贵州喀斯特地区降雨强度对土壤侵蚀特征的影响

降雨对坡面产流、侵蚀过程及养分流失有重要的影响,选取我国西南喀斯特地区作为研究区域,采用人工降雨方法,研究了不同降雨强度对贵州喀斯特地区(裸地和植被覆盖小区)与土壤侵蚀特征的影响。结果表明:(1)在不同降雨强度下,裸地和植被覆盖小区初始产流时间均随降雨强度的增大产流时间提前,并且裸地和植被覆盖小区初始产流时间在不同降雨强度下差异均显著(p0.05)。(2)裸地和植被覆盖小区径流速率在5~6min之后保持稳定,径流速率均随雨强的增大而增大;不同降雨强度下,径流速率均表现为裸地植被覆盖小区。(3)裸地和植被覆盖小区输沙率变化表现为快速增大、迅速减小、缓慢减小和趋于稳定4个阶段,不同降雨强度下,输沙率均表现为裸地植被覆盖小区。(4)裸地和植被覆盖小区总径流量和总侵蚀量随雨强的增大而增大,裸地坡面各降雨强度下坡面总径流量差异均显著(p0.05),25,50mm/h降雨强度下植被覆盖小区坡面总径流量差异不显著(p0.05),相同降雨强度时总径流量表现为裸地植被;25,50mm/h降雨强度下裸地和植被覆盖小区坡面总侵蚀量差异不显著(p0.05),相同降雨强度时总径流量和总侵蚀量均表现为裸地植被覆盖小区。(5)裸地坡面侵蚀养分中DP,K~+,SEP和SEK含量均高于植被覆盖小区,其中裸地坡面侵蚀养分DP,K~+和SEK含量均显著高于植被覆盖小区(p0.05),而SEP含量二者差异不显著(p0.05)。(6)相关性分析表明降雨强度为75,100mm/h时,裸地和植被覆盖小区侵烛泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于降雨强度为25,50mm/h时,相同降雨条件下裸地侵蚀量与养分含量的相关系数基本高于植被覆盖小区。以上研究结果表明植被覆盖具有减沙减流、减少土壤侵蚀及养分流失等作用。     

红壤有机碳流失特征及其与泥沙径流流失量的定量关系

通过野外微型径流小区模拟降雨试验,对坡面小区尺度水力侵蚀过程中物理运移土壤有机碳的规律进行研究。结果表明:2 m×5 m径流小区持续降雨30 min后,大雨强(1.64 mm min-1)和小雨强(0.58 mm min-1)降雨条件下泥沙携带流失的有机碳总量分别为56.09 g和3.18 g,溶解于径流流失的有机碳总量分别为13.55 g和2.81 g。降雨强度和持续时间对有机碳流失的过程特征有显著影响。降雨强度越大,泥沙携带及溶解于径流的有机碳流失速率和总量也越大。大雨强泥沙有机碳富集比在产流发生后的18min内大于1,随后降至1以下。小雨强泥沙有机碳富集比始终小于1。大雨强径流有机碳浓度与径流量呈立方关系,小雨强有机碳流失量随径流量增加呈线性递增趋势;大雨强泥沙有机碳含量与泥沙量之间具有明显的立方关系。     

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。     

WEPP模型坡面版在黄土丘陵沟壑区的适用性评价--以坡长因子为例

利用安塞试验站1985—1992年的气象观测数据和野外坡长径流小区径流量和土壤侵蚀量监测资料,评价了WEPP模型在黄土丘陵沟壑区不同坡长条件下的适用性。结果表明,在10,20,30和40m这4个坡长条件下,WEPP模型对次降雨、年平均和多年平均径流量的模拟结果略差;而WEPP模型对次降雨和年平均土壤侵蚀量模拟结果较好,无论是模拟值在不同坡长之间的差值,还是模拟值随坡长变化趋势均与实测值接近。WEPP模型对次降雨和年平均径流量模拟的Nash-Sutcliffe有效性ME分别为0.915和0.879;对次降雨和年平均土壤侵蚀量模拟的Nash-Sutcliffe有效性ME分别为0.853和0.758。WEPP对多年平均径流量和侵蚀量的模拟效果可满足要求。I30对WEPP模型模拟次降雨径流量有重要影响,当I30大于0.92mm/min,模型模拟误差较大。WEPP模型对次降雨土壤侵蚀量的模拟与PI30密切相关,当PI30大于129mm2/min时,模型模拟误差较大。∑PI30对WEPP模型模拟年平均径流量和侵蚀量有重要影响,当∑PI30大于150mm2/min时,模拟精度明显下降,且∑PI30对径流模拟的影响明显大于对土壤侵蚀模拟的影响。     

降雨因子对粉煤灰产流产渣的影响

为研究降雨因子对粉煤灰产流产渣的影响,揭示粉煤灰产流产渣的规律,采用径流小区定位观测试验,研究雨季期粉煤灰径流小区在自然降雨条件下的产流产渣特征。结果表明:(1)观测期内总降雨量为1 160.0mm,侵蚀降雨量为720.7mm,7月份降雨、侵蚀降雨均最多,分别为409.6mm和217.1mm,暴雨的侵蚀降雨量最大,为280.1mm;(2)7月份产流产渣最多,3个小区的产流产渣量分别为0.72,1.06,0.67m~3和0.30,0.90,0.21kg,暴雨的产流产渣量最大,分别为0.62,1.02,0.73m~3和0.16,0.57,0.15kg,降雨量大于50mm的降雨产流产渣量最多,分别为0.79,0.98,0.53m~3和0.17,0.72,0.15kg,雨强大于40mm/h的降雨产流产渣量最多,分别为0.82,1.06,0.76m3~和0.21,0.87,0.19kg;(3)降雨量、I30、降雨侵蚀力与产流产渣显著相关,径流量受降雨量影响最大,产渣受降雨侵蚀力影响最大,受降雨历时的影响都最小。产流产渣与降雨量、I_(30)、降雨侵蚀力均呈多项式关系,产流与降雨历时呈线性关系,产渣与降雨历时线性关系不明显。随着降雨的持续,粉煤灰产流产渣也随之增加,侵蚀降雨量、降雨侵蚀力对其影响尤为明显。研究成果利于贮灰场粉煤灰流失的预防和治理,为贮灰场的生态恢复提供参考。     

基于KINEROS2模型的降雨和坡长因子对土壤侵蚀过程影响的研究

以不同坡长(1,5,10,15,20m)径流小区在不同降雨强度(25,50,75mm/h)下人工模拟降雨试验为基础,通过KINEROS2模型对坡面侵蚀过程及侵蚀量进行模拟,对比分析不同坡长、降雨强度及其交互作用对坡面土壤侵蚀过程及侵蚀量的影响,并评价KINEROS2模型的模拟效果及适用性。结果表明:坡长与总径流量呈一元线性关系(R20.990),与总侵蚀量呈幂函数关系(R20.900);降雨强度与总径流量、总侵蚀量之间呈倍数关系增加,且总侵蚀量的增率是总径流量增率的2~3倍;坡长与降雨强度之间存在交互作用,坡长、降雨强度和降雨强度-坡长交互作用与径流量、侵蚀量呈显著相关关系,并在坡面径流和侵蚀过程中表现为正效应。坡面径流量主要受坡长、降雨强度和降雨强度-坡长交互作用三者综合影响。坡面侵蚀量主要受坡长和降雨强度-坡长交互作用的影响极显著,受降雨强度的影响较显著。KINEROS2模型对径流过程的模拟优于侵蚀过程,对总侵蚀量的模拟优于总径流量,说明KINEROS2模型更适于对径流过程及总侵蚀量的模拟。从总体来看,KINEROS2模型对径流小区坡面土壤侵蚀过程及侵蚀量模拟效果较好,说明KINEROS2模型在中国西北干旱半干旱地区小区尺度上有较好的适用性。     

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％.     

黔西高原侵蚀性降雨特征分析

侵蚀性降雨的特征与土壤侵蚀的研究密切相关。利用径流小区观测法以及黔西高原地区典型小流域的降雨、径流与泥沙资料,对黔西高原地区侵蚀性降雨的特征进行了分析,结果表明:(1)降雨总动能(E)和最大60分钟雨强(I60)的乘积是研究区降雨侵蚀力(R)的计算指标;(2)中雨以上降雨事件的产沙量约占总产沙量的99.5%,6次暴雨事件的产沙量占总产沙量的79.4%。对大雨以上等级降雨事件的土壤侵蚀模数与降雨特征拟合分析得到:M=1.319EI60以及M=0.328PI60;(3)降雨侵蚀力大于500 MJ·mm/(h·hm2)等级的降雨事件的产沙量占总产沙量的73.6%,对降雨侵蚀力大于100 MJ·mm/(h·hm2)等级的降雨事件的土壤侵蚀模数与降雨特征拟合分析得到:M=1.269EI60以及M=0.324PI60;(4)降雨集中时间在1~6h的降雨发生概率大,且泥沙侵蚀量大。6月、7月份降雨事件的产沙量占总产沙量的78%左右,汛期(尤其是6月、7月份)的水土保持工作尤为重要。6月、7月份降雨事件的土壤侵蚀模数与降雨特征拟合分析得到:M=1.378EI60以及M=0.346PI60。     

模拟降雨条件下弃土堆置体侵蚀产沙试验研究

通过对生产建设项目弃土堆置体的野外调查及抽象概化,将抽象概化出的4类弃土堆置体作为研究对象,在室内模拟降雨条件下对不同弃土堆置类型的侵蚀产沙过程进行试验研究。结果表明:各类型弃土堆置体的入渗率、径流含沙量随降雨时间变化呈波动式减小,径流率随降雨时间变化呈波动式增大,侵蚀速率随降雨时间变化呈平缓型、多峰型2种变化趋势;产流时间与降雨强度呈负幂函数关系,平均入渗率、平均径流率、平均侵蚀速率与降雨强度呈线性关系,平均径流含沙量与降雨强度呈指数函数关系,总产沙量与总径流量呈线性关系。坡顶平台有车辆碾压的倾倒堆置在全部设计降雨强度条件下产流时间最短、平均入渗率均最低;当降雨强度从1.5mm/min提高到2.0mm/min时,总产沙量增大2.58倍,在降雨强度为2.0,2.5mm/min情况下,平均径流含沙量、平均侵蚀速率均明显大于其他堆置类型,且差异达到显著水平(P<0.05)。     

降雨类型对北方土石山区坡面土壤侵蚀的影响

该文基于北京市房山区蒲洼径流小区2013-2015年观测的105场自然降雨,采用实测水文数据与WEPP模型模拟降雨侵蚀过程相结合的方法,对比了北方土石山区不同雨型下的坡面土壤侵蚀差异。结果表明:1)自然降雨中,单场降雨的侵蚀能力表现为B型雨(低频率、短历时、中雨量、大雨强)A型雨(中频率、长历时、大雨量、中雨强)C型雨(高频率、中历时、小雨量、小雨强),其中,侵蚀性降雨中A型雨降雨频率最高、对研究区土壤侵蚀的累计贡献率最大;而C型雨几乎不会引发土壤侵蚀。2)诱发北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀的临界雨量为8 mm、临界雨强为9.5 mm/h。3)利用WEPP模型通过设置最大30 min雨强I30出现的不同时间将3类雨型进一步划分为4个子雨型,结果表明同一雨强出现的降雨时序差异会影响土壤侵蚀的发生程度,且子雨型下土壤侵蚀量整体表现为递增型峰值型递减型均值型,其中A型雨4个子雨型下侵蚀量差异最显著。研究结果可为北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀预报模型的建立及土壤侵蚀防治提供参考依据。     

三峡库区坡地林草植被阻止降雨径流侵蚀

为了研究林草调控措施对坡面降雨径流侵蚀的影响及其对坡面侵蚀动力的调控效果,该文在重庆开县选择栾树+黄花槐、传统农作、植物篱、封山育林、自然恢复、经济林以及裸地对照7种林草治理措施并修建标准径流小区,通过观测产流产沙状况,分析比较其水土流失特征。结果表明:林草调控措施深刻影响降雨侵蚀动力,并对坡耕地径流侵蚀量产生较大的影响。林草调控措施中,均以裸地对照样地产流、产沙量最大,而以栾树+黄花槐和植物篱措施的产流、产沙最小,水土保持效果最为明显。以洪峰流量模数和径流深表示的坡面径流侵蚀功率与侵蚀产沙量呈正相关关系,说明径流侵蚀功率能够较好的模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示不同林草调控措施对侵蚀结果的影响,可以成为评价植被侵蚀动力调控效应的指标。在未来三峡库区植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种林草调控措施的逐步实施,重视和发展植被的恢复与重建,对于当地生态环境的改善和水土流失的治理具有重要的意义。     

坡面降雨侵蚀和径流侵蚀研究

降雨侵蚀过程包括径流侵蚀作用和雨滴打击作用两个方面,传统的单径流小区降雨试验难以区分二者对坡面侵蚀的贡献。通过双土槽人工降雨试验,研究了降雨侵蚀和径流侵蚀的关系及二者对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明;在坡度和降雨强度一定时,坡上方来水量引起坡下方侵蚀产沙量随着上方来水量的增大而增大;在坡度一致和坡面径流量基本相同时,降雨侵蚀产沙量大于供水径流的侵蚀产沙量,降雨强度增大１倍时,坡面侵蚀产沙量增大约５０     

西部黄土丘陵区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响

以甘肃省定西市安家沟流域的大型径流观测场为依托,以2009—2011年天然降雨在不同土地利用条件下产流产沙特征数据为依据,研究了黄土高原西部黄土丘陵区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响。结果表明,在次降雨条件下不同处理径流过程分别经历了产流、峰值、稳定、消减4个表征时刻,土壤侵蚀过程分别经历了发生、峰值、消减3个表征时刻。次降雨条件下,不同处理其径流总量、侵蚀总量排序均为:15°春小麦10°春小麦10°油松林15°荒地15°沙棘林10°荒地15°油松林10°沙棘林。通过层次聚类分析得出,在10°,15°的坡度下,灌木林沙棘、乔木林油松分别具有明显的水土保持效应。所以结合试验地的气候和环境特点,10°坡面适宜种植沙棘林,15°坡面适宜退耕还林。     

坡面径流侵蚀产沙动力机制比较研究

分别利用坡面径流剪切力、坡面径流能耗和坡面径流单位水流功率理论对坡面土壤侵蚀发生过程进行了研究。研究结果表明,坡面径流平均输沙率与坡面径流平均剪切力之间均存在明显的线性关系,试验的土壤抗蚀性参数为178 5g/(Pa·min),径流临界剪切力为0 54Pa。根据径流能耗理论的计算结果表明,径流单宽输沙率和单宽径流能耗之间具有如下的线性关系式:Dr=14 61(ΔE-0 37),表明试验的土壤可蚀性参数为14 61g/J,临界单宽径流能耗为0 37J/(min·cm)。根据径流功率理论的计算结果,坡面径流功率与径流平均输沙率之间存在比较明显的线性关系,随着径流功率的增加,坡面径流输沙量明显增加,二者的线性关系为:Y=8942 2x-68 676。总体来说,3种理论在土壤侵蚀研究中的应用各有优势,其中坡面径流能耗理论相对简便并且误差较小,更利于对坡面土壤侵蚀过程进行描述。     

黄土丘陵沟壑区坡面径流侵蚀试验研究

黄土丘陵沟壑区的水土流失主要由汛期一两次中大强侵蚀性暴雨引起。采用径流侵蚀模拟试验的结果表明,在农地、林地、草地、荒坡条件下,侵蚀率随时间的增加而逐渐减少;径流冲刷侵蚀量在坡度10°～26°之间是随着坡度的增加而增大的,坡度大于26°后趋于减小;径流侵蚀量随坡长的增加而增大。     

坡面细沟侵蚀过程的水动力学特征试验研究

通过不同坡度、不同流量的组合放水冲刷试验 ,对坡面细沟侵蚀发生过程中的坡面流水动力学特性进行了研究。结果表明 ,在试验的坡度和流量范围内 ,坡面流的雷诺数变化于 36 2～ 4 2 84之间 ,并且其变化有随冲刷历时和流量的增大而增大的趋势。而坡面流弗劳德数在整个试验过程中均大于 1,属于急流范围。坡面流阻力系数的大小与水流雷诺数有关 ,但其变化趋势受坡度的影响。在坡度较缓时 ,阻力系数随雷诺数的增大而减小 ;在坡度较大时 ,阻力系数随雷诺数的增大而增大。在径流冲刷侵蚀过程中 ,径流流速并非一恒定值 ,而是随冲刷时间的延长和坡面冲刷形态的变化呈现出先减小后稍增大的趋势。     

径流曲线数法在黄土高原地表径流量计算中的应用

坡面径流是土壤侵蚀发生的基本动力 ,径流量计算是定量估算水土流失和进行水土保持效益评价的关键步骤。径流曲线数法是美国农业部开发的计算地表径流量的经验模型 ,它有使用简单、有效 ,且适用于资料匮乏地区等优点。介绍了径流曲线数法的基本原理和计算方法 ,并以陕西安塞 2 5个小区的降雨径流资料 (次降雨 )为基础 ,计算了黄土高原地区不同下垫面条件下的曲线数 (CN )值大小 ,并分析研究了 CN值和各影响因子间的关系 ,对该模型在黄土高原地区使用的有效性也进行了评定。     

不同土壤管理措施下基于水蚀过程的含沙量变异及其驱动

In order to prevent soil erosion in southern China, a study was performed to determine the drivers of sediment concentration variation using simulated rainfall and four soil management systems under field condition. Four soil management systems, i. e., forest and grass coverage (FG), forest coverage with disturbed soil surface (FD), contour tillage (CT) and downslope tillage (DT), were exposed to two rainfall intensities (40 and 54 mm h^-1) using a portable rainfall simulator. The drivers of sediment concentration variation were determined by the variations of runoff rate and sediment concentration as well as their relationships. The effects of the four soil management systems in preventing water and soil losses were compared using runoff rates and sediment concentrations at steady state. At runoff initial stage, sediment concentration variation was mainly driven by rainfall and management. The degree of sediment concentration variation driven by flow varied with different soil management systems. Three best relationships between runoff rate and sediment concentration were identified, i. e., reciprocal (CT), quadratic (FG and FD) and exponential (DT). At steady state, runoff rates of the four soil management systems varied slightly, whereas their sediment concentrations varied greatly. FG and CT were recommended as the best soil management systems for preventing water and soil losses.     

土壤侵蚀磁性示踪剂的研制及其示踪效果研究

Soil erosion, which includes soil detachment, transport, and deposition, is one of the important dynamic land surface processes. The magnetic tracer method is a useful method for studying soil erosion processes. In this study, five types of magnetic tracers were made with fine soil, fly ash, cement, bentonite, and magnetic powder (reduced iron powder) using the method of disk granulation. The tracers were uniformly mixed with soil and tested in the laboratory using simulated rainfall and inflow experiments to simulate the interrill and rill components of soil erosion, in order to select one or more tracers which could be used to study detachment and deposition by the erosive forces of raindrops and surface flow of water on a slope. The results showed that the five types of magnetic tracers with high magnetic susceptibility and a wide range of sizes had a range of 0.99-1.29 g cm?3 in bulk density. In the interrill and rill experiments, the tracers FC1 and FC2 which consisted of ?y ash and cement at ratios of 1:1 and 2:1, respectively, were transported in phase with soil particles since the magnetic susceptibility of sediment approximated that of the soil which was uneroded and the slopes of the regression equations between the detachment of sediment and magnetic tracers FC1 and FC2 were very close to the expected value of 20, which was the original soil/tracer ratio. The detachment and deposition on slopes could be accurately reffected by the magnetic susceptibility differences. The change in magnetic susceptibility depended on whether deposition or detachment occurred. However, the tracer FS which consisted of fine soil and the tracers FB1 and FB2 which consisted of fly ash and bentonite at ratios of 1:1 and 2:1, respectively, were all unsuitable for soil erosion study since there was no consistent relationship between sediment and tracer detachment for increasing amounts of runo?. Therefore, the tracers FC1 and FC2 could be used to study soil erosion by water.     

不同下垫面对坡面侵蚀特征的影响

为研究不同下垫面对黄土坡面侵蚀特征的影响,2008年在黄河水利科学研究院模型黄河试验基地,用人工降雨的方法研究了黄土坡面小区在不同立地条件和不同雨强下的径流量、侵蚀量.结果表明:在小雨强条件下,裸地和坡耕地的径流量随时间延续逐渐增加,在试验进行到30min左右时达到波动稳定状态,约为10kg/min,约为相同雨强下草地坡面径流量的40倍左右.中雨强时,裸地和农耕地的径流量约是草地径流量的7倍;大雨强时,草地径流量在试验初期呈缓慢增加的态势,在试验进行到12min左右时基本稳定在10kg;裸地和农耕地径流量在试验初期急剧增加,在试验进行到20min左右时达到各自的最高点,然后维持在一个较低的水平.不同下垫面坡面在小雨强时,裸地和农耕地的侵蚀产沙量远远大于草地,约是其20倍,为10kg左右.中雨强时,裸地和农耕地的侵蚀产沙量约是草地的100倍左右;大雨强时,裸地和农耕地的侵蚀量仍远远大于草地的侵蚀量,二者在试验初期急剧增加,在试验进行到18min左右时达到各自的最高点,然后坡面侵蚀量维持在一个较低的水平.综合分析表明,草被覆盖坡面可以防护中小雨强下的土壤流失.