黔西高原坡面次降雨产流产沙特征

利用野外径流小区径流泥沙观测数据与降雨特征资料,定量研究黔西高原地区降雨对坡面产流产沙的影响.结果表明:1)黔西高原地区年均侵蚀性降雨为22次,中、低降雨强度型降雨次数占降雨次数的93.0％;2)坡面产流产沙特征与降雨的年内分布密切相关,5-8月坡面产沙量占总产沙量的99.2％,产流量占总产流量的95.8％;3)坡面产沙量与降雨量存在显著的指数相关关系,其指数方程为M=0.346e0.109P;4)坡面产流产沙与中、高降雨强度型大雨和暴雨密切相关,4次暴雨事件产生的径流量占总径流量的57.3％,产沙量占总产沙量的91.5％.     

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

密云水库上游流域次降雨坡面产流产沙特征

以北京市密云县石匣小流域为研究区,利用2006-2010年连续5 a的坡面径流试验小区观测资料,运用统计方法,分析了密云水库上游流域的降雨、产流产沙特征以及在不同土地利用和不同坡度条件下,降雨量、降雨强度与产流、产沙之间的关系。结果表明:1)该研究区域水土保持治理措施实施的关键时间为每年的7、8月份,当降雨量大于10 mm时,应注意采取水土保持措施;2)在裸地、耕地和林地条件下,高雨量、中雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型,在草地条件下,中雨量、高雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型;3)中雨量高雨强型降雨条件下,林地的减流效益最好,低雨量低雨强型降雨和高雨量中雨强型降雨条件下,耕地的减流效益相对较低,草地和林地的减流效益差异不大;在3种不同雨型条件下,耕地、草地和林地的减沙效益差别不大;4)裸地条件下,降雨量与产流量间的关系更为密切,尤其在14.4°坡面下相关性最高;耕地条件下,产流量与降雨量的相关性较好,产沙量则与降雨强度的相关性较好,11.4°的坡面产流量、产沙量与降雨因子间的相关系数最高;草地条件下,降雨强度与产流量间的关系较为密切;林地条件下,产流量、产沙量与降雨因子间的相关性均不显著。研究结果可为密云水库上游水土保持措施及农业面源污染管理措施的科学实施提供依据。     

砖红壤区降雨因子对产流产沙的影响

应用三种无量纲化的灰色关联法分析了12个降雨因子对于砖红壤区裸地和桉林地产流的影响,以及15个降雨径流因子对于产沙的影响。结果表明:无量纲处理方法不同将导致因子关联度排序出现变化;复合因子的关联度大多数都高于单因子;与PI₃₀相比,在砖红壤区裸地中PI₅更能代表降雨侵蚀力指标,而桉林地则是PI₁₀;Q_m’H在桉林地比通用的降雨侵蚀力更适于作为坡面降雨侵蚀模型的侵蚀动力因子。研究结果将有助于建立灰色关联法在土壤侵蚀研究中的标准化程序,为建立砖红壤区土壤侵蚀预报模型提供理论支持。     

聚丙烯酰胺（PAM）对黄土坡地降雨产流产沙过程的影响

从防治水土流失和提高降水资源利用率的角度出发,为使PAM能在黄土地区广泛使用,该文通过室内人工模拟降雨和冲刷试验,研究了黄土坡地土壤表层施加PAM对产流产沙过程的影响,分析了产流、径流累计量、泥沙累计量随时间的变化过程,建立了相应的相关关系。比较了不同PAM用量的作用效果及不同土壤对PAM施用效果的影响。试验结果表明,当坡度为15°,雨强1.2 mm/min,降雨历时为30 min时,每平方米土壤表层施加0.8 g PAM后的产流量减少16%,产沙量不到1 kg,减沙率达87.87%;连续冲刷试验结果表明PAM施放在(土娄)土上的效果远优于黄绵土。     

坡面产流产沙过程对植被过滤带响应的试验研究

为探讨植被过滤带在坡面产流产沙过程中对水沙的拦截效果及其水动力学机理,通过在室内土槽上设置模拟植被过滤带并进行浑水冲刷试验,得到有无模拟植被过滤带情况下的产流产沙情况及相关水动力学参数,定量分析了植被过滤带对径流、泥沙的拦截效果并探讨了坡面产沙率与水动力学参数之间的关系。结果表明,植被过滤带在放水冲刷试验中能有效拦截径流和泥沙,且在较小流量下,径流和泥沙的拦截效果更好,在200L/h流量下,拦截率分别可达33.2%和96.9%;在冲刷过程中,有无模拟植被过滤带产沙率与水流剪切力、水流功率都具有显著的相关关系,分别呈指数函数(R2=0.67,R2=0.83)和幂函数(R2=0.70,R2=0.87)增大关系;采用含水流剪切力和水流功率的非线性回归方程Rs=1.184×10-6τ-4.114ω3.839(R2=0.73)预测产沙率效果较好。     

模拟降雨下林下覆被结构对产流产沙过程的影响

植被具有良好的水土保持效益,深入了解覆被结构特征与产流产沙关系是研究植被防蚀功能的基础。以鄂中地区典型森林植被为对象,通过人工模拟降雨试验研究5种覆被结构(灌木、草本、枯落物、灌木+草本、灌木+草本+枯落物)和侵蚀性降雨(60,90,120 mm/h)对坡面侵蚀产沙过程的影响。结果表明:(1)坡面产流率、产沙率随降雨时间先迅速增大,后缓慢增大,最后达到稳定趋势。降雨强度是坡面侵蚀产沙的主导因素,与产流时间、产流率和产沙率呈显著正相关关系(p＜0.01)。(2)在有/无枯落物存在的情况下,植被覆盖度、植株密度分别是坡面产流产沙的主要影响因素。径流含沙量在不同覆被结构覆盖下表现为:草本＞灌木＞枯落物＞灌木+草本＞灌草枯。(3)结构特征参数对产流产沙影响的优先等级为覆盖度、生物量、植株密度、多样性指标,即水平结构＞竖直结构＞物种组成＞空间格局。研究结果旨在揭示覆被结构对坡面侵蚀产沙的作用机理,为南方林地土壤侵蚀模型的构建提供科学参考。     

黄土高原典型生物结皮对坡面产流产沙过程的影响

[目的]明确不同类型生物结皮坡面产流产沙过程及其影响因素,为评价生物结皮的水土保持功能提供理论依据.[方法]选取黄土高原常见藻结皮和苔藓结皮为研究对象,系统研究降雨条件下结皮类型及破坏前后对坡面产流产沙的影响.[结果]①生物结皮可显著增强土壤黏结力,藻结皮和苔藓结皮土壤黏结力是裸地(4.53 kPa)的1.52倍和1....     

不同降雨强度下黄土区冻土坡面产流产沙过程及水沙关系

为了明确降雨对冻土坡面侵蚀的作用机理,探讨冻土和未冻土在不同水力条件下侵蚀之间的差异。通过室内模拟降雨试验,采用3种降雨强度(0.6,0.9,1.2 mm/min)对比定量研究冻土坡面和未冻土坡面产流产沙过程及水沙关系。结果表明:在0.9、1.2 mm/min雨强下,冻土坡面的产流时间相对对照坡面提前了18.7,6.4 min。冻土坡面径流量、侵蚀量均远大于对照坡面,在0.9,1.2 mm/min雨强下径流量分别是对照坡面的1.16,1.19倍,侵蚀量分别是对照坡面的10.40,6.40倍。随着降雨进行,坡面产生不同程度的细沟,其中,冻土坡面相比对照坡面细沟出现时间分别缩短了18 min,22 min,且冻土坡面细沟侵蚀量占总侵蚀量的79%～92%,此比例大于同雨强下的对照坡面。两种坡面的累计径流量与累计产沙量之间满足y=kx+b的线性关系,在细沟间侵蚀阶段,冻土坡面的k值是对照坡面的8.48～9.02倍,而在细沟侵蚀阶段,则为对照的3.68～7.50倍。研究结果表明细沟侵蚀是冻土坡面土壤侵蚀率增大的主要原因,而冻结层的阻水作用是导致坡面上细沟出现时间提前的最重要因素。该研究可以为完善土壤侵蚀机理研究提供一定的参考价值。     

南方红壤区坡面次降雨产流产沙特征

研究坡面次降雨土壤入渗及产流产沙特征,对于坡地水土流失防治及水土资源管理利用具有重要意义.基于广东省五华县水土保持试验推广站野外径流场2014年的观测数据,研究不同下垫面条件下坡面入渗及产流产沙特征.次降雨入渗量与地表植被盖度间存在显著相关关系(P ＜0.05,R=0.95).入渗量随降雨强度增加,呈先增后减的变化趋势,存在入渗量达最大值的临界降雨强度;人工林及灌草地临界降雨强度为19.9 ～ 27.8 mm/h,均高于自然撂荒地.次降雨径流深和土壤流失量与地表植被盖度间,存在显著负相关关系(P＜0.05),相关系数超过0.9.土壤侵蚀率随径流系数呈幂函数增加趋势,径流中泥沙浓度随径流系数、降雨侵蚀力呈对数函数增加趋势,土壤流失量随降雨侵蚀力及次降雨径流深均呈线性递增趋势.次降雨径流深20 mm为土壤流失量变化拐点,径流深超过20 mm后,土壤流失量随径流深递增速率较快.     

晋西黄土区切沟对其上方集水区内土壤水分的影响

为掌握黄土高原切沟对其上方集水区内土壤水分的影响,选取晋西黄土区典型切沟上方的集水区为研究对象,采用土钻法定期测量0—10 m土层的土壤水分,探讨集水区内不同地貌部位的土壤水分状况。结果表明:(1)集水区内土壤水分状况受距离切沟远近和地貌部位的共同影响。(2)集水区内距离切沟1 m处的蓄水量显著低于距离切沟3,6 m处的蓄水量(P＜0.05),集水区内洼地的蓄水量大于坡面。(3)集水区内6个采样点浅层含水量随时间变化剧烈,深层含水量随时间变化小。(4)切沟对其上方集水区内土壤水分的水平影响距离为1~3 m,距切沟1 m处,影响深度最深可达7 m,距切沟3 m处,影响深度为2 m。在未来开展切沟治理中,建议在距离切沟1 m范围内密植低耗水的耐旱灌木或草本,利用密植的植物增加地面糙率,降低水流流速,并利用植物根系网络土体,增加抗冲性,从而起到防治切沟溯源侵蚀。     

长期植被覆盖对紫色土坡面减流减沙能力的影响

[目的]研究长期林草植被覆盖小区减流减沙能力的变化速率,为西南土石山区水土保持植被恢复提供科学依据。[方法]2018—2021年在贵州省赤水市天台镇径流场观测了15°裸地、15°草地、15°林地、30°林地与30°草地5个径流小区的产流产沙、植被覆盖、土壤表层含水量数据,用径流系数和含沙量的变化反映各小区减流减沙能力的变化。[结果]5个小区减流减沙效益排序为30°草地>15°林地>30°林地>15°草地>裸地。其中,30°草地小区植被覆盖度最高,为92.8%,其径流量和土壤侵蚀模数分别为2.43 mm和6.51 t/(km²·a)。裸地小区径流量最高,为153.49 mm,土壤侵蚀模数最高,为1214.5 t/(km²·a); 15°草地小区径流系数降低速率最快,为-0.292%/a,其含沙量降低速率也最快,为-14.6 g/(L·a)。植被覆盖度与径流量之间负相关关系极显著,与含沙量负相关关系显著,与土壤表层含水量呈极显著正相关关系。[结论]高植被覆盖度有利于植被恢复、水源涵养和控制水土流失。对于水土流失相对严重的15°草地坡面,其长期植被覆盖的水土保持效益更为明显。     

晋西黄土区不同立地刺槐林土壤水分动态特征

选择晋西黄土区蔡家川流域4块不同坡向(阴坡、阳坡)、不同密度(1 450,2 150,2 525株/hm~2)刺槐样地作为研究对象,在每块样地的中心位置布设一个观测点,采用TRIME-TDR土壤水分测定仪定位观测2016年1—12月的土壤体积含水量,每月上、中、下旬分别对各样地0—200cm土层的土壤水分进行分层观测(每个测层20cm),研究4块刺槐样地的土壤水分季节变化规律、垂直剖面变化规律以及坡向和密度对土壤水分的影响。结果表明:(1)研究区土壤水分季节变化分为平稳期、消耗期、波动期和恢复期4个时期,年最大土壤水分与年最大降水量所在月份相同,降水季节分配对土壤水分有影响。(2)研究区土壤水分垂直变化土层分为剧烈变化层、弱变化层和相对稳定层3个土层,土壤水分随土层深度表现为先增加后减少最后趋于稳定的趋势。(3)坡向和密度对研究区刺槐林的土壤水分具有显著性影响,阴坡的土壤水分显著高于阳坡(P0.01),低密度的土壤水分显著高于高密度(P0.01)。     

晋西黄土区不同土地利用类型小流域径流产沙研究

通过山西省吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站蔡家川流域的实验观测,采取对比分析的方法,对不同土地利用类型小流域场降雨径流产沙过程进行研究。结果表明：在降雨量分别为8．6和13．6mm的场降雨过程中,半农半牧小流域洪峰与沙峰基本同步,次生林小流域沙峰明显滞后于洪峰;农地小流域场降雨地表径流系数、产沙模数最高,分别为2．40％、6．40％和6．71t／km^2、73．69t／km^2;次生林小流域场降雨地表径流系数、产沙模数最低,分别为0．13％、0．75％和0．02t／km^2、6．95t／km^2。     

黄土高原地区水土流失对土地利用和降水变化的响应

[目的] 为阐明不同降雨类型下各土地利用类型产流产沙规律,评估不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效益。[方法] 基于黄土高原地区自然降雨条件下31个径流场连续2年(2015—2016年)的径流量和土壤流失量监测数据,探讨不同土地利用类型(农地、撂荒地、人工草地、自然草地、灌丛地、人工林地)的产流产沙特征,明确不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效率。[结果] 年降雨尺度下撂荒地径流量与土壤流失量最大(30 mm, 86 t/hm²),人工林地最小(8 mm, 24 t/hm²),其他土地利用类型无显著差异。次降雨尺度下,通过聚类分析根据降雨历时、30 min最大降雨强度和降雨强度将120场降雨分为3个降雨类型。降雨类型Ⅰ:降雨历时适中(749 min),降雨量适中(35.4 mm),降雨强度适中(16.9 mm/h);降雨类型Ⅱ:降雨历时短(222 min),降雨量适中(25.2 mm),降雨强度大(23.8 mm/h);降雨类型Ⅲ:降雨历时长(1 451 min),降雨量大(40.6 mm),降雨强度低(11.5 mm/h),发现径流系数在3种降雨类型下表现为Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,土壤流失量表现为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。降雨类型Ⅰ灌丛地产生的径流系数显著高于其他土地利用类型,达到17.7%,是人工林地的2.36倍;降雨类型Ⅱ下各土地利用类型径流系数无显著差异,平均径流系数为19.9%;降雨类型Ⅲ撂荒地、人工草地、自然草地与农地的径流系数(平均14.3%)显著高于灌丛地与人工林地(平均9.0%);农地、人工草地、灌丛地和人工林地在降雨类型Ⅱ产生的土壤流失量(3.94,0.87,1.06,1.08 t/hm²)＞降雨类型Ⅰ(1.60,0.60,0.59,0.63 t/hm²)＞降雨类型Ⅲ(0.09,0.20,0.06,0.04 t/hm²)。[结论] 在黄土高原地区,中低雨强的中长历时降雨条件下人工林地是有效控制水土流失的首选,在短历时强降雨条件下灌丛地与草地水土保持效果较好。     

黄土丘陵区冻土坡面侵蚀过程特征研究

为了探究黄土丘陵区未冻坡面和冻土坡面在不同径流坡长条件下侵蚀之间的差异,在室内进行模拟冷冻和放水冲刷试验,采用3种径流坡长(2 m,4 m和6 m)和2种坡面类型(未冻坡面和冻土坡面),定量研究了未冻坡面和冻土坡面的产流产沙过程和水沙关系。结果表明:(1)未冻坡面和冻土坡面的初始产流时间均随着径流坡长的延长而缩短,在相同径流坡长条件下,冻土坡面的初始产流时间较未冻坡面减少;(2)未冻坡面的平均产流量与平均产沙量和冻土坡面的平均产沙量均随着径流坡长的延长而增大,而冻土坡面的平均产流量随着径流坡长的变化无显著差异;(3)未冻坡面产流率和产沙率的关系分为缓慢和急速增加两个阶段,而冻土坡面的产沙率则随着产流率的增大而增大;(4)累积产流量与累积产沙量之间呈正相关关系,参数c的绝对值与径流坡长呈正比,并且冻土坡面大于未冻坡面。土壤冻结后使初始产流时间大大缩短,径流量的增加伴随着冻结土壤的不断融化导致冻土坡面侵蚀加剧。     

泥沙搬运能力方程的比较分析

泥沙搬运是小流域土壤侵蚀、搬运和沉积过程中一个很重要子过程,搬运能力的定量研究是刻画土壤侵蚀过程和建立物理过程侵蚀模型的理论基础。对于目前被广泛采用的坡面漫流输移方程和沟道挟沙水流方程的试验条件进行了比较分析,探讨了其在黄土高原地区侵蚀模拟过程中的应用可能性和局限性。同时,表述了在黄土高原地区选择搬运能力方程需要考虑修正条件的必要性。     

晋北沙漠化地区土壤风蚀动态及防治效果

[目的]对晋北沙漠化区土壤风蚀状况及空间差异进行研究,以期为区域土地退化和京津风沙源治理工程的效益评估提供科学依据。[方法]基于耕地和林草地不同地表类型的土壤风蚀模型,逐像元地计算2001—2014年晋北沙漠化地区土壤风蚀状况及空间差异。[结果](1)2001—2014年晋北沙漠化区的平均土壤风蚀模数达到4.67t/(hm~2·a),处于轻度风蚀状态。区域分布上,北部区域风蚀状况明显高于南部。(2)研究区2001,2005,2010和2014年的平均土壤风蚀模数分别为6.83,3.89,4.36和2.55t/(hm~2·a);土壤风蚀总量分别为2.09×10~7 t,1.19×10~7 t,1.31×10~7 t和7.65×106 t。(3)晋北沙漠化地区植被覆盖度提高和风力减弱是区域土壤风蚀强度削弱的主要原因。研究发现风力作用的减弱贡献率约为77.7%,而植被覆盖度的提高的贡献率为22.3%。[结论]晋北土壤风蚀状况空间差异较大,风速减弱是导致区域土壤风蚀削弱的主要原因。晋北沙漠化地区植被覆盖度尚未恢复到良好的状态,生态工程建设还需进一步实施,生态工程实施的成果需加强保护。     

黄土高塬沟壑区植被恢复对土壤入渗及产流的影响

[目的] 研究植被恢复对降雨入渗及产流的影响,对流域水资源合理利用和生态环境建设具有重要理论意义和应用价值。[方法] 以黄土高塬沟壑区南小河沟流域为研究区域,采用双环入渗试验和坡面模拟降雨试验方法,分析探究植被恢复对坡面水分入渗产流过程及特征的影响。[结果] (1)植被恢复显著提高土壤入渗特征值与入渗能力,具体表现为人工林地>自然草地>玉米农田。(2)草地较裸地增加降雨量向土壤蓄量的转化,减少地表径流,出现多层壤中流。(3)草地较裸地土壤含水量变化更迅速,径流成分更丰富,产流量更少。(4)裸地降雨强度远大于土地下渗能力时,快速形成地表径流,下渗量较小,自然恢复草地则存在浅层相对不透水层,上下土层入渗能力差异大,形成壤中流。[结论] 植被恢复通过改变土壤水文物理性质而使坡面产流机制发生变化,从多是超渗地表径流转变为超渗地表径流和壤中流同时出现。