坡地单元降雨产流分析及平均入渗速率计算

分析了坡地农田和草地生态单元降雨产流过程,提出了一种利用降雨产流资料计算坡地单元平均入渗速度的方法,此方法克服了双环法测定坡地土壤入渗速率的固有缺陷,为研究坡地水量转化提供了便利手段,计算结果表明,农田,草地生态单元土壤平均入渗速率随坡度的增加呈指曲线下降。     

红壤坡地降雨入渗、产流及土壤水分分配规律研究

选取农作区和荒草区两个不同利用模式下的红壤坡地，研究了降雨的入渗、产流及对土壤水分分布的影响。结果表明：（1）农作区和荒草区的径流系数都随着年限的延长而降低并达到稳定。降雨量成为影响径流量的唯一主导因素；农作区的径流系数显著高于荒草区（r〈0．05）。（2）农作区的入渗比率（入渗量／降雨量）低于荒草区；在持续降雨的情况下。农作区60cm以上土壤蓄水增量降低，但渗漏量保持不变．因此使入渗比率降低，而荒草区则在60cm以上土壤蓄水增量降低时，通过提高土壤的渗漏量保持较高的入渗比率。（3）降雨对土壤水分分布的影响受土壤初始含水量和垫面的影响。土壤初始含水量越低，降雨使土壤水分含量增量越大。在同等降雨置下，农作区只有40cm以上的土壤水分含量增加，而荒草区则为90cm以上。     

黄土区坡地降雨入渗产流中的滞后机制及其模型研究

滞后作用的存在,不但影响降雨过程中的入渗特性,而且影响产流量。该文通过对入渗产流中的滞后机制分析,建立了考虑滞后作用的坡地降雨入渗产流模型。利用黄土高原沟壑区典型小流域坡地天然降雨入渗－产流的实测资料对模型进行了检验,结果表明：在降雨入渗－产流过程中,滞后作用加快入渗速率,减少径流量;滞后模型使土壤含水量、产流过程接近实测值。因此,在降雨入渗产流过程中考虑滞后作用的影响是必要的。     

产流积水法测量降雨侵蚀影响下坡地土壤入渗性能

坡地土壤降雨入渗性能与下垫面对降雨的再分配过程密切相关。该文提出了测量坡地降雨条件下土壤入渗能力的产流积水法。由水量平衡原理,根据径流在坡面上推进的过程和积水情况下积水深度随时间变化的过程,推导得到了计算土壤入渗性能的数学模型。采用两种工况：1)雨强为60 mm/h、坡度5°、径流面与入渗面长度比为1∶2;2)雨强30 mm/h、坡度20°、径流面与入渗面长度比为1∶1。进行室内试验,计算得到了两种工况的入渗性能曲线。分析了这种新型测量方法和计算模型的合理性。将时段降雨量和累计入渗量进行对比,估计了两种工况的测量误差。该方法可以克服传统的降雨器和双环入渗仪方法的不足,用于测量坡地降雨、径流、土壤侵蚀等因素影响下的整个降雨入渗性能过程曲线。为相关研究提供有力的工具。     

产流积水法测量坡地降雨入渗动态过程及其精度估计

坡地土壤的降雨入渗性能对于水文过程、土壤侵蚀、水资源相关方面的研究和实践非常重要。产流积水法采用由实验得到的数据,分析了不同坡位土壤入渗率及累积入渗量随降雨时间的变化过程。结果表明不同坡位入渗过程曲线反映了坡面径流到达前后,实际入渗率从降雨强度控制阶段跃升到入渗性能控制阶段,并最终趋于稳定入渗率的全过程。入渗区不同坡位的累积入渗量从坡顶至坡底逐渐减少,而且径流在坡面上推进速度越快不同坡位上的累积入渗量差值越小。通过理论分析,确定了观测径流推进距离误差所引起的测量结果的误差。用水量平衡原理对产流积水法实验结果进行精度估计,并提出了由实测入渗率求入渗水量的解析方法,并将此与实际降雨量进行比较,间接地估计了测量结果的精度。结果表明,产流积水法测量坡地降雨/径流入渗性能具有很高的精度。     

坡地土壤降雨入渗试验装置研究

分析了目前土壤入渗试验装置的优缺点,研制了一套适用于野外坡地土壤入渗产流的试验装置,该装置模拟雨强谱宽广,精度较高,重复性好,误差不大于５．５％,试验结果表明：该装置是研究野外坡地土壤入渗产流产沙较好的工具。     

侵蚀性风化花岗岩坡地降雨产流及水文过程研究

为研究坡地的降雨产流分配及水文动态过程,以侵蚀性风化花岗岩坡地为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(30,60,90,120,150mm/h)和不同坡度(5°,8°,15°,25°)条件下坡面径流和壤中流的分配特征与水文过程。结果表明:坡面径流的初始产流时刻均随降雨强度和坡度的增大而提前,壤中流的初始产流时刻明显滞后于坡面径流。壤中流径流量在不同坡度下随降雨时间的延长呈先递增后趋于平稳的现象,雨强越大达到峰值的时间越早,在降雨停止一段时间后径流量开始下降。多数情况下,壤中流所占总径流量的比重均大于坡面径流,坡面径流量比重随雨强的增大而增大,随坡度的变化幅度较小。坡面径流的径流系数与雨强的相关性较强,而壤中流径流系数与坡度之间的拟合效果较好。不同坡度下坡面径流、壤中流和混合流(坡面径流与壤中流同时发生)的径流模数与雨强呈正相关关系,不同类型径流的径流模数大小依次为混合流壤中流坡面径流。     

粤北石漠化地区坡地入渗产流规律试验研究

在粤北山区石漠化地区的裸地、草坡地和耕地等3种类型土地的坡面上,采用0.3,0.48,0.72,1.08mm/min4种降雨强度进行了36场人工降雨模拟试验。结果表明：在岩溶发育的石漠化地区,受基岩的非均质性因素影响,出流过程均呈现出具有一定波动性质的较为曲折的峰谷相间的特点;初期波动性较大,后渐趋稳定;达到稳定的坡面径流量与雨强之间具有十分明显的线性正相关关系。3种土地利用类型的坡面径流量的增幅随雨强增大而显著增加;增幅最为明显的是裸地。其入渗率虽也随雨强的增加而增加,却在增幅上明显小于前者,其中,裸地的增幅最小,基本上能保持稳定。在土壤前期含水量影响较小的情况下,产流时间均随着雨强的增大而迅速缩短,表现为十分明显的幂函数关系,3种土地利用类型均需达到一定降雨量后才能产流。     

缓坡耕地降雨、入渗对产流的影响分析

以彬县、永寿、西峰、黄龙和淳化径流场近30年的598组小区观测资料为样本,对缓坡耕地降雨、入渗与产流的关系进行了统计分析。得出:降雨量、降雨历时与径流模数呈幂函数关系,平均降雨强度与其呈对数函数关系;P60、I60与产流关系密切,降雨组合参数则为PI15;下渗是导致径流量随坡度增大而增加,随坡长加长呈波浪式变化的内在原因之一,并给出了产流预报模型。     

降雨入渗和产流问题研究的若干进展及评述

２０世纪以来,入渗与产流研究取得了长足进展,该文从入渗影响因素,人渗计算与分析,坡地产流,流域产流４个方面,着重介绍了国内外研究的若干成果和进展,并估了简要的评述。     

黄土高原主要秋作物坡地降雨入渗特征参数研究

为揭示作物覆盖条件下坡耕地降雨入渗特征,以黄土高原3种典型秋作物(玉米、大豆和谷子)为对象,在3°~15°的坡地径流小区上,采用人工模拟降雨和水量平衡的方法,分析了作物全生育期降雨入渗过程中初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率和累积入渗量的数量特征及影响因素。结果表明:(1)作物坡地的降雨入渗过程随降雨历时的延长,入渗量呈由高到低的变化,波动性明显;(2)作物坡地的初始入渗率、平均入渗率和累积入渗量均高于裸坡地,而稳定入渗率除玉米坡地较大外,其余差异不大,4个参数值基本上与降雨强度和叶面积指数的增大成正比,与坡度成反比;(3)基于降雨强度、坡度及叶面积指数,通过多元回归分析建立了土壤初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率和累积入渗量多元回归模型,为入渗过程模拟提供了基础。     

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     

红壤坡地侵蚀性降雨及降雨动能分析

侵蚀性降雨标准的确定、降雨动能的科学测算以及侵蚀性降雨和降雨动能特征的分析,是开展降雨侵蚀力研究和土壤侵蚀预测预报的基础,而目前针对红壤坡地的系统研究还较为鲜见.通过气象观测站与标准径流小区连续5 a的实测资料,采用80%经验频率法确定了江西红壤坡地侵蚀性降雨标准,其中雨量标准为9.97 mm,雨强标准为0.756 mm/h;在此基础上计算了侵蚀性降雨和侵蚀性降雨动能,并分析了侵蚀性降雨及其动能的时间变异规律.结果表明:侵蚀性降雨场次不多,仅占总降雨场次的25.85%,但雨量大强度高;侵蚀性降雨及其动能时间分配不均,主要集中在4-9月,分别占全年的74.51%和75.37%.最后建立了降雨动能简易估算方法,这对探讨江西红壤坡地降雨侵蚀力和土壤侵蚀预报模型具有积极的意义.     

黄土区不同下垫面农田降雨入渗及产流关系的数值模拟

在野外试验的基础上，建立了二维农田降雨入渗及产流关系的数学模型，并用中国科学院长武县王东沟农业生态站不同下垫面径流小区实测土壤含水率及产流资料对该模型进行验证。结果显示：该模型对降雨过程中土壤入渗、产流以及雨后蒸发条件下土壤水分的模拟都有很高的精度，可以用于黄土区降雨入渗及产流关系的模拟。     

丘陵赤红壤降雨入渗产流模型及其变化特征

在分析南亚热带丘陵赤红壤降雨入渗和产流过程基础上 ,依据田间实测资料 ,建立了丘陵赤红壤降雨入渗产流数学模型 ,分析了南亚热带丘陵赤红壤地表径流的动态变化特征及其影响因素。结果表明 ,丘陵赤红壤区 ,4～ 9月每次降雨产生的径流量变化范围为 0 .2～ 5 1.0 4m m,径流率变化范围为 0 .5 6 %～ 47.5 8% ,10月至次年 3月一般不产生地表径流 ;地表径流量与降雨量拟合关系式为 R0 =0 .0 2 5 9.Pn1 .40 34 ,径流率与土壤表层初始含水量拟合关系式为 R′0 =9.8788W7.770 2 ,而降雨强度对径流量的影响要比降雨量、土壤表层初始含水量小得多。     

麦田降雨入渗特征及其计算模型

为探讨多种因素对麦田降雨入渗特征的影响及其相应的定量关系,通过人工模拟降雨试验,研究麦田降雨强度(RI)、冠层覆盖度(LAI)及0-40cm土层土壤初始含水量(θ40)对降雨入渗规律的影响。结果表明:其他影响因素一定条件下,入渗率和累积入渗量与降雨历时分别具有显著的幂函数和对数函数关系(P0.01);平均入渗率、稳定入渗率和入渗量随RI增大而增大,入渗率趋于稳定值的时间随RI增大而提前,降雨蓄积系数则随RI增大而减小;平均入渗率、稳定入渗率、入渗量和降雨蓄积系数随LAI增大而增大,入渗率趋于稳定值的时间则随LAI的增大而滞后,当降雨强度增大时,LAI对麦田入渗过程的影响减弱。在RI和LAI不变时,入渗率趋于稳定值的时间随θ40增大而提前,平均入渗率、入渗量和降雨蓄积系数随θ40增大而减小,但稳定入渗率基本相同。通过对模拟降雨实测数据统计分析,入渗率、累积入渗量可最终表示为t、RI、LAI和θ40的四因素函数关系,并建立降雨蓄积系数回归计算模型(P0.01)。     

施加PAM的坡地降雨入渗过程及其模型研究

作为一种新型高效的土壤结构改良剂 PAM,在一定条件下能显著地提高土壤入渗能力 ,减小坡面径流。采用室内人工模拟降雨试验 ,研究了不同 PAM覆盖度下降雨产流随时间的动态变化及其与雨强、坡度的关系 ,以及入渗率随时间的变化规律 ,分析了 PAM、坡度、雨强对入渗率的影响。结果表明 ,地表施加 PAM后土壤的入渗率及稳定入渗率都比未施 PAM显著提高。通过对比施加 PAM后 Kostiakov入渗模型与 Horton入渗模型的显著性 ,表明 Horton入渗公式的适用性更好     

太行山低山丘陵区不同地表类型降雨入渗产流规律研究

通过人工降雨来研究太行山低山丘陵区典型地表类型下的降雨入渗产流规律.结果表明:(1)不同地表类型,地表产流特征不同.主要表现在:降低坡度主要推迟产流开始时间,而植被能够推迟整个径流过程;增加植被覆盖度和降低坡度能够明显降低产流量,延缓产流时间、降低径流速率;不同地表类型的地表径流速度与径流稳定前降雨历时具有明显的对数函数关系.在以0.64 mm/min左右的降水强度持续80 min后,斜坡径流小区不同地表类型径流系数大小顺序为:斜坡裸地>没有枯枝落叶的斜坡灌木>斜坡草地>有枯枝落叶的斜坡灌木.与裸地相比,后面3种地表类型的地表径流量分别减少了33.7%(8.3 mm),49.2%(12.1 mm)和75.2%(18.5 mm).(2)不同植被、枯枝落叶在降低地表产流量的同时也增加了深层土壤中的人渗量.斜坡裸地下渗到20 cm以下的水量仅为降雨的6.0%,明显小于有植被条件下的23.3%～32.5%.灌木下的枯枝落叶能够增加土壤入渗量20%左右,土层20 cm以下入渗量增加8%.     

太行山低山丘陵区坡地人工刺槐林降雨入渗及造林技术研究

对太行山低山丘陵区坡地人工刺槐林降雨入渗及造林技术研究结果表明,降雨后短时间内(10~30cm)上层剖面水势很快由初始值增至最大值,当降雨停止后水势逐渐降低。随入渗进行而下渗锋面向下扩展,水势分布曲线由较陡直逐渐变为相对平缓。降雨初期有林地入渗速率慢于无林地,随降雨进行有林地入渗锋前移速率明显快于无林地,有林地植被及枯落物的存在阻缓了地表径流和壤中侧向流,增加了垂直一维入渗。