黄土堆积体植物篱减沙效益与泥沙颗粒分形特征研究

为探究植物篱措施对工程堆积体边坡的减流减沙效益及其对侵蚀泥沙颗粒分形维数的影响,以堆积体未防护边坡为对照,以不同放水流量对不同坡度堆积体植物篱防护边坡进行了放水冲刷试验。结果表明:与对照相比,植物篱边坡初始产流时间滞后100~500 s,其产流率、产沙率整体均较小,产流率在时间尺度上表现为间歇性波动上升;植物篱减流效率在4%~60%之间,减沙效率范围在15%~50%之间,减流减沙效率均随坡度和放水流量的增加呈幂函数形式减小;各处理侵蚀泥沙颗粒中粉粒均占主导地位,黏粒次之,砂粒含量最少。与对照小区相比,植物篱防护边坡侵蚀泥沙砂粒体积分数降低,黏粒和粉粒体积分数升高;黏粒富集率增加,砂粒富集率减小,泥沙颗粒分形维数增大。分形维数与黏粒和砂粒体积分数之间均呈极显著线性相关,侵蚀泥沙颗粒分形维数主要由黏粒体积分数决定。     

径流条件下坡耕地侵蚀规律的研究

为确定径流条件下坡耕地的侵蚀规律,采用不同流量对10°及15°坡的坡耕地进行径流冲刷试验。试验结果表明:坡面土壤的产流量、产沙量随流量、坡度的增大而增加,但增加幅度不同,流量及坡度越小,坡面的减流减沙效应越显著;相同流量、相同坡度下,产流量呈先增加后趋于平稳的趋势,产沙量呈先增加后减少最后趋于稳定的趋势。     

土壤表面微形貌加工对红壤坡面侵蚀定量调控

为科学地量化分析和准确评估土壤表面微形貌加工整地措施对红壤丘陵区坡耕地的土壤侵蚀调控作用,以衡量土壤表面微形貌加工作业对云南省红壤丘陵区坡耕地的适用性和有效性,进行了人工模拟降雨(240 min,55 mm/h),在不同坡面坡度(7.5°,9.0°,12.0°和15.0°)条件的试验小区进行径流试验,将产流量、产沙量和产流时间作为关键参数进行了测定.研究结果表明,在不同坡度的坡面,与控制组(土壤表面无微坑)相比,经土壤表面微形貌加工作业后的地表均可明显延长产流时间、减少产流量和产沙量,产流时间最大可延长51.18%,产流量最多可减小43.04%,产沙量最多减小25.14%.本研究可为南方红壤丘陵区坡耕地水力侵蚀的防治提供新的方法和数据基础.     

黄土丘陵区不同植被格局产流产沙

利用径流冲刷试验,在不同植被格局的坡面上,对黄土丘陵区坡面不同植被格局的侵蚀产沙规律进行了研究。结果表明：在不同流量下,各个植被格局对于坡面产流量的影响不显著。不同植被格局坡面的累积产沙量呈现出随着流量的增加而增加的趋势,但是坡面累积产沙量的差异都是随着流量的增加反而减小了。各个植被格局坡面的累积径流量过程与累积产沙量过程之间呈相关性非常显著,相关系数都达到95%以上。     

黄河班多水电站荒草地坡面侵蚀过程试验研究

荒草地是黄河班多水电站工程区最主要的原生地面类型,阐明其侵蚀过程可为该工程区水土流失定量评价提供重要依据。采用野外人工放水冲刷试验方法,分析研究了黄河班多水电站工程区原生地面荒草地在不同供水流量和坡度下的坡面侵蚀规律。结果表明：坡面侵蚀率在不同供水流量下和不同坡度下都表现为整体呈减小的趋势,以后趋于相对稳定。可分别用对数方程和幂函数方程描述,两者区别主要为不同坡度下,坡面侵蚀率在产流后5min内下降很快,随后减小率下降,而不同供水流量15min内递减的速率很快;坡面侵蚀模数随供水流量及坡度的增大皆增大,同时都可用指数方程很好地描述;供水流量及坡度对坡面侵蚀模数的综合影响可用二元幂函数方描述。     

黄土丘陵区不同植被格局产流产沙试验

利用径流冲刷试验,在不同植被格局的坡面上,对黄土丘陵区坡面不同植被格局的侵蚀产沙规律进行了研究。结果表明：在不同流量下,各个植被格局对于坡面产流量的影响不显著。不同植被格局坡面的累积产沙量呈现出随着流量的增加而增加的趋势,但是坡面累积产沙量的差异都是随着流量的增加反而减小了。各个植被格局坡面的累积径流量过程与累积产沙量过程之间呈相关性非常显著,相关系数都达到95％以上。     

非恒定流细沟断面形态影响因素研究

为探明细沟形态变化规律,采用室内人工模拟放水冲刷试验,研究了4种不同流量组合类型(凹陷型、峰值型、均匀型、增加型)与5个坡度(4°、6°、8°、10°、12°)组合的黄土地区细沟横纵断面的几何形态及各因子对其影响。结果表明:各流量组合类型下细沟宽深比为1.97～5.32,且同一流量组合类型情况下,随坡度的增加呈减小的趋势;同一坡度下,流量变化对其影响无明显规律;细沟断面形态指数η为0.29～0.54。增加型和峰值型的细沟横断面形态主要以"U形三角形"为主;均匀型的细沟横断面形态主要以"V形"内壁外凸为主;凹陷型的细沟横断面形态主要以"深V形"为主。表征纵断面形态特征的跌坑发育系数SP为1.014～1.10,跌坑发育系数随坡度的增加而增加,且各个坡度下,峰值型的SP值最大。     

重粉质壤土坡面细沟侵蚀发育规律实验分析

通过室内放水冲刷实验,研究了重粉质壤土在5种不同坡度下细沟侵蚀发育的水动力学特性、细沟水流含沙量的变化以及细沟断面的发育规律。结果表明,流量为700L/h条件下,细沟断面沟宽、沟深均随坡度的增加而增加,沟深与沟宽发育速度正相关;宽深比随着坡度的增大而减小,各坡度的宽深比均稳定在1.5~2之间;细沟断面形态系数变化于0.418~0.892之间,随着细沟的发育逐渐增大,细沟断面形态由宽浅形向窄深形发育;坡面细沟水流流速伴随细沟的发育而减小,可用幂函数方程描述;细沟水流含沙量随细沟发育逐渐趋于稳定,与细沟断面形态系数正相关。     

黄土区五种土壤抗冲性试验分析

通过室内放水冲刷实验,分析了黄土高坡5种土壤在不同坡度下的下切冲刷过程及影响冲刷的坡度、水流特征以及水流含沙量等影响因素。结果表明,在流量为120 L/h条件下,5种土壤的抗冲系数均随着坡度的增大而降低,且呈现指数回归关系,决定系数R~2较高,土壤抗冲性大小依次为杨凌黏壤土延安砂质黏壤土周至黏壤土志丹砂质壤土靖边砂质壤土;5种土壤的抗冲系数和水流流速均呈现出负相关的线性变化规律;5种土壤的冲刷强度基本都随着坡度的增加而增加,随着冲刷时间的推移,冲刷强度逐渐减小,且坡度越大,前期的冲刷强度越大;5种土壤的抗冲系数与水流含沙量呈现出负相关的线性变化规律,决定系数R~2在0.857 7~0.957 5之间,随水流含沙量的变化,抗冲性越好的土壤其本身的抗冲系数变化越显著。     

微灌用泵前微压过滤器的最佳运行工况研究

【目的】探究微灌用泵前微压过滤器的最佳运行工况。【方法】以泵前微压过滤器为研究对象,以水头损失、截沙质量和总过滤效率作为考核指标,开展了进水流量、含沙量、分水器型式、滤网面积等因素的物理模型正交试验,采用极差和方差分析方法对试验结果进行处理。【结果】影响水头损失大小的因素依次排序为：进水流量、含沙量、滤网面积、分水器型式;对截沙质量影响大小依次排序为：含沙量、滤网面积、分水器型式、进水流量;对总过滤效率影响大小依次排序为：滤网面积、含沙量、分水器型式、进水流量。【结论】影响水头损失、截沙质量及总过滤效率的两个主要因素是含沙量和滤网面积;经综合分析可知最佳运行工况为：进水流量4m³/h,含沙量1.5 g/L,分水器型式3型,滤网面积2 060 cm²。     

南方红壤区农田道路强降雨侵蚀过程试验

以南方红壤区江西水土保持生态科技园为研究区,通过野外调查选择4种典型农田道路(即裸露土路、碎石道路、泥结石路和植草土路)设置12个原位试验小区,采用人工模拟降雨试验研究了3.0 mm/min强降雨条件下农田道路侵蚀过程及特征。结果表明:被高度压实的农田道路产流时间短(小于2 min),并在2～6 min内径流趋于平稳,径流系数高达65%以上;农田道路产流初期侵蚀率较大,随后下降并在一段时间内趋于稳定。降雨后期,裸露土路路面出现细沟和微型切沟导致侵蚀率有所增大;与裸露土路相比,碎石道路、泥结石路和植草土路均可以改变路面径流的水力学特征,实现土质道路防护和减少侵蚀产沙的作用,减沙效益最低也可达40%左右,并以植草土路的水土保持效果最佳。     

沟蚀发育的黄土坡面上秸秆覆盖防蚀效果研究

为评价玉米秸秆这一廉价资源的防蚀效果,利用人工模拟降雨试验,研究在黄土高原典型高强度侵蚀性降雨条件下,不同玉米秸秆覆盖方式(沟头缓冲带覆盖、沟内填充覆盖)及其组合对沟蚀发育黄土坡面侵蚀的防治效果。结果表明,对于有细沟和浅沟发育的黄土坡面,不同方式秸秆覆盖可减少坡面侵蚀量8.3%~46.2%,降低径流含沙浓度19.1%~49.6%。其中浅沟沟头覆盖+浅沟侵蚀带沟道全覆盖(H+G)和浅沟沟头覆盖+浅沟侵蚀带主沟道覆盖+细沟沟头覆盖(H+MG+RH)2个处理的防蚀效果最佳,二者分别减少坡面侵蚀量45.0%和46.2%。秸秆覆盖通过改变坡面径流与侵蚀产沙量的关系而非减少径流量来减少坡面侵蚀量。不同方式的秸秆覆盖均可降低径流流速、减弱径流挟沙能力以及径流侵蚀力,进而减少坡面侵蚀量,其中,浅沟沟头秸秆缓冲带覆盖和浅沟沟槽内秸秆填充覆盖均可减小流速42.6%以上。比较2种覆盖方式,沟头缓冲带覆盖较沟内填充覆盖在减少侵蚀方面更有效。因此,在沟蚀发育的黄土坡面上,用玉米秸秆缓冲带覆盖侵蚀活跃的沟头部位可达到最优的防蚀效果。     

不同地表条件下土壤侵蚀的坡度效应

通过野外人工模拟降雨的方法，对不同地表条件下的径流和产沙的变化与坡度、降雨量、降雨强度等因素进行了相关分析，并在此基础上，就上述过程中的坡度效应进行了评价。结果表明，在相同降雨作用下，坡度对土壤侵蚀影响表现为：光滑地表大于中等粗糙地表大于粗糙地表；但在不同地表条件下，坡度与侵蚀和径流的相关性表现出不同。相对光滑地表，中等粗糙与粗糙的地表。在不同降雨作用下，径流量与侵蚀量，随坡度的变化，表现出不同的变化规律。且存在着一定的临界坡度。这一研究，为该区域坡耕地水土保持措施的配置提供了一定的理论依据，同时也可服务于黄土高原退耕还林（草）工程的实施。     

科尔沁沙地南缘不同林草措施土壤抗冲性及其与物理性质的关系

【目的】研究水蚀风蚀交错区土壤抗侵蚀特性对不同林草措施的响应。【方法】采用室内抗冲槽原状土冲刷和土壤物理性质分析相结合的方法,研究了科尔沁沙地南缘不同林草措施土壤抗冲特性及其与物理性质的关系。【结果】土壤冲刷过程中,不同林草措施下出现产流后的4 min之内变化较大,随着冲刷试验的进行逐渐降低,并逐渐达到相对稳定状态;不同林草措施土壤冲刷过程平均径流含沙量表现为荒草地>花生地>灌木林地>樟子松林地;不同林草措施土壤抗冲性变化与土壤冲刷过程含沙量呈反比,随冲刷时间延长,总体来说与冲刷时间越长,抗冲性能越强的规律相符合,且这种变化规律不受林草措施变化而改变。径流结束时不同林草措施下的土壤抗冲性表现为花生地<荒草地<灌木林地<樟子松林地。土壤抗冲性与土壤体积质量极显著负相关,与土壤孔隙度显著正相关,土壤抗冲性指数与砂粒极显著负相关、与粉粒和黏粒正相关,但均不显著,与土壤持水性并无显著性关系。【结论】林草措施能够显著提高土壤抗冲性能,以樟子松效果最强。     

西江流域干支流水沙时空分布变化分析

采用南宁、贵港、大湟江口、梧州和高要站近60年的实测径流量和输沙量系列,从沿程变化、年际变化和年内变化三个方面分析了西江流域干支流水沙时空分布变化。结果表明:西江流域水沙主要来源于西江干流,各站年径流量、年输沙量基本随里程增加而增大;年径流量、年输沙量整体呈下降趋势,且干流浔江、西江河段下降趋势程度大于支流郁江河段,各站年径流量年代间基本呈“枯-丰-枯-丰-枯”变化,大湟江口、梧州和高要站年输沙量年代间呈“低-高-低-高-低”变化;西江流域干支流径流、输沙年内分配十分不均,大型水库建设均降低了径流、泥沙年内分配的不均匀性,使得汛期径流、泥沙占比均减低。     

基于模拟降雨的北京褐土坡地土壤团粒流失特征试验

选取20°北京典型褐土坡面径流小区为试验对象,基于野外人工模拟降雨试验和有无雨滴打击作用对坡面侵蚀的影响,研究了坡面土壤团粒组成及其变化特征,揭示了坡面侵蚀过程中泥沙团粒的分离和输移规律。试验处理包括3种代表性降雨强度(35、65、100 mm/h)和3种植被盖度(0%、30%、80%)。结果表明,消除雨滴打击作用后,坡面侵蚀特征变化明显,坡面含沙量和土壤分离率分别减少25.91%~31.15%和35.10%~41.20%,坡面侵蚀泥沙团粒中值粒径均小于雨滴击溅坡面。通过侵蚀泥沙有效粒径分布和最终粒径分布的比值(E/U)分析泥沙团粒的粒径分选特征,发现产流初始阶段粗砂、细砂、细粉粒和粘粒多以团聚体形式存在,而粗粉砂以初级粒子形式存在;随着降雨历时延长,侵蚀泥沙各粒级的分离程度增加,泥沙颗粒逐步分解为初级粒子。坡面侵蚀泥沙分离规律表明,泥沙团粒结构变化与坡面水动力学特征密切相关,土壤团聚体分形维数(D)与时间(T)呈幂函数关系。坡面产流前雨滴击溅对土壤分离有重要作用,其对土壤分离贡献率为28.09%,而无雨滴打击坡面土壤团聚体分形维数增量是有雨滴打击增量的48.43%。在该区坡地泥沙颗粒输移过程中,稳定性较差的砂粒被分解为细小颗粒,粗粉砂多以初级粒子形式存在,对坡面侵蚀泥沙颗粒分离过程具有重要影响,而粘粒在侵蚀坡面则逐渐富集。     

秸秆覆盖对不同初始含水率土壤产沙过程的影响

秸秆覆盖是防治水土流失最有效的措施之一。该文通过模拟降雨（降雨强度为60 mm/h,降雨历时1 h）研究坡耕地在不同土壤初始含水率状态下秸秆覆盖变化对产沙过程的影响。试验地位于中国科学院红壤生态实验站,土壤类型为耕作铝质湿润淋溶土,试验小区为12 m×3 m,坡度为9%。处理分为5个水平的覆盖度（0、15%、30%、60%和90%）和2种土壤初始含水率（干态和湿态）。结果表明,在0、15%、30%、60%和90%覆盖度下,干态土壤平均产沙速率依次为24.5、15.8、10.4、11.2和1.0 g/(m2·h),同一覆盖度下产沙速率在模拟降雨时段内略微增大。湿态土壤条件下平均产沙速率依次为115.6、70.0、49.6、34.8和31.9 g/(m2·h),同一覆盖度下产沙速率在模拟降雨时段内下降明显。0、15%、30%、60%和90%覆盖度下平衡时产沙速率依次为52.5、30.5、22.8、19.8和15.4 g/(m2·h)。另外,5个水平的覆盖度中,30%的花生秸秆覆盖降低不同前期含水率下土壤产沙速率50%以上。因此,不同前期含水率情况下土壤产沙速率对秸秆覆盖度变化的响应非常明显,30%秸秆覆盖具有较为经济的水土保持效果。     

基于自动监测径流场的秸秆覆盖坡耕地产流产沙过程

设计了一个可用于坡面侵蚀过程研究的自动监测径流场,该径流场主要由6个径流小区和1套模拟降雨装置组成。采用德国UGT径流测量装置,实现地表径流的自动采样和记录。用设计的径流场对秸秆覆盖坡耕地的产流产沙过程进行了研究,结果表明相对于裸露地表,秸秆覆盖能明显降低各径流小区的产流率和产沙率,延缓产流增加趋势,减少产沙总量达54.5%~63.8%。因此,增加坡耕地土壤表面的秸秆覆盖量可有效避免产流在短时间内急剧增加,并能减少对土表的冲刷作用。     

黑土区坡耕地几种耕作措施水土保持效益研究

我国东北黑土区作为全国水土流失重点区域,其坡耕地的水土流失问题早已备受关注。【目的】采取保护性耕作措施可以大大降低坡耕地的水土流失强度,起到保水保肥的作用。【方法】在10°坡径流小区上,对比分析了黑土区不同耕作措施对坡耕地坡面产流、土壤侵蚀以及土壤养分的影响。【结果】竹节垄Ⅱ与横坡耕作相比,产流起始时间延长38 min,单次降雨径流量减少57.1%,产沙量减少51.9%;0～20 cm土层土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾平均质量分数分别提高5.89%、11.48%、16.54%、21.75%。【结论】在相同降雨条件下,横坡耕作、竹节垄Ⅰ、竹节垄Ⅱ较顺坡耕作均有不同程度的减流减沙作用,竹节垄Ⅱ效果最为明显。