黄丘五副区降雨和地形因素与坡面水土流失关系研究

本项研究依据６年来在黄丘五副区定西试验区径流场所取得的观测资料，探讨了降雨物征值和地形中坡度、坡长、坡形三个因子对坡面水土流失的影响规律及其相互关系．提出了表征降雨侵蚀力、坡面产流的指标均为ＰＩ３０，依次建立了相应的数学模型群。此项研究不但从理论上揭示了坡面水土流失发生发展过程及机制，而且在实践上为有效地进行坡面水土流失的治理和水土保持措施的优化配置提供了科学依据。     

草被覆盖下坡面径流入渗过程及水力学参数特征试验研究

利用人工模拟降雨试验,定量研究了在90 mm/h降雨强度下20°陡坡面不同被覆条件下(80%,60%,40%,20%)苜蓿草地的产流产沙入渗变化规律.分析了草地侵蚀产沙的水力学参数特征.试验结果表明,不同草被覆盖条件下草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着草地覆盖度的减小而增大.随着草被覆盖度的增加,坡面径流量呈减小的趋势,草地人渗率呈增加的趋势,草被坡面径流量和入渗率呈明显负线性相关.分析了不同草被覆盖条件下草地的坡面水流平均流速、水力半径、雷诺数、弗罗德数和阻力系数特征,从水力学角度揭示了不同覆盖度草地的拦沙效应.     

野外模拟降雨条件下坡面降雨入渗、产流试验研究

利用野外模拟降雨试验,研究了植被类型、降雨强度、地表结皮、覆盖杂草等对荒草地和裸地降雨入渗、产流的影响。结果表明:裸地因降雨易产生地表结皮,产流时间主要取决于降雨强度,两者的关系可用幂函数描述,达显著水平;荒草地由于植被覆盖度较高,产流时间主要取决于土壤初始含水量,两者的关系可用线性公式描述,达极显著水平;与裸地相比,荒草地能延缓产流,并有效拦蓄径流;裸地形成地表结皮后,产流提前,平均入渗率降低,但坡面覆盖杂草(尤其是坡中下部覆盖杂草)能有效拦蓄径流、延缓产流、增加入渗,并促进土壤水分向深层的运移,而雨后采用抑制蒸发的措施能起到类似的效果     

模拟降雨下草被坡面水沙调控效应及水分转化研究

以黄土丘陵区四种多年生牧草(鸡脚草、白三叶、小冠花、百脉根)为研究对象,采用人工模拟降雨试验方法,定量研究不同草被措施不同生长阶段(5月上旬、6月上旬、7月中旬和8月下旬)的坡面水沙调控效应及土壤水分转化特征。结果表明:在整个生长周期内,四种草被措施坡面产沙率和含沙量均表现为鸡脚草坡面白三叶坡面小冠花坡面百脉根坡面裸地坡面。随着生长时间延长,四种草被措施坡面减流效益、减沙效益、土壤稳定入渗速率和土壤平均含水量增量均呈现先增大后减小的趋势。其中,鸡脚草坡面和白三叶坡面在结实期达到最大,小冠花坡面和百脉根坡面在孕蕾期达到最大。在不同生长阶段,鸡脚草坡面和白三叶坡面减流效益、减沙效益、土壤稳定入渗速率和土壤平均含水量增量均大于小冠花坡面和百脉根坡面,其中以鸡脚草坡面最为显著。四种草被措施在不同生长阶段坡面减沙效益都远大于减流效益。黄土丘陵区坡面水土流失主要来自7—9月份频率较高的降雨所产生的坡面径流,鸡脚草和白三叶生长旺盛期与水土流失频发阶段吻合,使其调控坡面水沙能力得以充分体现。     

草被覆盖度对坡面流水动力学参数的影响

坡面流流速U、径流深h、雷诺数Re、佛汝德数Fr、沿程阻力系数λ以及径流切应力(?)等水力要素是反映水动力学特征的主要指标。通过室外人工模拟冲刷试验,分析了草被覆盖度大小对坡面流水力学参数的影响及各水动力学参数沿坡面的分布特征。研究表明:坡面草被措施降低了坡面流流速和水深,且草被覆盖度越大,其削弱径流流速和降低径流水深的作用就越明显;坡面草被措施明显地降低了坡面流的紊动性,降低了坡面流速及其挟沙能力,且草被覆盖度越高,这种作用就越明显;草被措施增加了坡面入渗,降低了径流深,减弱了径流剪切力,从而起到了减蚀作用,且随着覆盖度的增加减蚀作用越加明显。     

黄丘区野外坡面产流产沙过程对不同植被覆盖结构的响应

植被覆盖结构是影响坡面侵蚀过程的重要因素,通过在黄丘区罗玉沟流域开展自然植被覆盖坡面野外模拟降雨试验,分析了90 mm/h雨强条件下地下根系、地下根系+地表结皮层和地下根系+地表结皮层+植被冠层3种不同覆盖结构对坡面产流产沙过程影响。结果表明:植被根系层次对增强土壤入渗起主导作用,使土壤入渗量增加67%,稳定入渗率增加39.7%;3种植被覆盖结构中,地表结皮层对产流和产沙具有最好的调控作用,减流贡献率和减沙贡献率分别为43%和67%;根系小区和裸地小区累积产流量与累积产沙量之间呈幂函数关系,随着植被覆盖结构的叠加,累积产流量与累积产沙量之间呈线性函数的关系;多层次植被覆盖结构能够延长坡面侵蚀过程的发育期,缩短活跃期。研究结果对定量评价植被措施的减水减沙作用具有重要意义。     

解冻期坡面降雨入渗特征及模拟试验研究

通过室内人工模拟降雨试验和水量平衡方法,研究解冻期坡面降雨入渗规律。试验处理包括4个初始解冻深度(0,2,4,6cm)和3个降雨强度(0.6,0.9,1.2mm/min)。结果表明:(1)在坡面的降雨入渗过程中,随降雨历时的延长,入渗率呈由高到低的变化,波动性明显;(2)坡面初始入渗率受降雨强度的影响较大,0.9,1.2mm/min雨强下的初始入渗率显著大于0.6mm/min下的初始入渗率(p0.05);不同初始解冻深度下的稳定入渗率相差较小,平均入渗率的变化趋势与稳定入渗率的变化趋势相似,均随初始解冻深度的增加呈现先减小后增大,临界解冻深度为4cm;初始解冻深度为6cm时的累计入渗量显著大于解冻深度为0,2,4cm的累计入渗量(p0.05);累计入渗量在0.6mm/min雨强下随初始解冻深度的增加而增加,而在0.9,1.2mm/min雨强下呈先减小后增大的变化趋势,临界解冻深度分别为2,4cm;(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、蒋定生模型和Philip模型对试验结果进行模拟后发现,Horton模型最能反映解冻期坡面土壤降雨入渗的特征。研究结果可为揭示解冻期产流机制变化以及土壤侵蚀规律提供参考。     

东北黑土区植物篱土壤入渗性能研究

[目的]对东北黑土区植物篱种植模式的土壤渗透性进行研究,为黑土区坡耕地水土流失治理提供科学依据。[方法]通过小区试验开展研究。[结果]植物篱模式能够减小土壤容重,提高土壤孔隙度,显著增加土壤的入渗能力,进而减少水土流失;篱带部位的入渗能力大大高于篱间部位,不同品种植物篱渗透性能排序为:黑豆果短梗刺五加桑树,植物篱土壤入渗受地面坡度影响,小坡度的土壤入渗率高于大坡度。[结论]植物篱作为一种水土保持新措施,具有改善土壤结构,增加土壤入渗,减少地表径流,防治水土流失的作用,应在黑土区开展广泛的研究与推广。     

红壤坡面降雨入渗及产流产沙特征试验研究

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响.结果表明:产流时间随降雨强度和坡度的增大而提前.对于入渗率较低的红壤坡面,径流强度主要受坡面承雨强度的影响,径流强度随雨强增大而增大,随坡度增大而减小.坡面入渗率随降雨强度的增大表现为先增大后减小.降雨强度增大能够增加水分入渗,但这种促进作用仅在一定的降雨强度范围内起作用.坡面入渗率随坡度增大表现为先增大后减小.20°左右存在一个坡面入渗率变化的临界坡度.坡面细沟侵蚀发展状况对稳定坡面入渗率有比较大的影响.径流率和入渗率与降雨历时的关系分别可以用幂函数和对数函数描述.在75,100 mm/h降雨强度下,产沙量随坡度的增大而增大,而50 mm/h降雨强度下,产沙量在20°时达到最大值而后出现下降,在20°附近存在一个侵蚀产沙量变化的临界坡度.     

黄土丘陵区退耕坡地植被自然恢复过程及其对土壤入渗的影响

生态系统自我修复是黄土高原植被恢复的重要途径。以永久性天然草地和三龄沙打旺人工草地为对照,在对黄土丘陵区坡地退耕植被自然恢复过程群落演替、地上部分生物量的增长及其组成动态变化特征调查的基础上,定量分析了不同恢复阶段主要群落下土壤的入渗能力。研究表明,随着植被演替的进展,群落生物量逐步增加,土壤入渗能力显著改善。退耕草地土壤表层0-20cm土壤渗透能力(K10℃)每年可提高0.10mm。植被改善土壤入渗能力的有效深度达40cm。说明黄土丘陵区通过坡地退耕还林还草恢复植被可以改善土壤渗透性能,强化降雨就地入渗,减少水土流失。     

黄土丘陵区小流域土壤水分入渗特征研究

 为给森林对流域减流减沙效益的预测和评价提供科学依据,采用“环刀法”,在流域的横断面上设点,对黄土丘陵区森林小流域和荒坡草灌小流域土壤水分入渗特征进行了研究。结果表明:森林小流域林地土壤入渗速率显著高于荒坡草灌小流域。在2种小流域类型中,阴坡的土壤入渗速率一般高于阳坡,其中森林小流域阴、阳坡的差异较小,仅在坡上部表现明显,稳定入渗速率分别为7.8mm/min和7.0mm/min;荒坡草灌小流域阴坡的土壤入渗速率高于阳坡,这与阴坡植被发育较好有关。在坡位上,表现出从坡上部到坡下部,土壤入渗速率随坡位下移呈逐渐降低的趋势,即其空间特征为坡上部>坡中部>坡下部。据分析,这是上部产生的径流挟沙而下,在下部沉积,堵塞土壤孔隙,并在表层形成一个致密层的结果。根据黄土丘陵区的土壤特性,其土壤入渗过程以方正三方程拟合精度最高,如将其与A.Kostiakov方程结合使用 ,则可更好地说明土壤的初始入渗速率和稳定入渗速率。     

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。     

黄土丘陵沟壑区小流域坡耕地土壤抗冲性试验研究

通过对黄土丘陵沟壑区种植不同作物的坡耕地土壤抗冲性进行动态测定,探讨了坡耕地在作物不同生长时期和种植不同作物条件下的抗冲性特征及影响因素,为该区保持坡耕地水土、防止流失而合理配置农作物提供科学依据.     

黄土丘陵沟壑区小流域坡耕地土壤抗冲性试验研究

通过对黄土丘陵沟壑区种植不同作物的坡耕地土壤抗冲性进行动态测定,探讨了坡耕地在作物不同生长时期和种植不同作物条件下的抗冲性特征及影响因素,为该区保持坡耕地水土、防止流失而合理配置农作物提供科学依据。     

黄土丘陵区降雨坡面再分配规律研究

采用野外定位监测方法,以在安塞进行的降雨坡面再分配试验结果为依据,系统地分析了坡面降雨-径流－入渗的转化规律,降雨在坡面上的水文行为强度,方向等,研究结果表明,降雨的土壤入渗量受坡长,土地利用方式等因素影响,长坡能够接收较多雨量,试验年份（旱年）坡长每增加20m,草地约增加入渗0．77mm,灌木地增加0．92mm,不同土地利用方式下其降雨入渗量为灌木林地＞草地＞农地,长坡沙棘地较农坡地减少径流4．91mm,较长坡草地减少4．10mm,相当于灌木地减流56．52％,草地减流47．16％,雨水转化土壤水的转化系数K,随坡长增加而增加。     

黄土丘陵区边坡开挖对土壤抗蚀性影响

针对黄土高原高质量发展过程中为扩展农业等经济用地,大量边坡开挖工程对坡面土壤抗蚀能力影响等问题,以延安市羊圈沟流域内开挖坡面为对象,未开挖坡面为对照,通过野外采样与室内分析,研究了开挖坡面土壤抗蚀能力时空变化特征。结果表明:(1)在开挖率为7%的坡面,土壤团聚体平均重量直径(MWD)和有机碳含量随坡位的降低,开挖坡面呈先增大后减小趋势,对照坡面为逐渐增大趋势; 其中开挖坡面MWD在坡下区、开挖区相较于坡中区分别降低6%～8%和58%～73%; 土壤有机碳含量在坡下区0—80 cm土层内显著降低8%～41%,开挖区0—40 cm内显著降低10%～39%;(2)土壤可蚀性K_S值随坡位的降低,开挖坡面呈先减小后增大趋势,对照坡面为逐渐减小趋势,坡下区和开挖区相较于坡中区分别增大4.8%～5.0%,65.0%～109.7%;(3)坡面土壤可蚀性K_S值随开挖率的增大而增大,与有机碳含量相关性随开挖率增加而降低,开挖率为7%的坡面,坡下区土壤抗蚀能力年变化呈显著降低趋势。因此开挖坡面在后期边坡防护过程中不仅应加强开挖区稳定性的防护,还应注重坡面开挖区上部各坡位土壤侵蚀风险的降低。研究结果为边坡开挖工程设计及安全防护提供了科学指导和理论支撑。     

黄土丘陵区不同撂荒年限土壤入渗及抗冲性研究

为了评价植被恢复对撂荒地土壤性状的影响,采用时空互代法,以黄土丘陵区不同年限撂荒地为研究对象,利用环刀法和原状土冲刷试验结合室内理化分析对其渗透性能和抗冲性进行了研究。结果表明:同一撂荒阶段,土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和抗冲系数均随土壤深度的增加而下降;随着撂荒阶段延长,表层土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和抗冲系数均为撂荒前期显著增大,后逐步趋于稳定,撂荒阶段间的差异显著大于土层深度的差异。在黄土丘陵区,利用Kostiakov模型回归参数a可有效表征初始入渗速率,相关系数为0.999 1,用方正三模型回归参数f_1和K可同时表征初始入渗速率和稳定入渗速率,相关系数分别为0.869 4和0.998 1,其初始入渗速率相关性较模型Kostiakov差,结合使用两者可更好的表征土壤入渗过程。     

黄土丘陵区长芒草群落对土壤水分入渗的影响

以黄土丘陵区长芒草群落为研究对象,采用圆盘人渗仪对不同盖度长芒草群落下的土壤入渗过程进行了对比研究.结果表明,在0-80 cm土壤剖面上.不同盖度的长芒草群落下土壤初始入渗速率和稳定入渗速率都随着土壤深度增加而下降.在同一深度的土壤剖面上,群落盖度越大土壤初始人渗速率和稳定入渗速率也分别越高.影响土壤初始入渗速率的主要因素是土壤有效孔隙度、初始含水量和水稳性团聚体含量.影响土壤稳定入渗速率的主要因素是土壤有效孔隙度、根长密度和水稳性团体含量.但水稳性团聚体对表层土壤初始人渗速率和稳定入渗速率的影响不显著.长芒草群落不仅通过根系对土壤的物理机械作用以及根系周转过程中形成的生物性大孔提高了土壤入渗速率.还通过提高土壤有机质和水稳性团聚体含量提高了土壤入渗速率.