发生细沟侵蚀的临界坡长与坡度

<正> 坡度是影响细沟侵蚀的主要因素之一。研究发生细沟侵蚀临界坡长与坡度的关系。对于预报细沟侵蚀的发生发展和有效地进行防治,具有重要意义。本文利用暴雨调查资料,对发生细沟侵蚀的临界坡长与坡度的关系进行探讨。     

黄土高原丘陵沟壑区小流域浅沟和切沟侵蚀区的界定

验证了国外发生浅沟侵蚀和切沟侵蚀判定式在黄土丘陵区的适用性。通过GPS实测数据并结合GIS空间分析与统计回归方法,建立了适用于黄土高原丘陵区的发生浅沟侵蚀和切沟侵蚀判定式。研究结果表明,在黄土高原丘陵沟壑区,随着坡度的增大,发生浅沟侵蚀和切沟侵蚀的临界值a增大,高强度降雨致使判定式中汇水面积（A）的指数b值减小,从而降低了汇水面积的影响作用。在假定其它因素相同时,浅沟形成只需较小的汇水面积,而切沟形成则需要相对较大的汇水面积;当单位汇水面积相同时,发生切沟侵蚀比浅沟侵蚀需要更大的坡度。利用国外研究结果预测提取的浅沟侵蚀和切沟侵蚀发生区,明显夸大了研究区的沟蚀发生区;而用作者所建立的判定式提取的浅沟和切沟侵蚀分布区与野外实际相当吻合。即浅沟侵蚀主要发生在15&#176;～35&#176;的沟间地上,其分布面积占整个沟间地面积的60％,切沟侵蚀主要发生在大于35&#176;的沟坡地上,其分布面积占整个沟坡面积的93％。     

坡面细沟侵蚀发生的临界水力条件研究

通过径流冲刷实验,研究了坡面侵蚀方式由面状侵蚀向细沟侵蚀过渡,发达过程中径流的水动力学特征,根据侵蚀量的观测对比,提出了表明细沟开始产生的形态尺度大小,以及细沟侵蚀产生的临界条件,实验结果表明,基于对侵蚀量的贡献程度,当具有明为沟缘的侵蚀沟深度在0．8－1.0cm时,侵蚀方式已由面状侵蚀发展为细沟侵蚀,径流的弗罗德数可作为反映细沟侵蚀发生的水动力临界参数,弗罗德数大于1是细沟形成的水动力临界条件,除满足水动力临界条件外,细沟侵蚀发生还要求具有最小径流量,对于一定的土壤,临界径流量的大小主要由坡面倾斜度决定,在实际土条件下,细沟侵蚀发生临界流量与坡度有关系式：qc=0.8574(sinθ）^-7/8.     

地貌信息熵理论在冲沟沟头活跃度评价中的应用初探

冲沟沟头是整个冲沟活跃区中形态变化及侵蚀产沙最为剧烈的部位,其活跃程度决定着整个冲沟的发展方向。尝试运用地貌信息熵理论,基于RTK-GPS技术对冲沟沟头的实地监测数据,对干热河谷区36个冲沟沟头活跃度进行了评价研究。结果表明:研究区36个冲沟沟头在形态发育上均处于活跃期,但分别处于不同程度的侵蚀活跃状态;依据地貌信息熵值可将沟头发育状况划分为4个活跃程度等级,分别为稳定、较稳定、较活跃和活跃,被调查的36个沟头中约有44%处于较活跃或活跃状态,42%处于较稳定状态,仅有14%处于相对稳定状态;沟头发育监测数据验证表明,地貌信息熵理论评价结果与实际情况基本相符,可将其作为冲沟活跃程度评价的一种有效方法。     

坡面细沟发生临界水动力条件初探

通过玻璃水槽试验和土槽放水冲刷试验对坡面细沟侵蚀发生的临界水动力条件进行了初步研究。结果表明 ,坡面径流在顺坡向下流动过程中以滚波形式运动并发生叠加是造成侵蚀方式发生变化的主要原因。由于径流流动过程中发生滚波叠加 ,造成在径流流路上出现局部水深增加 ,导致侵蚀切应力激增 ,当切应力大于该处的土壤抗蚀力时便发生侵蚀 ,并最终造成细沟沟头的出现。通过对土槽冲刷试验的结果分析 ,运用能量守恒原理建立了径流能耗和径流侵蚀产沙率之间的关系 ,给出了给定土壤条件下坡面细沟侵蚀率估算模型。结果表明 ,坡面土壤侵蚀的发生具有一定的临界条件 ,当径流能耗大于 7 3 8(J)时坡面开始有细沟侵蚀发生     

黄土高原侵蚀产沙的地貌临界

从地貌学的角度,较为深入地研究了黄土高原侵蚀产沙的几个临界问题:坡地系统的产沙临界、河道系统的产沙临界、以及地貌发育阶段的临界问题等,对地貌临界在黄土高原侵蚀产沙中应用作了进一步的探讨。结果表明,在黄土高原地貌发育阶段的不同临界范围内,其产沙量是不同的,因此,研究地貌临界不仅蕴涵着比较深刻的哲学和科学理论意义,而且具有一定的实践意义。     

用人工模拟降雨研究亚热带坡耕地土壤的沟蚀和沟间侵蚀

用人工模拟降雨研究亚热带地区粘淀湿润富铁土和铝质湿润淋溶土的坡耕地土壤沟蚀和沟间侵蚀。研究结果表明，类似于当地花生、山芋垄作的沟垄，在无外来径流影响下土壤沟蚀与沟间侵蚀程度相当，土壤沟侵蚀率与土坡自身特性和外来径流量大小关系密切，相同的外来径流量对不同类型土壤的沟侵蚀率的影响程度也不同。同时利用ＷＥＰＰ中的土壤可蚀性关系式计算出上述两种土壤的沟间可蚀性气值分别为０．１６４６和０．１３６２（１０－６ｋｇ ｓｍ－４）。     

暴雨细沟侵蚀的调查研究

本文通过对1988年8月4～5日和1989年7月16日陕北安塞水土保持试验站出现的两次大暴雨细沟侵蚀的分析研究,得出了野外大暴雨条件下细沟侵蚀量随坡长增加近线性增大;与坡度的关系为,当坡度小于25°时,随坡度增大而增大,当坡度大于25°时,随坡度增大而减小;细沟侵蚀量在不同农耕地的变化为,翻耕后麦地>荞麦地>水平沟谷地>一般耕作豆地,细沟侵蚀量在坡面总侵蚀量中所占的比重为50%～75%。     

沟壁坡度对侵蚀沟三维重建误差的影响

以无人机为主体的天地一体化立体测量为地表精准快速测量提供了有利条件。无人机拍摄正射影像时,陡坡影响拍摄视角,可能对地表三维测量精度产生影响。选取发展大型切沟(BG)、稳定中型切沟(MG)和小型浅沟(SG),采用三维激光扫描(Terrestrial Laser Scanning,TLS)和无人机正射摄影(Structure from Motion,SfM)2种方法获取地表DSM(Digital Surface Model,数字表面模型),并以TLS的DSM为基准,分析了坡度对SfM的DSM的高程误差的影响。结果表明:(1)高程误差均随沟壁坡度呈指数增加,拟合程度较好(P<0.0001,R^2>0.80),拐点出现在60°附近,坡度<60°时高程误差变化幅度为0~10 cm,坡度超过60°后高程误差急剧增大为10~60 cm;(2)侵蚀沟愈活跃,其坡比愈大,高程误差占比愈集中在较大坡度的范围内。对于发育中切沟BG,约75%的高程误差量集中在15°~75°;对于趋于稳定的中型切沟MG,约66%的高程误差量集中在0~60°;而对于小型浅沟SG,约54%的高程误差量集中在0~40°。     

福建省崩岗发生的地质和地貌条件分析

以福建省崩岗最发育的地区安溪县官桥镇—龙门镇、长汀县河田镇、永春县达埔镇—蓬壶镇和诏安县官陂镇为对象,从岩性、构造、地质发展史3个方面阐明崩岗侵蚀的地质和地貌背景。结果表明,大规模崩岗发育区的地质、地貌背景是燕山晚期大面积侵入性质均匀的岩石(花岗岩体),位于从古生代至今长期活动的区域性主干断裂带上,发育的地貌处于壮年期的晚期向老年期的发展阶段。海拔高度与崩岗地区的相对侵蚀基准面高度两个指标共同影响着崩岗的发育,相对高差在20～100m以内崩岗最发育。     

Upslope inflow,hillslope gradient and rainfall intensity impacts on ephemeral gully erosion

Ephemeral gullies (EGs) are major contributors to sediment loss and land degradation on cultivated lands. However, the topography and rainfall impacts on EG development processes are still unclear, especially on steep loessial hillslopes such as the Loess Plateau. A series of laboratory rainfall simulation experiments were conducted to investigate the impacts of topographic characteristics (3 typical slope gradients (S ): 26.8%, 36.4%, and 46.6%; and 5 upslope drainage areas (A ): 16, 32, 64, 96, and 128 m²) and rainfall intensities (3 representative erosive rainfall intensities 50, 75, and 100 mm hr⁻¹) on EG erosion on a steep loessial hillslope. A large slope adjustable soil pan (8 m‐long, 2 m‐wide, and 0.6 m‐deep) and a side‐sprinkler rainfall simulation system were used in this study. The results showed that soil loss increased when rainfall intensity, slope, and upslope drainage area increased. Upslope topography and inflow had great impacts on downslope EG erosion, and the contribution percentages ranged from 52.2% to 74.1%, from 48.3% to 71.4%, and from 29.5% to 66.7% for the 50, 75, and 100 mm hr⁻¹ rainfall treatments, respectively. Runoff velocities with upslope inflow were 22.7% to 79.4% larger than those without inflow, and the upslope inflow was more effective than rainfall intensity in increasing runoff velocities in EG channels, thus caused more soil erosion. Soil loss equation based on rainfall intensity and AS ² (product of the upslope drainage area and the square of the local slope gradient) was established and validated. The determination coefficient (R ² ) and Nash–Sutcliffe simulation efficiency (E _NS ) were 0.80 and 0.87, which showed satisfactory accuracy. This equation can be used to predict the EG erosion in various topographic and rainfall conditions on steep loessial hillslopes.     

1970－2021年典型黑土区侵蚀沟损毁耕地速度与发育阶段

黑土区侵蚀沟损毁耕地,威胁粮食生产,研究侵蚀沟发展速度与发育现状,对揭示侵蚀沟发育机理和保护黑土地具有重要意义。为研究近50年侵蚀沟损毁耕地速度和发育特征,分别在典型黑土区3个纬度带选取坡度约为1%、2%和3%的9个共计约378 km²的典型黑土农田单元,并利用1970年、2011年和2021年卫星影像结合无人机和地面测量的结果进行计算与统计。结果表明,侵蚀沟数量在3个历史时期持续增加,剔除因治理而消失的311条,实际增加了958条,北部嫩江增加速度高于中部海伦和南部巴彦,而同一纬度区大坡度（3%）比小坡度（1%和2%）农田单元内侵蚀沟数量增长更快。人为治理和更高强度耕种导致侵蚀沟面积降低（1970－2011年）然后再增加（2011－2021年）的V型走势,但由侵蚀沟发育而实际损毁耕地的面积持续扩张,近10年年均损毁耕地面积0.1%,3个区域的损毁速度相近。从南往北3个区域侵蚀沟起始发育时间分别是1920s、1940s和1950s,与开垦时间先后顺序一致。典型黑土区侵蚀沟经历了谷底沟发育、沟系形成、多样化发育3个阶段,其中嫩江处在第二阶段,而海伦和巴彦处在第三阶段,即老沟、新沟、次生沟、浅沟多样化发育阶段。人为治理和促进侵蚀沟发育的较量,决定典型黑土区侵蚀沟的发育走势。研究为典型黑土区侵蚀沟防治提供科学依据。     

黄土丘陵沟壑区坡沟系统切沟侵蚀数值模拟

切沟侵蚀过程既是侵蚀输沙发生变化过程,也是其侵蚀地貌的发展演变过程,为了说明切沟形态随时空演化过程,应用质量守恒原理和理论分析方法,论述切沟侵蚀过程与形态发育模型实现的原理和过程,建立切沟侵蚀输沙微分方程、下切方程,并进行数值模拟.通过模拟计算,得到不同时刻和不同坡长下的切沟底部高程变化数据;经过与坡沟系统模型试验观测结果进行比较检验,沟深平均相对误差在15％以内,取得了较高的模拟精度.这表明建立的模型合理,模拟结果与实际切沟下切的动态变化过程相符,可以用于模拟切沟下切发育过程.     

漫岗黑土区坡耕地中雨季浅沟发育机制

典型黑土区雨季的浅沟侵蚀非常严重,为制定有效的预防措施,分析坡耕地中浅沟的发育机制以及浅沟造成的实际水土流失量是十分必要的。通过在典型黑土区3年的野外调查,结合坡长小区的试验观测资料,分析了雨季浅沟的发育机理,结果表明：由微地形起伏以及不合理的耕作方式造成的一定范围内的水流汇集是漫岗黑土区发生浅沟侵蚀的主要原因,集水线处垄沟内的泥沙淤积使该处的水道连通是诱发浅沟侵蚀的直接原因;而只量算浅沟体积得到的侵蚀量并不能真实的反映浅沟侵蚀实际的破坏力,其汇水坡面上的侵蚀量也相当客观,甚至大于沟道的侵蚀量。     

近40 a黑土典型区坡沟侵蚀动态变化

研究黑土区坡面侵蚀与沟谷侵蚀的动态变化对于正确认识黑土侵蚀的发生发展过程、制定合理的侵蚀防治对策具有重要理论与实际意义。该文以克拜东部黑土区为例,从1965年美国侦查卫星Corona影像和2005年法国Spot-5高分辨率遥感影像上提取侵蚀沟、植被、土地利用等信息,结合地形、降雨及土壤资料,以通用土壤流失方程为基本框架建立坡面侵蚀定量估算模型,在此基础上,对近40 a坡面侵蚀和沟谷侵蚀的动态变化进行深入分析。结果表明：研究区坡面侵蚀以轻度侵蚀为主,中度和强度侵蚀面积比例很小;40 a来坡面侵蚀总面积变化不大,但侵蚀强度的变化存在一定的地区差异;研究区1965年有侵蚀沟1 682条,2005年增加到2 561条,侵蚀沟平均每年侵吞耕地5.23 hm2;40 a来研究区坡沟侵蚀产沙比约为3.5︰1,总体上以坡面土壤流失为主。研究结果可为黑土区水土流失综合治理提供科学依据。     

典型黑土区村级尺度侵蚀沟演变

侵蚀沟的演变是东北水土流失过程的重要方面.利用1968和2009年亚米级遥感影像,获取典型黑土区村级尺度的侵蚀沟分布、耕地垄向和土地利用数据,基于1∶1万地形图获取等高线、坡度、坡长和垄向坡度数据,在地理信息系统和遥感技术的支持下,分析典型黑土区41 a村级尺度侵蚀沟的动态变化及其影响因素.结果表明:1)41 a间,典型黑土区侵蚀沟密度有明显增加的趋势,基于分辨率为亚米级遥感影像解译的侵蚀沟密度较以往研究结果大幅增加;2)自然坡度0.25°～1.5°范围内为该区域侵蚀沟密度变化最大的区域,8°以上区域由于实施退耕还林措施,侵蚀沟密度降低;3)300～500 m坡长区域侵蚀沟密度出现极值;4)由于实施改垄措施,41 a后垄向坡度在0～0.25°范围内耕地面积增加,大于0.25°范围内耕地面积均减少.     

填埋复垦侵蚀沟的导排水功能和秸秆腐解速率

秸秆填埋复垦技术主要用于修复东北地区耕地中的侵蚀沟,研究复垦后原沟道的导排水能力以及秸秆的腐解速率,旨在为沟毁耕地修复提供科学依据。该研究在黑龙江省海伦市光荣村选取一条复垦后的侵蚀沟为试验区,对土壤入渗能力、渗井入渗能力、秸秆层的持水能力、复垦后的土体排水能力系统测定分析,评价复垦后的导排水能力;对填埋不同年限的秸秆取样分析,评价秸秆腐解速率。结果表明：1）复垦后原沟道位秸秆层储水量为463 kg/m3,雨季产生径流能够完全被秸秆层储存,复垦后耕地能承受44～80 mm/h的均匀降雨,95%的地表汇流转为地下径流,大大减少径流对地表的冲刷,实现了变地表径流为地下导排水,复垦后未二次冲刷成沟。2）秸秆捆的厚度平均每年下降1.4 cm,秸秆层下降部分可被春季翻耕以及雨季汇流带来的泥沙沉积填充,复垦后原沟道位未出现塌陷。3）经过20 a的填埋,秸秆不同组分的腐解速率不同,其中半纤维素与纤维素腐解较快,木质素几乎不发生腐解,其占比由26.8%上升至38.8%。填埋的秸秆长期处于厌氧环境,且被水浸泡,加之约半年处于冻结状态故腐解缓慢。秸秆填埋侵蚀沟,可以修复沟毁耕地,实现复垦和地块的完整,可广泛用于东北黑土区约20万条耕地中侵蚀沟的修复。     

Time and scale of gully erosion in the Jedliczny Dol gully system, south-east Poland

Key catchments of the Roztocze loess area in south-east Poland have a great potential of revealing the history of long-term soil erosion and changes in land use. The knowledge of how and when soil erosion took place in the past helps one understand the impact of land use changes on the landscapes [Bork, H.-R., 1989. Soil erosion during the past Millennium in Central Europe and its significance within the geomorphodynamics of the Holocene. Catena 15, 121–131]. The Jedliczny Dol gully system near the town Zwierzyniec in south-east Poland was investigated by using detailed field stratigraphy and radiocarbon dating of charcoal and wood.In connection with new settlements which were established between the 14th and 16th centuries, arable land was cultivated and forests were used much more intensively. As a consequence, the loess soils were strongly eroded during heavy rainfalls. Up to 4 m of colluvial sediments were deposited in the gully system during the 15th and/or 16th centuries. The thickness of the colluvial sediments indicate severe erosion which might be related to excessive timber exploitation for the local glass and iron production. With the foundation of the so-called Ordinariat Zamoyski at the end of the 16th century, some parts of the area were presumably reforested. High pressure on the land at the beginning of the 19th century enabled a second main phase of gulling before 1900.Since 1890 at the latest, almost the whole catchment is used as a forest, however, concentrated runoff on compacted forest roads can still be high after heavy rainfalls.In loess areas soil erosion caused by intensive land use, triggered by heavy rainfalls, can change the landscape drastically. These changes will continue to influence how catchments react, even if land use gets less intensive again. This knowledge should be considered regarding future, sustainable land use and recent changes in land use in the south-eastern Polish loess regions.     

基于RS和GIS的黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀地形特征研究

为了解黄土高原浅沟侵蚀地形特征,基于Qucickbird高分辨率遥感影像和数字高程模型,提取了坡面浅沟及其地形参数,并对浅沟侵蚀的地形特征参数和分布规律进行了统计分析,结果表明：黄土丘陵沟壑区,坡面坡度、长度、坡向以及上坡长度是影响坡面浅沟数量的主要地形要素,而浅沟侵蚀地形特征主要由坡面坡度、坡面长度、上坡长度和汇流面积共同决定;坡面长度与浅沟平均长度呈显著线性关系,坡面坡度与浅沟频度、浅沟坡度与其上坡长度间则均满足二次曲线;发生浅沟侵蚀的上限与下限临界坡度分别介于26～27°和15～20°,临界坡长介于50～80 m;由浅沟坡度的正弦值与汇流面积确定出浅沟分布的临界曲线;阳向坡面的平均浅沟长度小于阴向坡面。基于RS和GIS技术能有效确定浅沟侵蚀地形特征,为黄土区坡面水土流失治理提供了技术支撑。     

东北黑土区沟道侵蚀现状及其防治对策

沟道侵蚀是土地退化最严重的表现形式,东北黑土区是中国除黄土高原外沟道侵蚀最为严重的区域,沟道侵蚀严重威胁东北区域农业生产和生态环境.该研究基于多年的研究积累,结合国家侵蚀沟治理专项调查和国家重点研发计划项目研究成果以及已有文献,系统总结归纳了东北黑土区沟道侵蚀特征、发展演变趋势及其危害;梳理出现有侵蚀沟治理措施的成功经...