模拟降雨条件下不同砾石含量工程边坡土壤侵蚀及水动力学特征

[目的]探究砾石含量对急陡工程边坡土壤侵蚀及流水力学特征的影响。[方法]采用室内模拟降雨试验和人工制备土壤等方法,研究了在3种降雨强度(40,60,80 mm/h),5种砾石含量(3%,15%,35%,55%,75%)条件下50°工程边坡土壤侵蚀率变化特征以及土壤侵蚀率与各水动力学参数的关系。[结果]①40,60,80 mm/h雨强下,各砾石含量坡面径流率较土质坡面分别减少了10.1%～55.9%,13.9%～41.9%,19.6%～47.7%;径流剪切力、径流功率、过水断面单位能分别与砾石含量呈显著递减的线性函数、指数函数、幂函数关系。②坡面侵蚀率随着砾石含量的增加而减小,不同试验雨强下侵蚀率大小及变化过程具有明显差异。当雨强为40 mm/h时,坡面整体产沙率较低,随降雨过程整体呈现出缓慢增加的趋势;当雨强为60 mm/h时,不同砾石含量下侵蚀率迅速增加后呈波浪式缓慢上升或平稳下降的趋势;当雨强为80 mm/h时,砾石含量为3%条件下,坡面侵蚀率迅速增长后增速降低,当砾石含量大于15%时,边坡侵蚀率达到峰值后均开始缓慢下降。③工程边坡土壤侵蚀率与径流率、径流剪切力、径流功率、过水断面单位能均呈显著线性函数、对数函数、幂函数关系。[结论]工程边坡土壤中的砾石具有抗侵蚀作用,随着砾石含量的增多,坡面土壤侵蚀量和各水动力学参数均明显降低。     

模拟降雨条件下工程边坡土壤磷素流失特征

[目的]探究西南高山—亚高山地区工程边坡土壤磷素流失机理,为同类型工程边坡生态环境恢复研究提供理论依据。[方法]采用室内人工模拟降雨试验及原状土搬迁等方法,研究在2种坡度(30°,50°)和4种雨强(25,45,65,85 mm/h)条件下工程边坡全磷(TP),泥沙全磷(STP),溶解态磷(DP)迁移变化特征及其与土壤侵蚀状况的关系。[结果]①工程边坡径流平均DP浓度整体较低且受雨强影响较小,STP浓度在降雨初期较高,随之降低或趋于稳定。②不同雨强下工程边坡DP流失率、STP流失率变化曲线具有明显差异性,当雨强为25 mm/h和45 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率较低且较为稳定;当雨强为65 mm/h和85 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率迅速上升后趋于稳定;当雨强由45 mm/h增至65 mm/h时,工程边坡STP流失率、DP流失率迅速增大。③土壤侵蚀率与DP流失率、DP平均浓度、STP流失率和浓度、TP流失率有极显著正相关关系;径流率与DP流失率、STP流失率、TP流失率、DP平均浓度有极显著正相关关系,与STP浓度无显著相关关系。工程边坡TP流失率随径流率、土壤侵蚀率皆以幂函数形式逐渐增加。[结论]雨强和坡度对工程边坡磷素流失动态变化特征具有显著的影响且整体呈现出先增后减的趋势。     

降雨和植被覆盖对铁路路基边坡土壤侵蚀的影响

[目的]探究不同植被覆盖对边坡径流泥沙的削减作用,为改善道路路基边坡的植被配置,减少公路边坡的水土流失量提供科学参考.[方法]选取江苏省南通市境内在建的南京市—启东市铁路路基为研究对象.利用坡面观测小区,选取观测期内不同降雨强度(15,28,40,63,82 mm/h)的自然降雨条件,对3种植被覆盖(灌草坡面、植草坡面...     

高动能降雨条件下植被对土壤侵蚀速率的影响

利用降雨模拟器,通过对比试验分析高动能降雨条件下石门小流域植物对土壤侵蚀速率的影响,为科学治理水土流失问题提供依据。结果显示,土壤孔隙度与根系密度呈正相关关系(p<0.05),土壤容重与根系密度呈负相关关系(p<0.001),植被地上部分对土壤侵蚀速率有较大影响,而植物根系对土壤侵蚀速率影响较小。     

不同植被对土壤侵蚀及铜元素流失的影响

通过野外天然降雨产流及人工模拟降雨试验,研究不同植被对坡面土壤侵蚀及土壤铜元素流失的影响及降雨过程中铜元素的流失规律。结果表明:(1)紫花苜蓿、绿豆、荒草3种植被覆盖小区的年径流量为5183.8,5 366.2,3 867.3 m~3/km~2,比裸地减少33%,30.8%和50.1%;侵蚀模数为379.18.482.3,15.78 t/km~2,比裸地减少34.7%,16.4%和97.2%;全年全铜流失量为12.9,25.5,0.46 kg/km~2,有效铜流失量为6.22,11.01,0.15 kg/ km~2,分别比裸地减少67.3%,35.3%,98.8%和54.6%,19.6%,98.9%;(2)在模拟降雨过程中,农地小区的产流产沙强度过程呈现波动上升趋势,产沙过程波动较产流过程剧烈。铜元素流失强度过程与产流产沙强度过程相似,但其峰值多于产流产沙过程,且最高峰出现时间不同。有效铜流失强度变化率略高于全铜。     

半干旱区高速公路边坡不同年代人工植被群落特征及其土壤特性研究

试验研究了呼集高速公路边坡建造人工植被后,在不同时间序列上土壤理化性状和植物群落特征及其恢复动态,结果表明:土壤肥力随人工植被建立时间的延长而逐渐恢复,表现为土壤黏粉粒、土壤有机质和全N含量的增加,以及土壤pH的下降,0~10cm表层土壤的恢复显著高于10~20cm土壤;随土壤环境条件的改善,侵入的草本植物数量、植被盖度增加,由简单的人工植被向复杂的灌草群落演替。但从群落物种组成看,公路边坡生态系统尚处于不稳定阶段。     

基于FRN技术的我国不同地区典型土壤保持措施的有效性评价

选择中国西南-东北样带4个典型土壤侵蚀区,包括位于长江上游的西昌,黄土高原延安,北方风蚀区的丰宁和东北黑土区的拜泉,应用环境放射性核素(FRN)技术研究了不同土壤保持措施在减少土壤侵蚀、改善土壤质量方面的作用。在西昌,137Cs和210Pbex的测定结果表明,不同植被覆盖结构减少土壤侵蚀的作用为:灌木>有地被物的乔木>草类>无地被物的乔木;在延安,利用137Cs示踪技术对坡地景观的产沙量估算结果表明,梯田和林草地相对于坡耕地产沙量分别减少了49%和80%,林草地的土壤有机质、碱解氮和速效磷含量相对于坡耕地分别增加了255%、198%和18%,梯田土壤有机质、碱解氮和速效磷含量分别增加了121%、103%和162%,而土壤容重分别降低了1.6%和6.4%;在丰宁,对7Be的测定结果表明,与传统耕作方式相比,4年免耕+作物高留茬(50～56cm)和免耕+作物低留茬(25cm)分别使土壤侵蚀速率下降44%和33%;在拜泉,通过137Cs测定结果发现,坡改梯使土壤流侵蚀降低14%,等高耕作使土壤侵蚀量减少了34%。研究结果说明,灌木林覆盖、林草复合结构是控制西南侵蚀山地土壤侵蚀的优选生物配置措施,梯田和林草复合结构在控制黄土高原土壤侵蚀和改善土壤质量方面有重要作用,免耕+高留茬措施是我国北方风蚀区防治土壤侵蚀退化的有效措施,等高耕作应当成为防治东北黑土区土壤侵蚀的关键措施。     

侵蚀性雨型分类及不同植被类型对棕壤坡面土壤侵蚀的影响

为探讨不同雨型下的植物措施对棕壤坡面土壤侵蚀特征的影响,利用k-均值聚类方法将2018—2019年山东省泰安市下港坡面径流场16次侵蚀性降雨进行分类,结合径流场产流、产沙等监测数据,分析了不同雨型对4种植被措施下坡面土壤侵蚀的影响。结果表明：(1)以降雨历时、降雨量和平均雨强为特征指标,侵蚀性降雨可分为A类(长历时、大雨量、大雨强)、B类(中历时、中雨量、中雨强)和C类(短历时、小雨量、小雨强)3种雨型。(2)与种植玉米相比,A、B雨型下,减流量均呈现板栗花生间作>苹果树>李子树的趋势。在土壤流失量方面：A雨型下,与李子树相比,减沙量呈现板栗花生间作>苹果树>玉米的趋势;B雨型下,与玉米相比,板栗花生间作的减沙率为84.2%,李子树的减沙率为31.2%,苹果树的减沙率为85.1%;C雨型下,减沙量呈现苹果树>李子树>板栗花生间作的趋势。(3)种植玉米的坡耕地土壤侵蚀情况最为严重,平均每年的土壤流失量为18.04 t/hm²;与之相比,板栗花生间作可降低79.57%的土壤侵蚀率,苹果树和李子树可分别降低73.36%,18.55%的...     

高速公路边坡生态恢复对土壤微生物的影响

选择了云南思小(思茅—小勐养)、元磨(元江—磨黑)和昆玉(昆明—玉溪)高速公路边坡进行土壤微生物数量和多样性调查。结果表明:高速公路边坡的生态恢复会不同程度地促进微生物的增加,在恢复边坡土壤微生物区系组成中,细菌数量是最多的,放线菌次之,真菌最少;细菌数量与微生物总数的变化趋势相一致;适量有机质的添加有利于土壤微生物数量的提高;植物群落类型的多样性和植物盖度与微生物数量呈正相关关系;不同的防护工艺对土壤微生物数量的增加和土壤性质的改善有不同的效果;微生物数量变化可以作为高速公路边坡生态恢复效果的评价指标。     

2000—2019年黄土高原地区土壤保持时空变化及影响因素分析

为揭示全球气候变化背景下黄土高原的生态建设成效,以土壤保持量为评估指标,应用美国修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原土壤保持服务功能以及植被、气象等因素对其影响,分析了2000年以来植被和气候变化影响下黄土高原土壤保持量时空动态变化特征。结果表明:2000—2019年黄土高原土壤保持量平均值为109.5 t/hm²,并呈增加趋势,平均每年增加2.0 t/hm²,空间分布黄土高原中部和东部土壤保持量增加较明显。2000年以来黄土高原地区植被NPP呈增加趋势,年平均值为330.5 gC/m²,且平均每年增加7.2 gC/m²; 2000年以来植被覆盖度年平均值为29.2%,且以平均每年0.52%的趋势增加。黄土高原地区2000年以来气温和降水量均显著增加,平均年降水量为469.1 mm,且呈增加趋势,平均每年增加3.1 mm,年平均气温为10.2℃,平均每年增加0.03℃。黄土高原生态恢复措施加强,加之区域“暖湿化”有利气候条件,促进了区域生态建设成效显现,成为黄土高原生态恢复、功能提升的重要因素之一。     

土石山区径流小区坡长对径流量和侵蚀量影响的研究

以土石山区径流小区所产生的径流量和侵蚀量为研究对象,对在山东省临朐县辛庄试验站径流小区坡长为10m,20m和40m多年的观测资料,分析了坡长与径流和侵蚀的关系.研究表明:不同坡长条件下降雨量与径流量和侵蚀量呈线性关系,同一坡长条件下,径流量和侵蚀量随降雨量的增加而增加,不同坡长条件下,随坡长的增加,径流量逐渐增加,在P<10mm时20m坡长的侵蚀量大于40m坡长的侵蚀量,在P>10mm时呈相反变化.不同坡长条件下I₃₀与径流量和侵蚀量呈幂函数关系,同一坡长条件下,径流量和侵蚀量随I₃₀的增加而增加,不同坡长条件下,随坡长的增加,侵蚀量逐渐增加,在I₃₀<20mm时20m坡长的径流量大于40m坡长的径流量,在I₃₀>20mm时呈相反变化.     

雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀及氮磷流失的影响

采用人工模拟降雨的手段,在2种雨强(50,75mm/h)、4种坡度(5°,10°,15°,20°)条件下,研究了雨强和坡度对黄土坡面土壤侵蚀和养分流失的影响。结果表明:(1)降雨强度从50mm/h增大到75mm/h,相同坡度的坡面开始产流时间提前了2.75~4.79min。(2)随着雨强的增大,同一坡度的坡面径流量增加了12.53~15.80mm/m2,增加幅度为1.24~1.31倍;同一坡度的坡面产沙量增加了0.47~3.61kg/m2,增加幅度为0.77~2.90倍。坡面侵蚀过程中,存在临界坡度,为15°左右。(3)氮素流失以径流流失为主,泥沙中总氮的流失量较低,仅占径流总氮流失量的1.4%~9.7%。坡度较小时,磷素流失途径以径流流失为主,随着坡度的增加,磷素的流失途径以泥沙流失为主。(4)径流总氮流失浓度与径流强度呈线性正相关,泥沙总氮和总磷流失浓度与产沙率也分别呈显著的线性正相关。     

黄土裸坡土壤侵蚀过程研究

黄土地区的土壤侵蚀严重地影响了当地和黄河下游地区的可持续发展,研究黄土地区的土壤侵蚀对于该地区的水土保持工作具有重要意义。采用人工模拟降雨试验的方法对黄土裸坡土壤侵蚀过程进行了研究,取得了如下结果:（1）不同雨强条件下,坡地土壤侵蚀随降雨过程的变化相似,可用幂函数相关方程进行描述,侵蚀强度变化的转变点在降雨开始后的10～15min之间;（2）不同雨强条件下,坡度对土壤侵蚀的影响相近且可用抛物线相关方程进行描述,侵蚀强度变化的临界坡度在25～30°间;（3）不同雨强条件下,坡地土壤侵蚀总量随坡长的     

南方风化花岗岩坡地产流过程与侵蚀率模拟研究

采用室内人工降雨模拟方法研究了不同坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(1.0,1.5,2.0,2.5 mm/min)对南方风化花岗岩坡地土壤侵蚀特征的影响。结果表明,径流量和径流率均随降雨强度的增大而增大,但随坡度的增大而减小。径流入渗率与坡度呈极显著正相关(r=0.660,p<0.01),而随着降雨时间的延长呈现出3个不同阶段的变化:初始全渗阶段、快速下降阶段和相对稳定阶段。降雨强度对径流量的影响比坡度更明显。平均产沙浓度与坡度呈极显著正相关(r=0.694,p<0.01),而其与降雨强度之间的关系取决于坡度条件。土壤侵蚀率随降雨延长呈先增后减趋势,整体上与坡度和降雨强度呈正相关(r>0.580,p<0.05)。土壤侵蚀率和径流率在陡坡上呈线性关系(R^2>0.861),在缓坡上呈幂函数关系(R^2>0.966)。最后采用修正的典型土壤流失方程模型来预测土壤侵蚀率,发现模拟值的变化趋势与实际测量值接近,表明该修正模型在研究区具有一定的适用性。研究结果可以为风化花岗岩地区的土壤侵蚀率研究提供数据支撑,对进一步理解土壤侵蚀过程有着重要的意义。     

高速公路边坡植物群落的水土保持效应

营造何种植物群落进行高速公路边坡生态恢复,以达到保水固土、维持边坡稳定已成为高速公路边坡生态恢复亟待解决的问题。在思小高速公路边坡进行的生态恢复试验结果表明:林冠层、灌草层、枯枝落叶层均有保水固土和维持坡面稳定的作用,且乔木、灌木和草本植物在整个植物群落中均有不可替代的作用。草本植物早期生长快,对防止初期的土壤侵蚀、减少水土流失效果好;豆科灌木植物具有固氮作用,改良土壤效果好,乡土灌木适应性强,能促进群落顺向演替;乔木可防风固沙、保持水土、维持边坡的稳固,对边坡生态恢复的作用明显。乔灌草群落保持水土的能力要强于灌草群落和草本植物群落,故在高速公路边坡的生态恢复中,应营造合理的乔灌草植物群落。     

汇流强度、坡度及侵蚀泥沙颗粒分形对工程堆积体坡面侵蚀的影响

为了探讨汇流强度、坡度和侵蚀泥沙颗粒分形对堆积体坡面土壤侵蚀的影响,选用3种土壤(风沙土、红土、塿土),4个汇流强度(8,12,16,20 L/min),在3个坡度(28°,32°,36°)堆积体坡面上进行野外径流冲刷模拟试验.结果表明:(1)汇流强度和坡度的交互作用对坡面平均流速的影响最大.3种土壤坡面流流速均随汇流...     

江西红壤坡地果园水土保持措施效益之研究

采用 8种不同水土保持处理方式 ,观测江西红壤坡地果园水土流失 ,2年间遇特大降雨 ,观测结果显示 :不同处理有显著之差异。与对照 (全园裸露 )比较 ,水平梯田梯壁植草处理水土保持效果最佳 ,其平均径流率比对照区减少 97.14% ,同时土壤流失量的控制几乎达 10 0 % ,其它各处理也有不同程度防止水土流失效果。据此初步结果 ,建议在坡地果园应实施覆盖作物及敷盖 ,建立土壤植被覆盖率 ,抑制水土流失     

黄土坡面土壤侵蚀动态变化过程试验研究

采用人工模拟降雨试验的方法对黄土坡面土壤侵蚀动态变化过程进行了研究.(1)不同雨强条件下,土壤侵蚀强度随降雨过程的动态变化趋势基本一致,整体皆随降雨历时的增长而递增,并皆可用对数线性组合方程很好地描述.开始降雨后的15 min和35 min是侵蚀强度随降雨过程变化的转折点;(2)不同坡度条件下,土壤侵蚀强度皆随雨强的增大而迅速增大,变化趋势基本一致,可用线性方程很好地描述;(3)不同雨强条件下,土壤侵蚀强度随坡度的增加表现为先增大后减小的趋势,可用对数线性组合方程很好地描述,25°左右是侵蚀强度发生变化的临界坡度;(4)不同雨强条件下,土壤侵蚀强度随坡长的增加整体表现为先增大后减小的趋势,可用对数线性组合方程很好地描述,坡长80 cm左右是侵蚀强度发生变化的转折点;(5)土壤侵蚀强度随雨强、坡度、坡长的动态变化可用三元线性方程描述,雨强对土壤侵蚀的影响远超过坡度与坡长,且坡度与侵蚀强度的关系较坡长为密切.     

黄土区沟道阶梯状边坡水土流失防治措施与机理

陕北地区治沟造地工程中新修沟道阶梯状边坡抗蚀性较弱。研究利用室内人工模拟降雨试验,研究新开挖沟道阶梯状边坡在降雨作用下不同水土保持措施的水沙效应,并观测其侵蚀发育过程。结果表明:极端气象条件(120mm/h雨强)与坡顶部区域汇水作用是导致阶梯状边坡产生快速侵蚀破坏的两个主要条件。当边坡仅受到降雨作用,雨强在60mm/h~90mm/h之间变化时,产沙速率稳定,不同雨强下产沙速率呈现倍率关系,坡面侵蚀现象无明显差异,坡体无明显破坏;120mm/h雨强条件下,产沙速率显著上升,侵蚀发育过程出现明显变化,坡体破坏明显。阶梯状边坡平台反坡措施能有效减少60mm/h,90mm/h,120mm/h三种雨强下产沙量58.4%,35.2%,62.1%,减少径流量69.6%,26.6%,60.8%,并有效减缓坡体表面破坏及侵蚀发育速度。用放水试验模拟无截排水措施情况,发现截排水措施能够有效降低产沙量92.7%,同时改变了侵蚀发育的现象,将急剧下切发育的细沟侵蚀转变为了发育较为缓慢的层状面蚀。从减水减沙的角度,坡顶截排水措施与平台反坡措施皆为有效的阶梯状边坡水土流失防治措施。