地表材料对牧场径流中养分流失影响研究

为了监测牧场径流中的养分浓度,在牧场设置了9个面积为42 m~2,深1.1 m的集流池,首先对集流池四周及底部进行防渗处理,然后分别用土、沙子和树皮3种材料进行覆盖。奶牛在试验区放养,每年4次,每次7 d。沙子覆盖区收集的径流量占降水量的百分比为75%,土壤为34%,树皮为64%,覆盖土壤和沙子小区径流中的N质量浓度差不多,NH_4~+-N的质量浓度低于NO_3~--N和TN。覆盖树皮小区流失的N最少,表明微生物固N效果好。覆盖土壤小区径流中的P质量浓度最小,覆盖沙子的最大,覆盖树皮的居中。在覆盖土壤小区的径流中,N和P与泥沙量线性相关。覆盖土壤和覆盖树皮小区的NO_3~--N较低,覆盖沙子小区的较大;所有处理的NO_3~--N质量浓度均比NO_3~--N大。沙子覆盖小区径流中养分浓度最高,土壤和树皮吸附了大量的养分,养分可淋溶到土壤或被作物吸收。     

三峡库区王家沟小流域不同坡度土壤氮素流失特征研究

采用野外径流小区观测方法,研究了三峡库区王家沟小流域旱坡地不同坡度土壤氮素的流失特征。结果表明:①旱坡地不同坡度小区土壤氮素流失量总体不大,单场降雨侵蚀泥沙氮素流失量最大值为189.06 mg/m2,而在地表径流中仅为28.12 mg/m2,侵蚀泥沙氮素流失量明显高于地表径流氮素流失量,最大差异达到16.8倍,差值随着坡度的增大有减少的趋势;坡度越大,地表径流氮素和侵蚀泥沙氮素的流失量也越大,呈现出小区17°>9°>4°的趋势;铵态氮流失量明显低于硝态氮流失量,4°、9°、17°小区地表径流硝态氮流失量较铵态氮流失量分别高出3.2、3.6、4.0倍,说明硝态氮较铵态氮更易于流失,且随着坡度的增大差异增大。②不同坡度小区地表径流量、侵蚀泥沙流失量与降雨量均存在显著的线性正相关(P<0.05),且随着坡度的增大地表径流量与降雨量的相关系数在增大,侵蚀泥沙流失量表现则相反,这可能与土壤母质、作物生长等情况有关。     

植物过滤带对农地径流泥沙的影响

植物过滤带能减小径流挟沙力。该项研究设计了2个试验小区,坡度为7%、12%,主要植物种类为无芒草,在试区内安装了集流设备及雨量器。并测量降雨量、雨强、休闲带边缘的径流量、土壤流失量。测试结果表明:植物过滤带拦截泥沙达85％以上。不仅减小径流挟带泥沙力,加快了泥沙的沉积,且延缓了径流速度,增加了土壤结构的稳定性,有利于径流的入渗。     

径流及泥沙中7Be含量分布与影响因素研究

通过分析次降雨下,来自坡耕地、荒草地、灌木林地径流小区径流、泥沙中7Be含量,发现径流中7Be浓度较小,均值为0.92 Bq/L,但次降雨过程由于受径流量的影响,随径流流失的7Be量较大。坡耕地小区随径流流失7Be占整个小区7Be流失量的11%~33%,对示踪结果影响较大。与地表土壤相比较,侵蚀泥沙中7Be含量较大,尤其是荒草地和灌木林地小区。坡耕地小区侵蚀泥沙颗粒分选性对泥沙中7Be含量影响不明显,它主要受侵蚀类型的影响,面蚀对侵蚀泥沙中7Be含量贡献最大。     

三峡库区等高植物篱的控蚀效益及其机制

 水土流失是影响长江中上游地区社会、经济持续发展的关键限制因素。等高植物篱农作措施具有很好的控制土壤侵蚀功效,但还缺乏较为系统的定量研究。根据1993年在三峡库区典型流域建设的5个植物篱小区,对径流、土壤侵蚀的多年连续观测数据分析,结果表明:4种试验植物篱均有很好的水土保持效果,从植物篱栽植的第4年起,水土效益呈现出较为稳定的态势。同对照相比,植物篱小区土壤侵蚀量下降18·4%～70·0%,径流下降幅度为17·2%～70·8%。马桑、黄荆较香根草、新银合欢有着更为突出的控制侵蚀效果,但不同植物篱之间水土保持效益的差异没有达到统计显著水平。植物篱小区内,局部的径流流速变化是导致侵蚀产沙变化的根本原因,即在植物篱条带的上坡位置,径流流速下降,而在条带的下坡位置,径流流速增加。经过流速的一减一增,使得在小区出口的径流流速及径流量同对照小区相当的情况下,条带上坡位置由于流速下降,径流携沙能力下降,而导致泥沙侵蚀本身的减少和已经侵蚀泥沙的淤积,并最终使侵蚀量大幅下降。     

流域土壤侵蚀及径流过程自动测量系统研究

流域内降雨—径流—土壤侵蚀过程中不同时空点处流量、流速、泥沙含量的获取将为侵蚀模拟—预报模型的建立与检验提供必要的数据支持。本研究提出一套测量流域土壤侵蚀动态变化过程变量的自动化测量系统,系统中的量水堰和水位传感器用于测量径流流量,用薄层水流流速测量系统测量坡面流及流域沟道中的水流流速,用径流含沙量测量系统测量径流中的泥沙含量,数据采集控制及存储系统实现试验设计点处侵蚀量的动态变化过程测量及数据存储。这一系统的构建及应用必将推动侵蚀过程测量向着更加自动化和可操作化方向发展。     

工程堆积体坡面径流水动力学参数及其相互关系

工程堆积体具有独特的土壤组成及复杂的下垫面条件,其土壤抗冲性极差,径流条件下堆积体陡坡坡面关键的水动力学参数及其相互关系亦表现出不同的特点,为探明工程堆积体坡面径流水动力学参数及其相互关系,该文采用30、40、50、60 L/min 4个流量,对24°、28°、32°共3个坡度的堆积体边坡(20 m×5 m标准监测小区)进行模拟放水冲刷试验,选取径流流速、水深、雷诺数、弗汝德数、径流阻力系数、水流剪切应力、径流功率等参数进行分析。结果表明:工程堆积体坡面侵蚀位置主要集中在坡面上部(0~10 m),侵蚀时段主要集中在产流后期(12~30 min);流速随坡度和流量的增大而增大,坡度对流速的影响大于流量;随着坡面流由层流向紊流、急流向缓流的过渡,坡面径流阻力系数随之增大;基于水流剪切应力和径流功率分别计算获得的工程堆积体坡面细沟侵蚀土壤可蚀性参数分别为2.63×10-2 s/m和0.1 s2/m2,对应的临界侵蚀径流功率为0.8 N/(m·s)。研究结果可为坡面措施的配置提供一定的理论支撑,也能为工程堆积体土壤侵蚀预报模型的建立提供部分基础参数。     

7Be示踪坡耕地次降雨细沟与细沟间侵蚀

对于坡面细沟与细沟间侵蚀过程的了解是建立侵蚀预报模型的基础,但传统方法难以对其进行深入研究。利用7Be示踪技术并结合人工模拟降雨,考虑坡脚沉积作用,研究了25°坡耕地径流小区次降雨过程中细沟与细沟间侵蚀动态。结果表明：根据流出径流小区泥沙7Be含量变化计算坡面明显细沟出现时间,由于坡脚沉积作用使得A、B两试验小区这一时间比实际细沟出现分别延迟了45 min和11 min;根据坡面-侵蚀泥沙中7Be总量守恒和泥沙质量平衡原理,坡面细沟间侵蚀及细沟侵蚀在坡面总侵蚀、坡脚沉积区泥沙及流出径流小区泥沙中的比例被定量区分开;总体上,细沟间侵蚀量在径流泥沙中的比例逐渐减少,而细沟侵蚀量逐渐增加。两试验小区中7Be示踪计算坡面细沟侵蚀量和坡脚沉积量与实测值相比相对误差均较小,因此7Be示踪技术可以对土壤侵蚀进行较为准确地定量研究。     

苜蓿影响砒砂岩陡坡侵蚀的水动力学机理研究

砒砂岩陡坡是黄河中游泥沙和粗沙的重要来源地,草本植物恢复是防治土壤侵蚀的重要措施,然而对草本植物防治砒砂岩陡坡侵蚀机理的研究却较少。为明确草本植物防治砒砂岩陡坡土壤侵蚀的水动力学机理,通过小区径流冲刷实验,分析不同苜蓿密度(株间距为2 cm、4 cm、5.6 cm、8 cm)下砒砂岩陡坡产流产沙和径流水动力学特性变化。结果表明,苜蓿覆盖下砒砂岩陡坡产沙主要发生在径流冲刷前期,产沙过程呈单峰形式。产沙速率与径流流速和水流功率均呈幂函数形式关系,决定系数(R~2)分别为0.94和0.68。苜蓿能减小砒砂岩陡坡径流量,影响径流水动力性质。株间距增大的过程中坡面径流阻力呈幂函数形式减小,导致径流流速和水流功率呈幂函数形式增大,苜蓿通过茎秆和根系影响径流水动力过程。细沟形成前,苜蓿主要通过茎秆的作用增大径流阻力;细沟形成后苜蓿还可能通过其出露于细沟中的根系影响股流的阻力状况。由于径流水动力性质和土壤抗冲性质的变化,砒砂岩陡坡侵蚀量大大减小,产沙量随苜蓿盖度增大呈幂函数形式减小(R~2=0.55)。相比于盖度,苜蓿株间距与产沙的关系更为密切(R~2=0.93),原因可能是株间距更能综合地反映苜蓿整体(地上和地下部分)防治砒砂岩陡坡侵蚀的作用。研究可以为砒砂岩陡边坡侵蚀防治中草本植物的配置提供一定的科学依据。     

基于流域泥沙指纹图谱技术的小区径流试验

土壤指纹图谱技术已广泛应用于流域泥沙主要来源的研究中,但尚未用于小区径流试验中。为更好的理解管理措施与泥沙动力学的关系,美国水保科研人员利用引进泥沙指纹图谱技术研究小区泥沙,以明确引进对径流泥沙的相对贡献。研究表明,小区泥沙和引进泥沙与径流泥沙呈线性关系,有引进泥沙时,从小区剥离的泥沙平均占径流泥沙的20.5%,植物渠拦截泥沙效率超过90%,小区泥沙百分率对泥沙拦截效率影响较小。耕地是泥沙的主要来源,径流携带泥沙量要大于冲蚀泥沙量。在土壤侵蚀过程中,溅蚀是侵蚀的重要方面,不受坡面流影响。     

细沟侵蚀动态过程模拟数学模型和有限元计算方法

建立了集中水流作用下均质土壤坡面上细沟侵蚀动态模拟数学模型。模型包括根据质量守恒原理推导而得到的变沟宽水流连续性方程和泥沙运移方程；根据动量守恒方程推得到的水流动力学方程；由紊流冲击分布概率来确定的土壤剥离方程；过量泥沙采用沉积的一阶沉积方程。模型还考虑了沟床形态、水流动力、土壤侵蚀与泥沙沉积形成相互依赖的反馈环，具有表达细沟的空间变化和时间演变的能力。给出了利用有限元方法对水动力学方程及泥沙运移连续方程进行顺序求解的数值计算公式以及模型数值求解的具体步骤。     

赣南稀土尾矿堆积区水土流失规律初探

赣南是我国重要的离子型稀土矿生产基地,但在其开采的同时也对矿区周围的土壤与环境造成影响,特别是稀土尾矿的水土流失问题尤为严重。本文选择典型的尾矿水土流失区,采用野外测量等方法对矿堆的主要水土流失类型及其强烈程度进行研究,同时对典型水土流失路径进行实地监测。结果表明:尾矿水土流失区沟道平均侵蚀模数约为3.73×104 t/(km2?a),坡面细沟平均侵蚀模数为1 651.2 t/(km2?a),水土流失情况极其严重。在降雨过程中,侵蚀沟内路径为侵蚀状态,侵蚀深度不断增加,在距沟头66 m处侵蚀深度开始减小,径流流出冲沟后到距离侵蚀沟出口处大约60 m的地方侵蚀深度为0 cm,之后随着距离的增加,泥沙开始逐渐沉积,水土流失状态转为堆积。     

沟床草被对干热河谷冲沟产沙特性影响的野外模拟试验

金沙江干热河谷冲沟极为发育,水土流失强烈,严重威胁着该区的生态安全和社会经济发展。为探明植被影响径流过程、促进沟床稳定的机理,该研究采用野外放水冲刷试验,研究分析了沟床草被带长度对径流产输沙过程和特征的影响,旨在探明沟床草被影响下径流含沙量和输沙率时空变化规律。结果表明:1)增大草被带长度可有效降低冲沟径流泥沙含量,改变径流泥沙含量的时空分布特征。泥沙含量在时间上呈指数递减趋势,在冲沟径流运动方向上呈增大趋势。沟床草被带越长,泥沙含量在时间上波动性越弱,递减趋势越明显;随沟床草被带长度的增大,径流泥沙含量在沟床径流运动方向上的增大趋势有减缓现象;此外,当草被带长度增加到8 m以后,进一步增加草被带长度对减小径流泥沙含量效果不显著,而对照小区和4 m草被带小区泥沙含量均显著高于草被带长度≥8 m的小区,说明8 m草被带是降低径流泥沙含量的较好配置长度;2)沟床草被带对径流输沙率有减小作用。当草被带长度8 m时,径流输沙率高于草被带8 m的小区,且在时间上呈先增大后急剧减小而后趋于稳定的变化趋势。当草被带长度≥8 m时,径流输沙率在时间上表现出微弱的降低趋势。试验冲沟径流输沙率均值在空间上沿径流运动方向自冲沟上游至其下游表现出增大趋势,但草被带长度对输沙率在冲沟径流运动方向上的增大过程有较大影响。该研究为植被措施控制冲沟侵蚀提供理论依据。     

黄土坡面细沟水流流速试验研究

流速是最基本、最重要的水流水力学参数之一,阐明细沟水流流速变化的特征对于揭示坡面细沟侵蚀动力学过程机理具有重要作用。采用具有定流量人工放水的组合小区模拟降雨试验方法,对黄土坡面细沟水流流速进行了试验研究。结果表明:(1)细沟径流流速随径流历时的变化过程在不同雨强下不断递减,可用指数方程很好地描述,递减速率在产流后6min内较大,以后减小,各雨强下递减速率基本分别一致;(2)细沟径流流速随径流历时的变化过程在不同坡度下也不断减小,可用指数方程很好地描述,各坡度下变化趋势一致,整个径流过程中减小速率也基本一致;(3)细沟水流平均流速随雨强增大而增大,可用对数方程很好地描述;随坡度增大而增大,可用幂函数方程很好地描述;随雨强及坡度的变化可用二元对数方程描述。     

坡面径流调控薄层水流水力学特性试验

为澄清复杂地表的水流运动过程、水流水力学参数受流量及地表状况的影响,该研究采用野外标准径流小区实地放水冲刷试验,研究了鱼鳞坑、苜蓿草地、秸秆覆盖不同径流调控措施的坡面薄层水流水动力学特性的变化规律,包括水流流速、水深、流态、阻力系数。研究结果表明：坡面薄层水流的平均流速与水深主要受流量控制,其二者之间呈现幂函数关系;地表状况与流量大小直接影响着坡面流态,对于裸地与鱼鳞坑坡面,流量较小时属于层流与缓流,在流量达到3.0 m3/h时,属于过渡流、紊流和急流;而苜蓿草地、秸秆覆盖坡面均属于层流和缓流;并提出复杂坡面的阻力系数由颗粒阻力、形态阻力、波阻力叠加而成,其大小主要受地表状况影响;阻力系数与土壤侵蚀率呈现良好对数关系。总之,坡面采取径流调控措施后,其地表抗侵蚀力和泥沙搬运的能力明显强于裸地,径流流速明显降低,水流流态明显平缓,水流受阻力显著增加。研究结果对于揭示不同径流调控措施对坡面拦泥蓄水、减流减沙及侵蚀动力学机制有着重要的理论基础和实践指导意义。     

第四纪红粘土侵蚀劣地土壤养分随径流和泥沙的迁移规律

通过测定用径流小区收集的径流和泥沙样品的养分含量以及泥沙的颗粒组成，探讨了被侵蚀的红壤中不同形态的养分随径流和泥沙的迁移规律及其在流失泥沙中的富集状况。研究结果表明：土壤养分主要是以不溶态的形式随泥沙迁移的，随径流迁移的可溶态养分很少，尤其是五氧化二二磷；不同形态的养分在泥沙中有明显的富集现象，其富集率大小依次为：速效钾＞水解性氮＞全磷＞全氮＞全钾。     

兴宁县石马河流域土壤侵蚀类型

本文通过定点观测研究,根据侵蚀力类型与地貌形态,将该地土壤侵蚀划分为:面状侵蚀、沟状侵蚀和崩岗侵蚀。一、面状侵蚀为:由雨滴打击地面、紊动地面径流产生的击溅侵蚀。由于地形和植物等的影响。片蚀实以细沟状侵蚀为主,并通过水量平衡方程、植被和产沙关系,对径流小区水量平衡,植被对片蚀的影响,小区产流、产沙状况作了探讨。二、沟状侵蚀为坡面和崩岗壁面集流作用的结果。三、流水和重力共同作用产生崩岗侵蚀。本文对崩岗侵蚀中面状流水作用区,重力-流水作用区,流水搬运-沉积区的发育过程,以及泥沙冲淤变化作了分析论述。     

生产建设项目边坡及弃土侵蚀影响机制研究进展

生产建设项目的土壤侵蚀是土壤侵蚀学科研究的热点话题.生产建设项目边坡及弃土侵蚀是一种典型的人为加速侵蚀,严重制约着生态文明建设和经济的发展.本文对边坡和弃土侵蚀影响机制,从降雨径流条件、土壤特性、地形及微地貌因子、水土保持防护措施等方面,将国内外研究成果进行了系统阐述.首先,总结了国内外边坡和弃土坡面侵蚀在降雨径流条件下,其坡面泥沙剥蚀、运移、沉积过程和坡面水流条件的时空变化;指出在土壤自身特性(包括外来物石砾、土壤物理性质、土壤添加物等)条件下,土壤中石砾质量分数是边坡和弃土坡面侵蚀水沙变化的重要因子,土壤物理性质决定坡面径流发生与否,土壤添加物促进土壤团聚过程,增加入渗为主;其次,揭示了坡面地形及其微地貌条件下,影响径流再分配和侵蚀分异特征;最后,对边坡及弃土坡面侵蚀在水土保持防治措施下,调控径流、削减泥沙的效果进行分析,并为今后生产建设项目边坡及弃土侵蚀研究的内容和方向作出展望,为边坡和弃土水土流失防治提供理论依据.     

侵蚀泥沙坡面沉积研究初报

利用元素示踪法的优点,对坡面侵蚀土体的颗粒在坡面上的运移、沉积状况进行了研究。通过对野外全坡面径流小区的试验、观测数据的分析,讨论了侵蚀泥沙在坡面沉积的分布特征及其影响因素,探讨了沉积对利用示踪法研究土壤侵蚀空间分布的影响程度。研究结果表明稀土元素示踪方法在坡面、沟道侵蚀泥沙的沉积研究中可望有广泛的应用前景。     

三峡库区紫色土旱坡地不同坡度土壤磷素流失特征研究

以三峡库区紫色土旱坡地为研究对象,采用野外径流小区观测方法,研究了三峡库区旱坡地不同坡度下土壤磷素的流失特征。结果表明,地表径流量和侵蚀泥沙量都随着坡度的增大而增大,且径流量和泥沙量是先增大后减小,最后趋于稳定。地表径流和侵蚀泥沙中磷素的流失量均呈17°>9°>4°的趋势。地表径流中,颗粒态总磷流失量是水溶态总磷流失量的1.50～1.51倍。全磷主要吸附在泥沙中流失,磷素随泥沙的流失量占总流失量的85.0%～94.1%。研究结果为三峡库区旱坡地磷素的管理提供理论依据。