坡面细沟形态与侵蚀产沙间的量化响应研究进展

地形决定着地面物质与能量的形成和再分配,是影响水土流失的重要因子之一。在坡面土壤侵蚀产沙研究过程中,以往围绕坡度、坡长等宏观地形因子研究的较多,而忽略了对坡面细沟侵蚀形态等微观地形因子的定量研究。系统介绍了前人在坡面细沟形态与侵蚀产沙量化响应研究中所取得的有代表性的成果,阐述了坡面侵蚀形态对坡面侵蚀产沙的影响,指出了目前细沟侵蚀研究中存在的问题和今后研究的发展方向。     

东北黑土漫岗区土壤侵蚀垂直分带性研究

东北黑土漫岗区由于其独特的自然地理与人文环境特征表现出独特的侵蚀产沙特性。通过对典型黑土漫岗区土壤侵蚀宏观遥感调查、微地貌采样调查及对该区域的实地考察,总结出该区土壤侵蚀随宏观地貌及微地貌垂直分带变化的一般特点。从黑土漫岗区土壤面蚀与沟蚀发展的一般过程出发,提出了该区土壤面蚀、沟蚀发展的一般模式。研究结果将有助于对黑土侵蚀过程的认识,进而为该区侵蚀泥沙来源与沉积位置的确定、坡沟治理的方针以及水保措施配置等重大理论与治理决策问题提供理论基础。     

东北黑土漫岗区侵蚀产沙平衡分析

以位于东北黑土漫岗区的乌裕尔河流域及其周边部分地区为例,探讨该区土壤侵蚀产沙平衡问题。利用侵蚀产沙平衡的方式,分析了东北黑土漫岗区侵蚀泥沙的来源、侵蚀泥沙的沉积部位以及流域产沙之间的关系。通过历史资料、实地观测等方式,明确了坡面及沟道侵蚀为该区侵蚀泥沙的主要来源;坡间凹地、坡脚及坡下草甸为侵蚀泥沙的主要沉积位置,只有少部分泥沙通过流域出口输出。进而阐明了该区坡面侵蚀量大,河道输沙量小的主要原因,为该区水土保持规划、水土流失治理提供了参考依据。     

坡沟侵蚀产沙关系的模拟试验研究

黄土高原坡面从分水岭到坡脚,径流侵蚀产沙方式和产沙强度等特征表现出明显的垂直分带性。为了揭示造成这种垂直分带性特点的形成机理,本文设计了4m长坡面(坡度为20°)和3m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统试验土槽,采用四个不同流量(2.1Lmin-1、3.2Lmin-1、5.2Lmin-1、7.2Lmin-1)的放水冲刷试验,研究了坡面不同来水量、来水含沙量及来水动能对沟坡侵蚀产沙的影响,并建立了坡沟系统侵蚀产沙过程的数学模型。结果表明:坡面放水径流强度、坡面来水含沙量以及坡面来水单位水流功率均影响着沟坡部分侵蚀产沙量的大小。坡面放水径流强度与沟坡侵蚀产沙量之间呈幂函数关系;坡面来水含沙量和坡面来水单位水流功率与沟坡部分的侵蚀产沙量之间呈线性关系。根据单位水流功率的概念,计算得出试验条件下沟坡侵蚀产沙的临界单位水流功率值为0.632。最后,根据改进的Yalin公式及沟坡侵蚀产沙的影响因素,分别建立了坡面和沟坡侵蚀产沙的数学模型,经计算后与实测值进行对比发现结果基本令人满意。     

基于GIS的次降雨分布式土壤侵蚀模型构建——以晋西王家沟流域为例

利用野外试验小区观测与人工模拟降雨资料,在定量分析羊道沟小流域坡面—沟坡—沟道侵蚀产沙关系基础上,建立了羊道沟小流域侵蚀产沙模型。借助GIS技术,将王家沟小流域划分为40个沟间地、40个沟坡地及它们组成的40个子流域和一个输水输沙通道。通过对比分析每个子流域降雨、地貌、治理、植被覆盖、耕作措施和土壤6个主要侵蚀产沙影响因子与羊道沟小流域各因子的关系,得到王家沟各子流域相对于羊道沟小流域侵蚀产沙模型相应参数的修正系数,结合王家沟流域主沟道泥沙输移关系,建立了王家沟流域次降雨分布式侵蚀产沙模型。利用王家沟流域1963-1968年22次天然降雨资料,对模型进行检验,结果较为理想,预测精度达到55％。     

黄土丘陵区小流域分布式水文和侵蚀模型建立和模拟

基于黄土丘陵区复杂地理环境和土壤侵蚀物理过程,建立了水文过程和侵蚀过程数学模型,水文过程包括降雨入渗和产汇流计算模型;侵蚀过程包括溅蚀-片蚀带侵蚀子模型、梁坡中上部细沟侵蚀带侵蚀子模型、梁坡中下部细沟-浅沟侵蚀带侵蚀子模型、切沟侵蚀带侵蚀子模型、沟道侵蚀带侵蚀子模型;选择黄土丘陵区黑矾沟小流域10场侵蚀性降雨事件作为参数率定,其径流量和侵蚀量模拟精度分别达到了81.8%和70.8%;纸坊沟小流域2场侵蚀性降雨事件用来对模型进行检验,其径流量和侵蚀量模拟精度分别达到了75%和69.3%,与实测结果基本符合,较好地反映了小流域的地表径流过程和侵蚀产沙过程。     

黄土丘陵区山坡植物路防蚀效益试验研究

黄土丘陵区土质道路侵蚀严重,在很大程度上影响了当地人们的生产和交通.在野外调查研究与定位监测的基础上,对该区土质道路硬地面次降雨侵蚀产流、产沙防蚀效益及其影响因素进行了初步探讨,为该区土质道路的侵蚀防治提供了科学依据.     

东北黑土漫岗区侵蚀沟发展模式研究

东北黑土漫岗区侵蚀沟发育广泛,侵蚀沟的发展已经严重影响到了该区工农业生产的发展。根据东北黑土漫岗区侵蚀沟的发展阶段、形态特征、侵蚀沟底冲淤状况、侵蚀沟边坡扩展方式等,将该区侵蚀沟分为顺犁沟、浅沟、切沟、冲沟和槽沟5种类型。在此基础上,对侵蚀沟由顺犁沟发展至槽沟的发展过程、发展条件,以及面蚀与沟蚀的发展转化关系进行了阐述。最后,从宏观和微观两个方面阐述了侵蚀沟在东北黑土漫岗区的分布特征。     

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。     

黄土高原坡沟系统土壤侵蚀研究进展

坡沟系统是黄土高原重要的流域组成单元,是小流域侵蚀产沙的主要源地,又是控制水土流失、恢复与重建生态环境的基本治理单元,对其侵蚀现象与规律的探究,可为黄土高原地区土壤侵蚀治理措施的优化配置提供重要科学依据.对黄土高原坡沟系统的侵蚀方式、侵蚀形态的垂直分带性、坡沟系统侵蚀泥沙的来源、上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀的影响、草被覆盖及其空间分布对坡沟系统侵蚀影响、淤地坝在坡沟系统土壤侵蚀研究中的应用等进行综述,指出在今后的研究中需要进一步开展侵蚀垂直分带结果和上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀影响的定量分析,加强坡沟系统侵蚀泥沙来源、淤地坝对坡沟系统土壤侵蚀影响以及野外原状坡沟系统草被覆盖和空间分布对坡沟系统侵蚀影响的研究.     

植被毯措施对黑土农田浅沟侵蚀的防护效果研究

为了探究植被毯在植被恢复早期的浅沟侵蚀防护效果,并为黑土农田浅沟治理提供科学依据。以黑土耕作层土壤为研究对象,通过室内模拟汇流冲刷试验,定量分析了植被毯在不同汇流强度下对农田浅沟侵蚀产流产沙的影响。实验结果显示:在小于30 L/min汇流强度时,植被毯措施可减少16.23%的径流和80%以上的产沙。当汇流强度增大到40 L/min时,植被毯措施减沙效益由82.19%下降到26.63%,而减流效益由15.74%减少到1.63%,基本无减流效果。继续增加汇流强度达到50 L/min时,植被毯措施的减沙效果进一步下降,并最终失去防护作用。研究表明植被毯措施在一定汇流强度下能够有较好的减流减沙作用,且其减沙作用明显高于减流作用。因此,一定条件下,可以有效防治浅沟的进一步侵蚀,且对于改善草被前期生长及生态环境有一定帮助。     

干枯植被覆盖对公路沿线地表风沙流结构的影响

[目的] 以内蒙古S105草原公路沿线地表为研究对象,探讨挟沙风作用下干枯植被覆盖度对风沙流结构的影响,旨在为防治公路两侧土壤风蚀提供理论参考依据。[方法] 采用风洞模拟试验,在0%,20%,40%和50%覆盖度水平下测定输沙率。[结果] 在挟沙风作用下,输沙率随干枯植被覆盖度的增大而递减,最大输沙率点的高度层不断上升。覆盖度为0%时,输沙率随高度的增加呈指数函数规律降低;覆盖度为20%,40%和50%时,输沙率随高度的增加呈递减→递增→递减→趋于平缓的变化规律;在85 mm高度以下符合多项式函数关系,85 mm高度以上符合指数函数关系。随覆盖度的增大总输沙量递减,最大抗风蚀效率达65.73%。[结论] 干枯植被覆盖显著影响地表风沙流结构,可削弱挟沙风侵蚀力,是抑制公路沿线地表土壤风蚀沙化的有效措施。     

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。     

喀斯特地区不同降雨和植被覆盖的坡面产流产沙特征

[目的]分析不同降雨类型下的径流和产沙量特征,及其在不同植被覆盖类型和植被覆盖度下的响应,为喀斯特地区黄壤坡面在不同降雨和植被覆盖条件下的产流和产沙量动态特征研究提供理论基础。[方法]以贵州省黔南州龙里县羊鸡冲小流域2014—2018年径流小区实测数据为基础,基于均值分类的方法,将研究区降雨类型划分为4类,对各指标进行相关性分析、回归模型模拟以及指数函数分析。[结果]不同降雨对研究区产流产沙的影响程度不同,不同植被覆盖类型下降雨特征对产流产沙的影响存在明显的差异。总体上A型降雨(极强雨强,极大降雨量、中等降雨历时的低频次降雨事件)更容易造成侵蚀性危害,该条件下坡面产流和产沙量之间显著相关,并且经果林表现出极好的水土保持效果;B型降雨(强雨强,中等降雨量、短降雨历时的高频次降雨事件)为该地区主要降雨类型;在4种降雨条件下,混交林的水土保持效果优于其他植被覆盖类型。产沙量与雨强、径流深正相关,和植被覆盖度负相关,对产沙量的影响为:径流深平均雨强植被覆盖度。当植被覆盖度到达80%左右,其削减径流以及减沙的效果处于稳定的状态。[结论]在降雨一定的前提下,植被是影响坡面产沙量的关键因子。对于喀斯特地区黄壤坡面而言,增加地表覆盖度是减少产沙量的基础,也是防治水土流失的一项重要举措。     

植被破坏与恢复对坡面浅沟侵蚀影响的研究

运用野外实测资料,分析研究了子午岭林区植被破坏与恢复对坡面浅沟侵蚀的影响。所得结论为:一旦植被恢复,坡面浅沟沟槽部位发生泥沙淤积,其淤积速度为0.5cm/a;浅沟沟槽部位淤积,坡面横向起伏减少,坡面向平直方向发展。人为破坏植被后的开垦地,坡面浅沟侵蚀急剧发展,浅沟侵蚀量为4400～7600t/（km²·a）,占坡面侵蚀量的47%以上;当年新冲刷的浅沟沟槽宽为20～80cm,深度为10～30cm;开垦3年裸露地与林地相比,浅沟沟槽深度增加40～60cm;浅沟沟头前进速度为3～5m/a,浅沟深、宽、长的逐年发展,坡面横向起伏加大,片蚀和细沟侵蚀随之加大,又促使了浅沟侵蚀的加剧。     

元谋干热河谷冲沟发育区植被恢复对土壤碳氮的影响

冲沟侵蚀是一种剧烈的土壤侵蚀过程,导致冲沟发育区地表形态处于显著变化的非稳定状态。通过封禁使植被自然恢复是元谋干热河谷冲沟治理的主要模式之一,但在沟道植被持续恢复与冲沟显著发育的综合作用下,沟道土壤碳氮含量的变化趋势仍有待明晰。选择元谋干热河谷1条典型冲沟,在沟内随机布设81个1 m×1 m的样方,分别在2012年和2017年的旱季初期,监测81个样方的植被指数、侵蚀/沉积过程引起的地表高程变化,以及冲沟土壤理化性质。结果表明:(1)2017年沟道内植被状况明显好于2012年,且沟床表面径流冲刷范围内的植被变化最为明显,其盖度、株数、株高分别增加313.61%,94.29%,33.33%。(2)5年间冲沟发育区以沉积为主,侵蚀样方和沉积样方的比例分别为22.22%和77.78%。随着植被盖度的增加,土壤砂粒含量呈下降趋势,粉粒含量呈增加趋势。(3)封禁期间虽然植被恢复显著,但土壤碳氮并没有明显改善。土壤碳氮不仅与植被盖度和粉粒百分比呈显著正相关,还与样方点高程变化呈显著负相关。冲沟内地形起伏的剧烈程度显著高于坡面侵蚀,并对冲沟表层土壤碳氮产生显著影响。研究有助于查明植被恢复及冲沟发育对土壤碳氮的综合影响,并为干热河谷冲沟退化生态系统的修复提供理论支持。     

黄土高原沟沿线的廊道防蚀效应探析

在分析黄土高原地区的沟沿线、沟沿线上下沟间地和沟谷地土壤侵蚀特征、小流域泥沙来源、坡沟侵蚀产沙关系的基础上，结合廊道的生态功能和以往的研究结果，认为在沟沿线的上部建立草灌与整地工程措施相结合的植物廊道，来拦蓄阻截沟间地的来水来沙，可使流域的土壤侵蚀量减少54．5％～77、0％。     

延河流域极端暴雨下侵蚀产沙特征野外观测分析

针对黄土高原目前侵蚀环境明显改善条件下能否经受得住极端暴雨事件的考验及可能出现的问题,该文依据在延河6个典型小流域的植被调查及土壤侵蚀监测结果,分析了2013年极端暴雨条件下延河流域不同尺度的侵蚀产沙特征。结果表明,天然乔木(辽东栎和三角槭)植被的平均侵蚀强度1 000 t/km~2,自然灌木植被在1 118.1~1 161.2 t/km~2之间,演替中后期的草本植被在1 245.2~1 827.8 t/km~2之间,而演替中前期的草本植被在3 087.6~4 408.4 t/km~2之间;人工灌木林(2 119.7~2 183.9 t/km~2)比人工乔木林(2 625.7~5 149.6 t/km~2)具有较强的减蚀能力。坡面良好的植被覆盖能有效抵御暴雨侵蚀,小流域坡面平均侵蚀强度基本2 500 t/km~2;但滑坡侵蚀占主导地位,占各小流域侵蚀总量的49.0%~88.5%,特别是距暴雨中心较近流域的南部2个小流域的滑坡侵蚀可达7 290.3和7 424.9 t/km~2左右。不同小流域内有6.4%~18.3%的侵蚀量淤积在沟道里;延河甘谷驿以上不同河段的淤积量为13.2~145.2万t,平均占总侵蚀产沙量的15%。延河甘谷驿控制区的侵蚀产沙强度变化在2 326.7~7 774.4 t/km~2之间,其中强度为5 000~8 000 t/km~2的面积占59.3%。因此,加强沟间地径流蓄排措施,减轻坡面径流下沟对沟坡重力侵蚀的影响,是土壤侵蚀研究与防治中值得重视的问题。     

砒砂岩区典型淤地坝沉积泥沙特征及来源分析

黄土高原地区的淤地坝是拦减入黄泥沙的关键措施,尤以对泥沙具有绝对控制的"闷葫芦"淤地坝为甚。为研究淤地坝对侵蚀泥沙的拦蓄作用,以砒砂岩区皇甫川流域园子沟淤地坝为研究对象,采集坝地淤积剖面及沟间地、沟谷地表层样品,对沉积旋回进行断代分析,计算泥沙贡献率,反演其淤积过程。结果表明:坝地沉积泥沙粒径分布以2~0.05 mm砂粒为主,其次为粉粒、黏粒,砂粒中以极细砂和细砂占比最多。园子沟坝控流域内侵蚀性降雨事件对应的最小日降雨量为22.8 mm;淤地坝运行可划分为2个阶段,前期主要依靠坝体拦蓄泥沙,后期随着拦蓄泥沙的增多,减蚀作用凸显。坝地沉积泥沙主要来源为沟谷地,贡献率达71.4%,沟间地为28.6%,其中沟间地侵蚀产沙并非受植被唯一影响,在降雨量>45.4 mm时,地形因素会限制侵蚀的加剧。     

晋西黄土区不同植被覆盖小流域的产流输沙特性

为了进行不同植被覆盖小流域的产流输沙研究,以山西省吉县蔡家川流域内部嵌套的3个典型小流域为研究对象,采用对比分析的方法,探索降雨特性和植被覆盖条件对流域产流输沙的影响。结果表明:小流域产生的径流量和输沙量均随着降雨量的增大而增大,但并不成一定比例;小流域的径流量和输沙量也随降雨强度的增大而增大,泥沙量的增长幅度大于径流量;在黄土区,短历时的暴雨易产生严重水土流失,应该作为水土流失预防的重点;在不同植被覆盖条件下,以封禁植被为主的小流域产生的径流量和输沙量最小,人工植被为主的小流域次之,水平梯田为主的小流域最大;在封禁条件下自然恢复植被为主的小流域对黄土区典型暴雨的水土流失预防效果最佳。因此,如何在水土流失严重的黄土高原地区仿拟自然进行植被恢复,是有效控制水土流失的关键。