黄土高原南部降雨侵蚀力试验研究

基于Wischimeier关于降雨侵蚀力R=EI30的经典算法,以黄土高原南部杨凌天然降雨为研究对象,较详细地分析了一次降雨过程雨滴大小分布;拟合了雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度的关系;分别以EI10、EI30、EI60为降雨侵蚀力R指标,计算了该地区6-9月降雨侵蚀力大小,研究分析了降雨侵蚀力与降雨量之间的关系。得出以下结论:雨滴大小分布满足Best提出的分布式;雨滴中数直径反映次降雨过程中雨滴大小的总体趋势,与降雨强度关系密切,其关系式可表示为D50=2.25I0.21;降雨动能由降落雨滴从高空下落而具有的能量,以及与雨滴直径和下落速度有直接关系,得出降雨动能与降雨强度的关系式为E=26.57I0.28;杨凌区降雨量多集中于6-10月,月降雨侵蚀力分布随着月降雨量变化而变化;3种R指标计算的降雨侵蚀力值,EI10>EI30>EI60,且3种指标计算结果与CREAMS月雨量经验模型的相对偏差中,EI10与其相对偏差最小,但波动幅度较大,EI30与其相对偏差居中,但相对较稳定,分析得出EI10更适用于短阵型降雨,EI30适用于普通型降雨。基于上述理论,本研究旨在为今后建立黄土高原南部地区降雨侵蚀力简易计算模型提供理论依据。     

晋西黄土高原降雨侵蚀力研究(续)

<正> 三、晋西黄土高原降雨侵蚀力的时空分布规律 (一)侵蚀性降雨基本雨量标准的确定 每一场天然降雨都具有一定的侵蚀能力。由于土壤具有一定的抗蚀性,因而微量的降雨虽也具有侵蚀力,但不会发生土壤流失。我们所研究的是能够产生土壤流失的降雨,即侵蚀性降雨。为了求得晋西黄土高原降雨侵蚀力的定量数值,必须首先确定出这一地区侵蚀性降雨的基本雨量标准,以便收集资料,开展研究工作。     

晋西黄土高原降雨侵蚀力研究

降雨侵蚀力R值,是判断土壤侵蚀的最好指标,也是建立土壤流失预报模型最基本的因子之一。本文通过对大量实测资料进行分析,确定出适合于晋西黄土高原降雨侵蚀力R的最佳计算指标R=∑EI10,并根据这一计算指标和417站年、3679次侵蚀性降雨资料,应用微机求得了晋西黄土高原4.6万多km~2的多年平均R值为125.81J/(m~2·h)。晋西黄土高原降雨侵蚀力的年际变化幅度很大,最高年可达575.65J/(m~2·h),最低年只有3.85J/(m~2·h),一年中降雨侵蚀力R值以7、8两个月为最高,可占年R值的76.87%。在空间分布上,南部R值较大,北部偏小。     

黑龙江省降雨侵蚀力的变化规律

 利用黑龙江省16个气象站1960—2000年日降雨量资料,采用日降雨量侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,对黑龙江省降雨侵蚀力变化规律及其与降雨量的关系进行分析。结果表明:1)黑龙江省1960—2000年年降雨侵蚀力、年降雨量、侵蚀性降雨量都呈升高的趋势,年降雨侵蚀力、年降雨量和侵蚀性降雨量变化速率分别为1.47MJ.mm/(hm2.h.a)、0.29 mm/a和0.35mm/a;2)黑龙江省16个气象站中有11个气象站降雨侵蚀力倾向率为正值,牡丹江降雨侵蚀力升高幅度最大,为15.6MJ.mm/(hm2.h.a),有5个气象站的倾向率为负值,其中齐齐哈尔降雨侵蚀力降低幅度最大,为-16.8MJ.mm/(hm2.h.a);3)16个气象站除哈尔滨、克山、呼玛、通河外,侵蚀性降雨时间变化对侵蚀性降雨量变化的作用大于侵蚀性降雨强度变化对侵蚀性降雨量变化的作用,显示大部分站点侵蚀性降雨量变化主要由侵蚀性降雨时间变化引起的。研究结果可为土壤侵蚀预报以及水土保持规划与决策提供依据。     

1901—2016年黄土高原降雨侵蚀力时空变化

为了研究横跨20世纪的百年尺度黄土高原降雨侵蚀力时空变化,该文首先验证了CHELSAcrust数据集的精度,并基于该数据集估算了黄土高原1901—2016年逐月降雨侵蚀力,最后分析了降雨侵蚀力的时空变化特征。结果表明:(1)CHELSAcrust数据集精度较高(Nash=0.79; R²=0.82),满足本文分析需求;(2)1901—2016年黄土高原年均降雨侵蚀力东南高、西北低,各地理分区降雨侵蚀力中,土石山区>河谷平原区>丘陵沟壑区>高原沟壑区>沙地沙漠区>农灌区。降雨侵蚀力显著变化区域集中于黄土高原中部地区,非显著变化区域分布在边缘地区;(3)1901—2016年黄土高原降雨侵蚀力变化不显著且无明显突变点,可划分为1901—1930年、1930—1980年和1980—2016年3个阶段;(4)黄土高原地区降雨侵蚀力变化存在周期性规律,2.62 a变化周期最显著,且变化周期与气候要素的波动周期基本一致。结果显示1901—2016年黄土高原降雨侵蚀力变化并不显著且存在周期性规律,其空间分布存在明显差异。     

黄土高原降雨侵蚀力时空分布

降雨侵蚀力时空分布规律定量研究是进行土壤侵蚀预报的基础。利用231个气象站多年平均年雨量资料估算了黄土高原地区多年平均降雨侵蚀力,并绘制了等值线图。利用17个气象站日雨量和日雨强资料估算了半月降雨侵蚀力及其年内分配特征。全区降雨侵蚀力变化于327~4416MJ.mm/(hm2.h.a)之间,等值线图显示降雨侵蚀力的空间分布与年降水量的空间分布规律十分相似,大致从东南向西北递减。半月降雨侵蚀力占年侵蚀力的累积频率表,为估算土壤侵蚀方程中土壤可蚀性因子和植被覆盖—管理因子提供了基础。侵蚀力年内分配集中度指标反映出黄土高原R值年内分配集中度很高,且多集中在6—9月,集中度最大的达96.4%,最小的也有66.9%。     

降雨历时和降雨量数据的模拟

本文提供了一种能够产生降雨景和相应降雨历时数据的方法.这种方法是以最小二乘法为基础,其中包括随机误差区间.该方法需要掌握每一变量的分布和各变量之间的相互关系,但不包括联合机率分布.比较原始数据和用该方法模拟的数据后就会发现,模拟数据和原始数据具有同样的分布形态和分布参数.本研究为产生有关联的降雨历时和降雨量提供了实用的方法.     

降雨侵蚀力研究进展

降雨是导致土壤流失的动力因素,降雨侵蚀力反映由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力,准确评估计算降雨侵蚀力是定量预报土壤流失的重要环节.本文回顾总结了国内外降雨侵蚀力的研究进展,在此基础上提出了我国今后降雨侵蚀力研究的发展方向.     

近60年来江西省各等级侵蚀性降雨与降雨侵蚀力的关系

基于江西省具有典型代表性的5个气象站点1956-2015年共60 a逐日降雨量资料,研究了各等级侵蚀性降雨和降雨侵蚀力的特征,建立了利用各等级侵蚀性年降雨量估算年降雨侵蚀力的简易算法模型。结果表明:各等级侵蚀性降雨量、降雨日数和降雨侵蚀的时间分布规律不一。年暴雨量、年暴雨量比例、年暴雨日数、年暴雨侵蚀力、年降雨侵蚀力均在时间上呈不同程度的增长趋势,在空间表现为从南到北逐渐上升趋势。各等级侵蚀性年降雨量估算降雨侵蚀力模型的模拟值与精确值具有高度相关性,可用于估算江西地区年降雨侵蚀力。     

黄土丘陵沟壑区第二副区山坡地土壤侵蚀特征研究

在广泛收集资料的基础上,对黄土丘陵沟壑区第二副区山坡地土壤侵蚀特征以往的研究结论进行了综合分析,结果表明:(1)影响该区山坡地土壤侵蚀的主要因素为降雨、地形及土地利用.(2)该区山坡地土壤侵蚀主要类型为水蚀,主要方式为溅蚀、片蚀、细沟及浅沟侵蚀.(3)该区多年平均侵蚀模数为8373t/km²,其中以坡度大于25°的耕地和植被盖度小于10%的荒草地侵蚀强度最大,年侵蚀模数为18000t/km²,坡度为15～25°的耕地及植被盖度为10%～30%的林草地年侵蚀模数分别为15000t/km²和12000t/km².     

黄土丘陵沟壑区不同雨强下坡长对坡面土壤侵蚀的影响

坡长对土壤侵蚀的影响可能随雨强不同而发生变异,采用岔巴沟流域径流场资料对该问题进行了研究。分析了不同雨强范围下坡长对土壤侵蚀的影响,探讨了坡面土壤侵蚀的临界坡长。结果表明,坡长与土壤侵蚀的关系受雨强效应的影响;团山沟坡面坡长与土壤侵蚀的关系在I30高于和低于0.21 mm min-1表现出不同的规律:当I30≤0.21 mm min-1即小雨强范围时,随着坡长从20 m到60 m的增加,土壤侵蚀模数而逐渐减小,此时,土壤侵蚀模数随坡长的变化趋势与径流模数随坡长变化的趋势相同;当I30>0.21 mm min-1即大雨强范围时,随着坡长从20 m到60 m的增加,土壤侵蚀模数先增加后趋于稳定,土壤侵蚀模数随坡长变化的趋势与径流平均含沙量随坡长变化的趋势相同;坡面土壤侵蚀的临界坡长非定值,是关于I30的函数。     

宁南黄土高原坡面土壤侵蚀与影响因子研究

通过对宁南黄土高原不同坡度、不同土地利用模式,坡面土壤侵蚀特征及相关影响因素进行分析,结果表明:不同土地利用方式下,土壤侵蚀量和径流量随坡度增加而增加,土壤侵蚀峰值均出现在6月,6月的径流量和泥沙量平均可达全年的29.42% 、39.95%.土壤侵蚀量以农作利用方式最高,在14°30″下土壤侵蚀量是9°的4.05倍,自然荒坡土壤侵蚀量最低,只有农地利用模式的34.41%.相同坡度条件下,土壤侵蚀量表现为农地＞苜蓿+沙打旺＞小冠花＞自然荒坡,但径流量和泥沙量的变化特征不一致.影响坡面土壤侵蚀的主要因子有次降雨量、雨强、降雨动能和降雨侵蚀力.各因子年间呈波形变动,以雨强和降雨侵蚀力变异幅度最大,可达35.79%～75.86%,次降雨量和降雨动能变异较小,只有25.72%～31.24%.降雨侵蚀力(R)呈单峰型分布,R(EI30)可以描述区域降雨侵蚀特征.在不同土地利用方式下,降雨侵蚀力和径流量、泥沙量之间没有明显相关,而径流量和泥沙量有一定的相关关系.     

黄土高原陡坡土壤侵蚀特性试验研究

通过室内冲刷模拟试验对黄土高原陡坡土壤侵蚀特性进行系列研究.结果表明,陡坡径流平均流速随径流量和坡度的增大呈波动趋势增加.坡面径流平均含沙率,平均输沙率和平均剪切力均随流量的增加波动增加,随坡度的增加而呈抛物线形式变化,临界坡度值出现在21°和24°之间.坡面径流平均输沙率与平均剪切力之间量良好的线性关系.本研究对深入了解陡坡土壤侵蚀机理,合理确定退耕坡度具有重要意义.     

黄土高原南部土地利用/覆被变化的土壤侵蚀效应

基于3S技术对黄土高原南部地区土地利用/覆被变化及空间分布格局进行了综合测评,同时应用通用土壤流失方程(USLE)定量研究了不同土地利用方式下的土壤侵蚀效应.研究表明,研究区1980-2005年共有1 123.80 km2耕地被用为城镇建设用地,建设用地面积净增了1 238.29 km2,林地、草地面积总量变化小,但局部地区流转特征显著;与此同时,该区土壤侵蚀模数从11.54 t/(hm2·a)增至13.81t/(hm2·a),1980和2005年黄土沟壑区侵蚀模数的峰值分别为1 708.52和1 584.69 t/(hm2·a).该区域土壤侵蚀效应与土地利用空间格局耦合性较强,林地、草地由于分布区域海拔高,坡度陡,侵蚀强烈,而地势低洼、平坦地区(建设用地、耕地、未利用地)的土壤侵蚀强度小.林地、草地的土壤侵蚀效应由于受到地形因素的影响,对降雨侵蚀因子增强的响应尤其明显.2005年该区林地和草地的平均侵蚀模数分别增加了2.34和7.32 t/(hm2·a),并且微度以上侵蚀等级的面积有所增加.     

黄土高原不同植被类型与降水因子对土壤侵蚀的影响研究

根据辛店沟1955年到1959年坡面径流小区的观测资料，分析了不同植被(高梁豇豆、苜蓿、草木樨)被覆度与降水(包括雨量(P)、雨强(I)以及PI乘积(PI30))与侵蚀速率的关系。结果表明土壤侵蚀速率随雨量，雨强及PI乘积的增加呈幂函数增加，但随被覆度的增加呈下降趋势。在PI30相同时，不同植被对土壤侵蚀速率的影响也不同。应用USLE(TheUniversalSoilLoessEquation)分别模拟了三种不同植被被覆度与降水因子对土壤侵蚀的关系方程和辛店沟全流域的水土流失方程；深入探讨了植被被覆度和降水对土壤侵蚀的作用规律。     

黄土高原的土壤侵蚀与保护

黄土高原严重的土壤侵蚀正消耗着其水土资源，威胁着农业生产的持续发展。在分析黄土高原土壤侵蚀及水土保持现状的基础上，提出了防治土壤侵蚀的区域水土保持措施，并论述了其必要性。     

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。     

黄土高原土壤侵蚀时空动态分析

利用GIS技术对黄土高原1986年、2000年和2002年土壤侵蚀动态变化进行分析.土壤侵蚀面积比例由1986年的66.13%上升到2000年的67.14%,到2002年下降为64.88%,其中,水力侵蚀面积比例呈现扩大趋势,风力侵蚀面积不断减少,冻融侵蚀面积先减少后增加.从整个黄土高原看,内蒙古自治区、陕西北部、甘肃和宁夏土壤侵蚀面积较大,青海、陕西关中地区、河套平原和宁夏平原以及山西部分地区土壤侵蚀面积略小.长期以来,土壤侵蚀面积占区域总面积的比例都在60%～70%,总体上水土流失仍然严重,水土保持和生态环境建设任务任重道远.     

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅降雨装置

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅自1992年竣工以来运转正常,在降雨面积之大、降雨强度调节范围之宽、降雨特性与天然降雨之接近程度、以及自动化控制程度等方面,目前均为全国之最.在土壤侵蚀实验研究中发挥了重要作用.在论述土壤侵蚀模拟实验重要意义的基础上,简要介绍了有关模拟降雨装置(包括降雨喷头、供水管网等)的设计依据、选型和布设安装等情况,并介绍了模拟降雨的基本特征.