三种生态护坡形式的水土保持效果研究

选取北京市昌平区朱辛庄水土保持示范基地内的4个径流小区为研究对象,其中3个分别进行了生态植被毯护坡、椰纤植生毯+客土护坡、六棱花饰砖护坡,1个为空白对照。在2015年对4个径流小区的产流和产沙数据进行了监测分析,结果显示:3种生态护坡形式均具有一定的水土保持效果,都能够有效地减少坡面的水土流失;3种生态护坡中椰纤植生毯+客土护坡的保水效果最好,六棱花饰砖护坡的保土效果最好。综合3种生态护坡的产流、产沙数据分析认为,椰纤植生毯+客土护坡的综合水土保持效果要优于其他2种生态护坡形式,可以在研究区附近推广使用。     

坡沟系统水动力因子的坡长效应研究

基于可调控的放水冲刷试验,建立黄土高原典型沟壑区坡沟系统试验模型,研究不同放水流量和坡长条件下坡沟系统各过水断面水动力参数的变化特征,为研究坡沟系统水蚀过程作用机理提供科学依据。通过室内放水冲刷试验,采用5个放水流量(6,8,10,12,14L/min)和3个坡长(4,6,8m)研究坡沟系统侵蚀动力因子的坡长效应。结果表明:坡沟系统中沿程各过水断面的雷诺数随放水流量的增大而增大,且不同放水流量和坡长条件下坡面雷诺数明显大于沟道。弗劳德数在坡沟系统中沿程变化过程中逐渐增大,且沟道增长速率明显大于坡面;不同坡长条件下放水流量为10L/min时,弗劳德数远大于其他放水流量。相同放水流量条件下,沟道的径流流速明显大于坡面,坡沟系统的坡面径流流速相对沟道明显稳定且变化范围较小。不同坡长条件下放水流量为10L/min时沿程阻力系数值从2号断面急剧减小到0.03~0.05范围之内,且远小于其他放水流量下同断面的阻力系数值;相同放水流量条件下(除10L/min外),坡长越小,坡面和沟道的波动性相对越小,且坡面处的波动值大于沟道。径流侵蚀功率与雷诺数、弗劳德数、流速显著相关,与雷诺数呈对数函数关系,而与弗劳德数、流速和沿程Darcy-Weisbach阻力系数值呈幂函数关系。研究结果表明,坡长能够影响坡沟系统中坡面和沟道的侵蚀动力因子,并对坡面和沟道沿程侵蚀能量削减和增加效应研究提供重要的科学依据。     

伊犁河流域裸露缓坡地放水试验研究

 通过野外径流小区实地放水冲刷试验,研究伊犁河流域裸露缓坡地在不同放水条件下土壤水分变化、径流泥沙特征,并运用水力学理论分析坡面径流水力学参数特征。结果表明:1)土壤入渗率随着放水流量的增加呈现递增的趋势,随着放水量的增加,土壤表层含水量增大,入渗率随之减少,坡下部土壤水分变化量高于坡上;2)随着放水流量的增加,输沙率呈现递增的趋势,含沙量呈先增后减的趋势,含沙量与放水流量存在较好的幂函数关系,随着冲刷时间的延长,含沙量、输沙率均呈现递减的趋势;3)随着放水流量的增加,径流平均流速、雷诺数、Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,弗劳德数逐渐减小,流速与流量、弗劳德数与雷诺数均呈良好的幂函数关系,水流为层流、急流状态。     

永定河生态护岸模式的适宜性观测研究

生态护岸是河道治理的新方法、新趋势,已成为城市河流修复的关键环节。为解决北京市段永定河生态系统退化的问题,以"莲石湖—门城湖"河段护岸和上辛庄生态护坡为示范,采取数据定量和调查定性的分析方法,研究了永定河不同河段适宜应用的生态护岸模式。结果表明:(1)生态护坡与生态护岸的关联度主要是河岸坡的坡度特点、防护措施和抗土壤侵蚀度。生长迅速、成活率高、绿期长的乡土树种和多年生草本植物最适合护岸;(2)生态护岸指标有河流弯曲度、河岸高程、河岸坡度、抗水流冲刷度、岸坡抗土壤侵蚀度等,护岸模式要兼顾河流的防洪、生态、景观、亲水功能;(3)工程+植物复合护岸比单纯的工程或植物护岸效果好。8种互补的护岸和6种护坡模式适宜推广,H8松木桩拦挡扦插柳复合护岸和K4土工格栅+客土种植灌草护坡的最好,适合优先推广。该结果为永定河不同河段的岸坡治理提供参考价值,为永定河绿色生态廊道的建设提供理论依据。     

矿区排土场边坡不同植被配置模式的控蚀效益研究

为研究不同植被配置模式对露天煤矿排土场边坡径流产沙的影响。以内蒙古永利煤矿恢复4 a的排土场边坡为研究对象,采用原位放水冲刷试验方法。以裸坡(BS)为对照,研究了递增型放水流量(5-10-15-20 L·min~(–1))条件下内蒙古永利煤矿排土场边坡不同植被配置模式(上坡冰草(面积占比30%)+下坡沙蒿(70%),C3H7;上坡冰草(70%)+下坡沙蒿(30%),C7H3;冰草,QC;冰草和沙棘混合配置,CG)的减水减沙效益。结果表明:(1)流量递增初期(0～9 min),径流率与侵蚀速率急剧增大,后波动减小。随着放水流量的递增,坡面径流率随产流历时的延长呈阶梯式增长,相对于首次放水流量(5 L·min~(–1))冲刷时,流量增大至10、15、20 L·min~(–1)防护坡面与未防护径流率差异缩小。侵蚀速率随放水流量的变化较径流率的变化趋势减小,且后期较大流量下,坡面侵蚀速率有下降趋势;(2)C3H7、C7H3、QC、CG配置模式坡面的减水和减沙效益分别为31.99%、18.72%、15.29%、34.36%和81.28%、87.29%、84.80%、58.73%。"冰草-沙棘(CG)"配置坡面和"冰草-沙蒿(C7H3)"配置坡面分别具有最优的减水效益和减沙效益;(3)坡面不同根系植被混合搭配时的减水减沙效益高于单一根系植被防护坡面,直根系与须根系植被合理配置具有更好的防护效果;(4)各坡面侵蚀速率和径流率呈极显著的幂函数(BS、C3H7、QC、CG)和线性(C7H3)关系。(5)坡面各植被配置模式在该区能较好地抵御持续暴雨径流的冲刷袭击。研究结果可为矿区合理进行生态恢复提供依据。     

上方来水对浅沟侵蚀产沙的野外放水冲刷试验研究

浅沟通常发生在黄土高原地区陡坡农耕地上,是黄土高原丘陵沟壑区一种独特的微地貌现象,影响着坡面降雨产汇流过程和侵蚀产沙数量。以黄土丘陵沟壑区坡面浅沟为研究对象,通过野外典型浅沟径流小区放水冲刷试验,研究上方来水对浅沟侵蚀产沙及输沙规律的影响。结果表明:浅沟径流率随着上方来水流量的增大而不断增大;产沙率随着上方来水流量的增大而增大。含沙量大小顺序为上方来水流量15L/min,下方水流量10L/min时含沙量>上方来水流量10L/min,下方水流量10L/min时含沙量>无上方来水,下方水流量10L/min时含沙量>上方来水流量5L/min,下方水流量5L/min时含沙量>无上方来水,下方水流量5L/min时含沙量。有上方来水比无上方来水含沙量增大1.39～2.46倍。     

不同降雨强度条件下植被毯护坡技术的产流特性

为了研究不同气候条件下植被毯技术的适用性,分析不同降雨强度条件对径流、入渗系数、入渗深度的影响,设置3种降雨强度(0.56、1.01、2.02 mm/min),通过侵蚀槽填土并布设各类植被毯,模拟施工边坡,并设置无覆盖对照组,使用侧喷式人工降雨大厅对侵蚀槽进行人工模拟降雨试验.结果表明:1)植被毯能够增加径流入渗,在降雨强度为1.01 mm/min时,麦秸秆植被毯和椰丝纤维植被毯最多分别能够增加27.7％和28％的入渗量;2)不同材料植被毯径流过程有明显的差异,在降雨强度为0.50、1.01mm/min时,入渗系数为麦秸秆＞椰丝纤维,降雨强度为2.02 mm/min时,入渗系数为椰丝纤维植＞麦秸秆;3)同种材料不同质量的植被毯径流总量有较大差异,同种材料中,200 ～ 300 g/m2的植被毯在3种降雨强度条件下均能够取得较其他质量植被毯更好的保水效果.     

永定河流域(北京段)不同生态护岸形式坡面侵蚀及面源污染特征

永定河是北京市的防洪安全屏障和供水河道,河道生态系统修复问题亟待解决.选择河北省廊坊市永定河沙质河道,建立13个野外标准径流小区,设置2个岸坡坡比,选取5种材料复合得9种护岸配置形式,研究3个放水流量下不同护岸形式的减流减沙效果以及对于总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(...     

植物篱措施下工程堆积体坡面减流减沙效益研究

为探讨植物篱措施下工程堆积体坡面不同坡段的减流减沙效益,选取了35,45,55L/min放水流量,模拟0.3,0.4,0.5mm/min的雨强条件,对24°坡度的堆积体边坡进行模拟径流冲刷试验。结果表明:植物篱可以很好地阻延坡面径流,且产流时间随着放水流量的增加呈线性递减趋势;对照坡面的平均产流量沿着水流方向呈先增后减的趋势,而植物篱坡面呈相反趋势;根据产流产沙量在不同坡段上的对比情况可知,植物篱措施的合理配置应着重加强中间坡段的防治;55L/min流量下的累计减沙量显著大于另外两个流量的累计减沙量,累计减沙量与时间呈三次函数关系;时段产沙量随着时段产流量的增大而增大,二者呈幂函数关系;累计产沙量与累计径流量呈二次函数关系,累计产沙量存在最大值,且二者的函数关系存在定义域。该研究可为工程堆积体坡面防治措施的优化配置提供一定的理论支持。     

放水冲刷对红壤坡面侵蚀过程及溶质迁移特征的影响研究

坡面薄层水流侵蚀不仅造成土壤养分流失,土壤质量恶化,同时对水体污染等环境问题造成一定影响。为了分析上方来水流量对红壤坡面径流侵蚀过程中泥沙的迁移规律及土壤溶质运移特征的影响,本试验利用室内放水冲刷试验,采用3个不同上方来水流量（10 L min-1、15 L min-1、20 L min-1）对第四纪黏土发育红壤坡面径流侵蚀过程中坡面径流泥沙和径流中非吸附性离子（Br-）迁移过程进行了研究。结果表明：不同上方来水条件下,放水初期产流量迅速增大,后期趋于稳定,累积径流量与产流时间成显著的线性关系,10 L min-1、15 L min-1、20 L min-1三种上方来水流量下累积径流量分别为263.2 L、295.1 L、291.04 L;上方来水流量越大,薄层径流冲刷作用越强烈,径流含沙量随时间变化波动越剧烈,累积泥沙量随产流时间呈幂函数变化,15 L min-1、20 L min-1流量下累积泥沙量分别为10 L min-1流量下累积泥沙量的1.42倍、4.25倍;径流Br-浓度随产流时间呈幂函数衰减,反映了土壤溶质随径流迁移量变化主要受水流与土壤接触时间和作用程度的影响。研究表明放水冲刷对土壤侵蚀及溶质运移有重要作用,试验结果对有效预测与控制红壤坡面侵蚀及养分流失具有重要实际意义。     

安家沟流域不同植物措施坡耕地的产流产沙特征

根据安家沟流域2007—2010年5—9月份径流小区观测资料,经过分析计算得到各小区的单位面积径流和累积产沙量,并对各植物措施小区的产流、产沙特征进行了研究。结果表明,5种植物措施小区的产流强度由强到弱的顺序为:油松小麦红豆草封禁沙棘;产沙强度表现为:小麦红豆草油松封禁沙棘;各种措施径流小区径流量、泥沙量与坡度呈正相关关系,且均达到显著相关水平;产沙量与径流量具有一定的相关性。     

模拟降雨条件下角砾和圆砾对陡峭路堑边坡产流产沙的影响

[目的]研究角砾和圆砾对陡峭工程边坡入渗、产流、产沙以及水动力学特征,为青藏高原地区工程边坡土壤侵蚀预测模型与水土保持工作提供一定的理论支撑。[方法]基于青藏高原地区派墨农村公路沿线气候特征及其土质路堑边坡形态和物质组成特征,通过室内人工降雨模拟试验,研究了在强降雨(120 mm/h),大坡度(50°),3种砾石含量(30%,40%,50%)条件下圆砾和角砾坡面宏观侵蚀特征和产流产沙规律。[结果]圆砾坡面平均入渗率高于角砾坡面,平均产流率低于角砾坡面,初始产流时间明显晚于角砾坡面;圆砾和角砾坡面水流流态均属于层流,流型均为急流,圆砾坡面的径流剪切力、径流功率、雷诺数略小于角砾坡面,但弗劳德数远大于角砾坡面,流速大于角砾坡面,阻力系数小于角砾坡面,径流挟沙能力更强;圆砾坡面稳定产沙率约为角砾坡面的2倍,总产沙量比角砾坡面高出约20%。[结论]卵砾石表面光滑,与土壤间贴合不够紧密,形状更容易引起局部湍流,在强降雨条件下,陡峻冲洪积路堑边坡坡面易发育以卵砾石为中心,遍布坡面的环形小细沟,细沟发育数量和产沙量都将大于以棱角状碎块石组成的崩坡积路堑边坡。     

城市河道岸坡近自然治理技术及其生态效应评价

根据国内外先进的河道护岸技术,并结合重庆市桃花溪的立地条件在该河道岸坡开展示范区,以河岸生物多样性和岸坡稳定性为目的的河道护岸技术研究。在示范区各观测带采用了抛石结合植物扦插、自然原型护岸、土工织物扁袋结合扦插、天然材料织物垫4类护坡技术,并植入土壤生物工程的理念,对4种模式下的岸坡进行连续两年的生态监测,研究护坡工程的水土保持功能。经过整治,岸坡的植物种类明显增加,生物多样性更加丰富,植物群落由单一结构向复杂结构转变,坡面的抗剪强度也大幅提高,岸坡稳定性增强。     

植物纤维毯道路边坡防护技术综合效益评价

为系统评价植物纤维毯水土保持作用对不同雨强的响应以及改良土壤的作用,开展了人工模拟降雨试验和野外小区监测,在模拟降雨试验中,设计4个雨强,测试3种植物纤维毯,降雨历时均为60min。在降雨过程中以5min为间隔收集径流泥沙,并测定径流量和侵蚀泥沙量。在野外小区监测中,通过2007,2010,2013年施工的稻草毯小区,以及2014年施工的椰丝毯、椰丝稻草混合毯和稻草毯小区,评价土壤理化性质对植物纤维毯铺设年限和类型的响应差异。结果表明:在47mm/h及以上雨强下,椰丝毯、椰丝稻草混合毯和稻草毯均能有效减少侵蚀和产流,平均减蚀效益分别为94.92%,86.06%,83.42%,平均减流效益分别为31.59%,45.02%,52.44%,减蚀效益显著优于减流效益。3种植物纤维毯均在47mm/h雨强下减蚀效益和减流效益达到最高,其中最高减蚀效益为椰丝毯(97.54%),最高减流效益为椰丝稻草混合毯(88.26%)。随着雨强增大,减蚀效益和减流效益均不同程度降低,且减流效益降低更快。随着植物纤维毯铺设年限延长,土壤理化性质逐渐改善;铺设1年后,椰丝稻草混合毯改土效果最佳。     

黄土丘陵沟壑区不同草本植物生长期植物纤维毯对沟道边坡产流产沙的影响

为探究植物纤维毯在黄土丘陵沟壑区的适用性以及不同植物生长期植物纤维毯的水土保持效益,以内蒙古呼和浩特市清水河县为研究区,采用野外人工模拟降雨试验方法,对植物生长期为58,81,132天的直播草本边坡和植物纤维毯边坡径流产沙进行模拟试验。结果表明:(1)植物纤维毯护坡措施可显著延长边坡产流时间,并且产流时间随着植物生长期的增加而增加。在植物生长期为58,81,132天时,植物纤维毯边坡产流时间分别为86,110,243 s,明显大于裸坡(50,70,111 s)和直播草本边坡(73,83,123 s)。(2)随着植物生长期的增加,植物纤维毯边坡径流量从13 125 mL降至5 478 mL,产沙量从73 g降至22 g;直播草本边坡径流量从25 573 mL降至14 340 mL,产沙量从201 g降至82 g。(3)植物纤维毯护坡措施减流效益为55%～78%,减沙效益为71%～89%。(4)坡面植被高度、盖度是植被生长状况中影响径流产沙的主要因子,径流量、产沙量与植被高度和盖度呈多元线性函数关系。植物纤维毯能够有效降低黄土丘陵沟壑区沟道边坡土壤侵蚀,减少产流。     

金沙江流域水沙变化及其驱动机制

为了探究金沙江流域控制水文站屏山站水沙序列的趋势及突变特性,量化不同驱动因素对水沙变化的贡献。基于金沙江流域1954—2016年径流和输沙数据,从长时期及场次事件两个角度揭示了水沙关系的动态变化特征。结果表明：(1) 63年间,径流量年均变化速率为-1.16×10⁸m³/a;输沙量年均变化速率为-2.0×10⁶t/a; 1998年长江流域发生特大洪水,水沙序列在该年发生突变;(2)水沙关系的特征参数a值在1998年前后由上升改为下降趋势,退耕等坡面水保措施在1998年后发挥了重要作用;b值始终下降,河道影响因素始终发挥减沙作用;在场次降雨尺度上,流域径流-悬移质泥沙环路(C-Q环路)以顺时针形环路为主,表明坡面泥沙物源充足,是影响流域产沙的重要因素;(3)流域内降水、温度及NDVI与径流和输沙之间有明显的相关性,人类活动与降水因素对径流量的贡献比为-1∶2,而输沙量主要受人类活动影响,对应的贡献比为-6∶1。综上,金沙江流域63年间的径流输沙受多种因素综合影响,径流量的变化主要由于降水的变化,输沙量受人类活动影响更大。     

干旱矿区排土场不同边坡生态修复模式下减流减沙效益

为探究不同生态修复模式对露天矿区排土场边坡产流产沙规律的影响，采用野外径流小区试验方法，对矿区排土场边坡不同生态修复模式的产流产沙进行了1个雨季的连续观测。结果表明：（1）研究区降雨年内分配不均，主要集中在汛期7—9月，该时期降雨量占到年均降雨量的77.03%，是年内径流泥沙损失最多的时期。（2）不同生态修复模式与对照（只撒播灌草种子）相比均具有减流减沙效果，但是不同生态修复模式的减流减沙效益有显著差异，减流效果从大到小依次为沙柳网格模式（64.35%）>生态棒模式（56.56%）>生态袋模式（52.74%）>铁丝石笼模式（48.70%）>植物篱模式（45.51%）>土壤改良模式（35.89%）>无纺布覆盖模式（33.97%）>砾石压盖模式（8.19%）；减沙效果依次为沙柳网格模式（69.41%）>生态棒模式（61.28%）>生态袋模式（55.09%）>铁丝石笼模式（52.43%）>植物篱模式（48.72%）>土壤改良模式（42.09%）>无纺布覆盖模式（38.31%）>砾石压盖模式（19.34%）。（3）不同生态修复模式产沙量对产流量响应特征均呈极显著正相关（P<0.05，r>0），沙柳网格模式产沙量对产流量响应程度较小，生态棒模式次之，对照产沙量对产流量响应程度最大。     

江苏省沿海平原沙土区典型河沟边坡土壤侵蚀试验研究

为探明江苏省沿海平原沙土区河沟边坡土壤侵蚀过程并建立预测模型,在4个坡度和2个雨强条件下,对江苏省沿海平原沙土区典型河沟边坡土壤开展人工模拟溅蚀试验和微区模拟降雨试验,了解河沟边坡土壤溅蚀特征,明确河沟边坡产流产沙过程,并利用传递函数方法分别建立了溅蚀率、产流强度和产沙强度的估算模型.结果表明:(1)河沟边坡土壤溅蚀率...     

河岸生态护坡措施水土保持效益的模拟试验研究

[目的]研究不同河岸生态护坡措施的减流、减沙和抑制养分流失的效果,并筛选出较优配置的河流生态护坡模式,为华北地区生态治河实践提供参考。[方法]采用人工降雨试验,测定模拟河流岸坡不同植被护坡措施的径流量、产沙量、养分流失量,分析不同雨强、不同坡度、不同植被措施条件下的减流、减沙和减少养分流失效果;通过主成分分析对9个不同措施试验槽的减流、减沙和减少养分流失效果进行评价。[结果]高羊茅减流减沙效果最优,小冠花减少养分流失效果最优。河岸坡30o、堤顶坡度小于0o的岸坡宜采用高羊茅进行防护;河岸坡45o、堤顶坡度18o的岸坡宜采用小冠花进行防护;河岸坡45o、堤顶坡度0o的岸坡宜采用高羊茅进行防护。[结论]综合来看高羊茅减流减沙效果最好,小冠花次之;小冠花减少养分流失效果最好,紫穗槐次之。