15°、20°和25°)、不同降雨强度(40、90、120和180 mm/h)下的坡面产流和产沙过程,研究不同坡度和降雨强度对坡面土壤侵蚀过程的调控机制。结果表明:(1)坡面开始产流所需的时间不受坡度的影响,随着降雨强度的增大,坡面产流所需的时间明显缩短;(2)在降雨强度一定的条件下,随着坡度的增大,坡面产沙量逐渐增加,本试验坡面最高产沙量的临界坡度约为22°;(3)产流量随坡度变化并非单调的递增或递减趋势,而是随着坡面由缓变陡呈先增加后降低的变化;(4)在降雨量相等的前提下,大降雨强度能够带来较大的单位时间产流量,但并不能保证总产流量也最大;在其他条件一致时,坡面侵蚀随着降雨强度的增大而增加。在降雨强度一定的条件下,坡面产沙量存在临界坡度,不同土质、不同降雨强度下的临界坡度尚需进一步研究。     

上方汇水对黄土坡面侵蚀方式演变及侵蚀产沙的影响

【目的】定量评价坡面上方汇水对坡下方土壤侵蚀方式演变及侵蚀产沙的影响。【方法】利用由位于坡面上部的供水装置和位于坡面下部的试验土槽组成的试验系统,通过人工模拟降雨试验,分析不同降雨强度和坡度条件下,上方汇水对黄土坡面片蚀-细沟侵蚀-切沟侵蚀方式演变过程及侵蚀产沙量的影响。【结果】当坡面接受上方汇水后,各侵蚀方式演变速度明显加快,侵蚀产沙量迅速增大,且坡面侵蚀产沙增加幅度随上方汇水流量的增加而增大;在坡度和降雨强度相同条件下,坡面侵蚀产沙量和上方汇水引起的坡下方的净侵蚀产沙量,均随坡面上方汇水流量的增加而显著增大;受降雨强度、坡度和坡面侵蚀发育不同阶段的影响,坡面汇水引起的净侵蚀产沙量占总侵蚀产沙量的15.36%~78.15%。不同降雨强度和坡度条件下,坡面侵蚀产沙量与上方汇水流量呈幂函数关系。【结论】坡面上方汇水强度对坡面侵蚀方式演变和产沙过程具有重要影响,若能有效控制坡面上方汇水,将可有效减少坡面侵蚀产沙量,抑制沟蚀的发生和发展。     

天然降雨条件下坡面侵蚀动力学特性研究

采用天然降雨径流小区试验的方法,通过观测天然降雨条件下坡面径流流速,对坡面侵蚀发生过程中的径流水动力学特性进行了研究.结果表明:植被覆盖的坡面和裸坡的径流水力学参数流速、雷诺数、弗汝德数均随降雨强度的增大而增大;阻力系数则随降雨强度的增大而减小.有植被覆盖的坡面流的雷诺数与弗汝德数则随雨强的变化相对平稳.     

激光扫描技术应用于细沟侵蚀的研究——以东北典型黑土区为例

【目的】使用德国引进设备3D激光地貌分析仪研究多场降雨下细沟侵蚀过程,为解释黑土区细沟侵蚀过程提供理论依据。【方法】根据试验地多年自然降雨参数设计人工降雨参数,使用人工降雨设备,在坡度为5°的标准径流小区上进行7场等强度人工降雨,每场降雨后使用3D激光地貌分析仪对地表进行扫描,观测细沟侵蚀的发展过程。【结果】平均产流率及输沙率大体呈现先增大后减小的趋势,平均产流率及平均输沙率最大值分别出现在第3场降雨及第4场降雨时,值分别为3.30L/min及200.57g/(m2.min);细沟侵蚀强度由第1场降雨的2.061kg/m2最终发展为第7场的7.295kg/m2,增大了约2.54倍。【结论】使用3D激光地貌分析仪进行细沟侵蚀的监测是可行的,研究区内随着降雨时间的推移,细沟侵蚀是一个不断稳定加强的过程。     

不同配置植被过滤带坡面氮磷流失过程的人工降雨试验研究

植被过滤带是治理水土流失问题的有效工程措施之一。采用径流槽人工降雨试验,在不同坡度（5°、20°、35°）、降雨强度（30、60、90 mm/h）和植被过滤带设置方式（整块布设、两块布设）组合下,对侵蚀坡面径流和沉积物中的总氮、总磷含量在降雨历程中随时间的变化进行对比分析。结果表明,不同配置组合条件下的植被过滤带坡面总氮、总磷含量变化趋势并不完全一致,但个别组合之间变化趋势相同;降雨强度、坡度和植被带设置方式3种参数组合对植被过滤带氮磷去除作用的效果产生综合影响,与各单一因素的影响存在差异;在实际应用植被过滤带防治坡面水土流失时应与当地气候及地形条件相结合。该结果可为北方小流域侵蚀坡面水土保持治理及植被过滤带的选择和设计提供参考。     

模拟降雨条件下坡度对石灰岩坡面土壤侵蚀的影响

[目的]揭示坡度对石灰岩坡面径流的影响。[方法]通过室内模拟降雨试验,研究了坡度对石灰岩坡面产流过程和侵蚀过程的影响。[结果]在5°～25°范围内,石灰岩坡面径流总量和动态径流量随坡度的增大而增大,临界坡度接近或大于25°。径流泥沙含量也随坡度的增大而增大,同一坡度下泥沙含量在产流初期迅速达到峰值,随后的20 min内持续下降直至稳定。径流系数、径流深随着坡度的增大而增大,呈现良好的线性关系。[结论]该研究为建立石灰岩土壤侵蚀预报模型和实现石灰岩区的综合治理提供理论依据。     

麦糠基质草坪水土保持效果研究

室内人工降雨条件下,对麦糠基质草坪的产流、产沙规律进行了试验研究.结果表明:麦糠基质草坪盖度对坡面出流时间影响显著,随着麦糠基质草坪盖度的增加,坡面径流的出流时间延迟,在降雨强度为1.0mm/min,坡度5°条件下,草坪盖度由裸地增大至80%时,出流时间由4.42min变为12.88min;坡面产流量和产沙量随着麦糠草坪盖度的增大而减少,在坡度30°,降雨强度为0.5mm/min、1.0mm/min、1.5mm/min条件下,30%、55%、80%盖度的草坪的产流量与裸地相比,分别减少了30%、40%、70%以上,与裸地相比,产沙量减少均达到90%以上.研究表明,麦糠基质草坪可有效延迟产流时间,减流、减沙作用明显,具有良好的水土保持效果.     

砒砂岩地区坡面径流水动力学特性研究

【目的】研究砒砂岩地区坡面径流的侵蚀规律,为该地区坡面水蚀预报模型的建立提供理论依据。【方法】在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗的西召沟内,选取典型的砒砂岩沟坡,采用野外实地放水冲刷试验,对不同冲刷流量(100,150,200,250,300 L/h)和坡度(5°,15°,25°,35°)下砒砂岩坡面径流的水动力学特性进行研究。【结果】在试验的冲刷流量和坡度范围内,砒砂岩地区坡面径流流速均随冲刷流量和坡度的增加而增大,它们之间呈幂函数关系。坡面径流雷诺数(Re)为58.55~442.85,且Re随冲刷时间的延长有增大的趋势。坡面径流弗罗德数(Fr)为0.738~2.281,且Fr随着冲刷流量和坡度的增加而增大。当冲刷流量和坡度较小时,径流流态为层流和缓流;当流量和坡度较大时,径流流态为层流和急流。坡面径流Darcy-Weisbach阻力系数(f)与冲刷流量和产沙量呈反比关系。【结论】相对于其他地区,砒砂岩地区坡面径流水动力学特性有其独特的特征,研究结果可以进一步揭示该地区坡面侵蚀产流产沙机理及侵蚀动力学机制。     

小流域降雨径流泥沙测验对比分析

凡是在有降雨且多以暴雨形式出现的区城,坡面径流是导致陆地表土产生位移和搬运的主要动力。虽然径流速度及其动力大小与降雨强度、降雨量、地形坡度、土壤性质、植被稀密、岩石软硬等因素密切相关,但是主导因子是坡面径流。通过对治理程度不同的两条小流域的降雨径流泥沙测验对比分析,为综合治理水土流失提供理论依据。     

晋西黄土区不同空间尺度径流影响因子的辨析

【目的】研究不同空间尺度下晋西黄土区径流的主要影响因子,为当地生态建设和水土流失治理提供参考。【方法】通过对晋西黄土区坡面和小流域2个不同空间尺度下生态水文过程进行长期定位和半定位监测,应用SPSS统计分析软件和灰度关联方法分析了2个空间尺度下径流的主要影响因子。【结果】在坡面尺度,对径流影响最大的是降雨强度和郁闭度,权重分别为21.84%和21.81%;其次为雨前土壤含水量和降雨量;对坡面径流影响最小的因子为坡度,权重为16.39%。在小流域尺度,对径流影响最大的是降雨量和流域面积,权重均为18.11%;其次为形状系数、降雨强度和森林覆被率;沟道比降对径流的影响最小,其权重为14.05%。【结论】在本研究尺度范围内,随着研究空间尺度的增大,降雨量对径流的影响作用加大,降雨强度和植被对径流的影响作用变小,坡度和沟道比降对径流的影响均较小。     

川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀特征

通过径流小区定位观测,研究了川中丘陵区坡耕地土壤侵蚀特征。结果表明,坡面径流量和土壤侵蚀量年际间存在差异;随着坡度的增加,坡面径流量和土壤侵蚀量呈增加的趋势。多元回归分析表明,降雨量与坡面径流深、土壤侵蚀量之间存在显著的线性关系;而降雨强度、降雨历时与土壤侵蚀量分别存在着显著的幂函数和二次函数关系。主成分分析表明,降雨量和降雨强度为坡耕地主要的土壤侵蚀因子,降雨历时对土壤侵蚀的贡献率随坡度的增加逐渐加强。     

降雨特性与排土场边坡水力侵蚀的关系

本文以准格尔旗黑岱沟露天煤矿东排土场为研究对象,针对露天矿排土场特殊的土壤侵蚀特点,选择不同排弃年限的排土场边坡坡度比较一致的坡面,分别在排弃年限为当年(2009年)、4年(2006年-2009年)、10年(2000年-2009年)的排土场边坡上布设径流小区,在径流小区中设置自记雨量计,记录降雨过程,据此计算每一次降雨的降雨量、降雨历时、平均降雨强度、最大30min雨强、降雨侵蚀力等。测算各降雨条件下不同排弃年限的排土场边坡产生的径流量和产沙量,分析降雨特性与排土场边坡水力侵蚀的关系。     

黄土坡面定雨强入渗产流物理基础模型研究

【目的】建立具有物理基础的坡面降雨入渗产流模型,为降雨有效性和产流特征分析奠定理论基础。【方法】根据土壤水分运动的基本理论,分析降雨条件下土壤入渗的特征,建立入渗产流模型,并在室内进行不同降雨强度和坡度情况下黄土坡面降雨入渗产流试验,通过对试验数据的分析,确定模型参数。【结果】在分析积水入渗条件下Philip入渗公式特点的基础上,建立了基于长历时Philip积水入渗公式的降雨产流模型。该模型显示,地表积水时刻与雨强、吸湿率和土壤饱和导水率相关。【结论】利用室内模拟降雨资料对所建立模型进行了评估,表明其可以反映坡面降雨入渗产流的基本特征,可用于黄土坡面降雨入渗产流过程的分析,为坡面降雨径流过程的描述提供了新途径。     

黑麦草对黄土坡面降雨产流产沙过程的影响

为研究草地对土壤侵蚀过程的影响,选用黄绵土人工种植草地,采用室内模拟降雨试验研究黑麦草不同覆盖度（0、25%、50%和75%）对3种降雨强度（60、90和120 mm/h）坡面产流产沙过程的影响。结果表明：黑麦草覆盖可以显著减小侵蚀产沙。在坡面土壤预饱和的条件下,坡面产流、产沙与时间呈线性关系;累计产流量随降雨强度线性增加;同一降雨强度条件下,草地覆盖度对累计产流量影响不显著;草地坡面水流含沙量、输沙率、次降雨产沙量均随覆盖度增大而降低,随降雨强度增大而增加;3种降雨强度条件下,无黑麦草覆盖坡面水流含沙量差异不显著,次降雨产沙量和输沙率随着降雨强度的增加而增大。研究结果可为土壤侵蚀预报模型建立及水土保持措施的制定提供理论参考。     

喀斯特地区坡耕地径流水动力学特征研究

为研究喀斯特地区坡耕地在不同条件下的水动力学特征,通过野外径流模拟试验分析在不同坡度和不同流量下的细沟径流侵蚀过程,深入研究细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征。研究结果表明：流速随坡度的增大而上升,但两者相关性不明显;雷诺数(Re)随坡度的增大而减小,弗劳德数(Fr)和阻力系数(f)均随坡度的增大而增加;南明区、青岩和修文的雷诺数(Re)与弗劳德数(Fr)呈显著负相关关系(P<0.01)。研究结果对于认识不同坡度与不同流量下细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征有重要意义,为喀斯特地区坡耕地土壤侵蚀与防治提供一定参考依据。     

90%盖度狗牙根草地对次降雨径流削减作用

利用人工模拟降雨试验研究了不同降雨强度和坡度条件下,90%盖度狗牙根草地(以裸地为对照)对次降雨地表径流产生过程的影响以及对径流总量的削减作用。结果表明:1)与裸地相比,狗牙根草地对初始产流时间延长效果明显,最小延长4′2″,最大延长29′8″;对裸地径流总量的削减率最高达59.04%,平均削减率为47.76%,削减效果显著;2)狗牙根草地相比裸地能够很好地延缓峰现时间。随着坡度和降雨强度的增加,狗牙根草地和裸地产流速率趋于稳定所需时间也在缩短,狗牙根草地和裸地的稳定产流速率也在不断增大; 3)随着坡度的增大,狗牙根草地和裸地稳定产流速率之间的差距逐渐缩小,狗牙根草地对总径流量的削减是呈减弱的趋势;4)拟合了径流削减率与降雨强度、坡度的方程,E=I－0.23(1－sin θ)0.58×e4.93×100%,双侧统计相关性显著。      

伊犁河谷缓坡地融雪侵蚀特征研究

采用坡面径流小区试验法,于2009年3月3～10日,对伊犁河谷缓坡地的春季融雪侵蚀特征进行了系统研究.结果表明:8°坡融雪强度始终较3°和5°坡的大,其径流强度的日变幅也最大;8°坡坡面日产流量和产沙量均最大,日产流量分别比5°和3°坡高24.5和28.7 mL/d,泥沙侵蚀量多4.23和5.85 kg/m3;坡度间坡面冲刷细沟的分布和细沟侵蚀强度也有差异,8°坡坡面的冲刷细沟多呈网状交错状,主要分布在坡面下部,冲蚀沟多而较长、浅且宽;5°和3°坡的冲刷沟则在坡面的中、下部呈分散状分布,冲蚀沟少而短、浅且窄;融雪后,0～20 cm土层的土壤含水量表现为:8°坡显著低于5°和3°坡.该研究结论将为伊犁河谷及干旱、半干旱区生态相似区域春季融雪径流的集蓄利用、侵蚀坡地的保护和治理提供了依据.     

利用REE示踪技术研究次降雨坡面侵蚀

 在室内设立坡面小区,分区布设不同的稀土氧化物,通过人工模拟降雨,定量研究次降雨条件下坡面侵蚀的演变过程,讨论了REE示踪技术对研究坡面侵蚀的可行性。结果表明,REE示踪技术对定量研究土壤侵蚀具有较高的精确度,其对侵蚀量的监测误差<13.5%;降雨前期,片蚀与细沟侵蚀发育程度基本相当,其侵蚀平均加速度、平均侵蚀率之比分别为1∶1.4和1∶2.4;后期细沟侵蚀占据坡面侵蚀的主导地位,其侵蚀平均加速度和平均侵蚀率分别是片蚀的15倍和9倍;试验结束,细沟侵蚀占据坡面总侵蚀的90%;坡面下1/3区域为侵蚀活跃带。