坡面产流产沙影响因素的灰色关联法分析

影响坡面径流的因素有降雨量、雨强、植被等诸多因子。在陕西省长武县王东沟小流域布设径流小区,采用灰色关联度的方法,对不同影响因子进行了对比分析,研究了降雨和植被对地表径流量和侵蚀量的影响。结果表明,降雨量与径流量、侵蚀量的关联度最大,各因子对径流量的影响系数排序为:降雨量>最大雨强>雨强>植被覆盖度,对侵蚀量的影响系数排序为:降雨量>雨强>最大雨强>植被覆盖度。植被覆盖度与径流量和侵蚀量的关系为:当覆盖度<25%时,径流量没有明显变化;当其>25%时,径流量随着覆盖度的增加减少;当覆盖度<50%时,随着覆盖度的增加,侵蚀量下降趋势明显;当其>50%时,随着覆盖度的增加,侵蚀量下降趋势趋于平缓。     

重庆缙云山不同植被类型对地表径流系数的影响

为探索影响地表径流系数因素的主次关系，利用灰色理论对重庆缙云山不同植被类型的草本层盖度、枯落物厚度、灌木层盖度和郁闭度影响地表径流的因素进行了灰关联分析。结果表明：所选取的植被状况参数对地表径流系数影响的大小顺序是：草本层盖度（0．7720）〉枯落物厚度（O．7445）〉灌木层盖度（0．6661）〉郁闭度（0．6142）；不同植被类型的植被状况对地表径流系数的影响，针阔混交林和常绿阔叶林的植被状况对地表径流系数的影响大，其灰关联度分别为0．6346和0．6185．而楠竹林对地表径流系数的影响最小，其灰关联度为0．5000。灰色关联法分析结果进一步证实了针阔混交林和常绿阔叶林具有良好的水文生态功能。     

冀北土石山区坡面尺度径流特征及其影响因素

为了揭示区域水土流失规律,以冀北土石山区坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面尺度产流特征与地形因子、降雨因子、植被覆盖、水土保持工程措施等主要影响因素的关系进行分析,拟为该区水土流失防治及生态建设提供科学参考。研究结果表明:坡面径流小区的年径流量随坡度的增加出现先增后减的趋势,坡度临界值在11°00′左右;坡面径流小区的年径流量随坡长的增加而增加;不同坡度和不同坡长条件下,径流量与有效降雨量及平均降雨强度都成正相关,但与有效降雨量的相关系数要大于平均降雨强度的相关系数且在0.01水平上显著,与平均降雨强度的相关系数不显著;坡面径流小区的年径流量随着植被覆盖度的增加而减少,但覆盖度为60%和90%的草地径流小区的年径流量相差甚小,说明在水土保持治理过程中存在着临界植被覆盖度;水平阶、鱼鳞坑、梯田等水土保持工程措施通过改变下垫面状况,可以有效拦蓄径流,从而削弱降雨特征对径流的影响。     

三峡库区森林植被坡面产流特性

以重庆缙云山4种不同植被类型坡面为研究对象,对2002年降雨和地表产流实测值进行对比分析,结果表明:三峡库区4种坡面在相同的降雨条件下,产流量依次为:混交林地(65.18 mm)＞毛竹林地(64.72 mm)＞灌木林地(30.52 mm)＞阔叶林(18.71 mm),并且产流量集中分布在4-9月,其中阔叶林的产流量为4种植被类型坡面中最低,表明阔叶林相对于其它坡面在调节径流方面的作用最大;地表特性各因素与产流量间的灰关联度大小依次为:土层厚度＞枯落物量＞林分郁闭度＞坡度,地表特性各因素对产流量的影响均较大,其中土层厚度对产流量的影响最大,而坡度对产流量的影响最小;产流量与降雨量都表现出较好的线性相关关关系,且土层厚度直接影响着起始产流雨量.     

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。     

降雨因子对缙云山地区典型森林植被类型地表径流的影响

根据2004-2006年在缙云山地区的定位观测数据,分析降雨因子与针阔混交林、常绿阔叶林、楠竹林和灌丛4种典型森林植被类型地表径流量的关系。结果表明:①地表径流与降雨量和10 min最大雨强关系极其显著,与平均雨强关系显著,与前3天降雨量和降雨历时关系不显著;②地表径流与降雨量间存在二次函数关系,与10 min最大雨强和降雨强度间分别存在一次函数关系;③不同的森林植被类型对降雨的响应不同,在较小降雨条件下,各植被类型都能很好的调节降雨,但在较大降雨条件下,各植被类型对于雨水的调节作用差别较大,常绿阔叶林拦截降雨、调蓄洪水能力最强,楠竹林的最差。④通过主成分分析,对地表径流起着制约性的影响因素有降雨强度综合因子、降雨历时与降雨量综合因子和前期降雨的综合因子,用主成分作为变量建立模型,通过检验发现拟合度较高,能准确推求和预测分析地表径流。     

碎石土坡地不同植被配置下的养分流失途径

为了解不同植被类型及覆盖度对碎石土壤坡地养分流失途径的影响,采用模拟径流小区降雨,研究了6种植被配置模式下地表径流、壤中流及侵蚀泥沙氮、磷养分流失特征。结果表明:植被覆盖坡地氮流失量比裸地减少了0.91~4.60倍,磷流失量减少了6.25~63.9倍,养分控制效果排序为草灌草本灌木裸地。6种植被配置下的地表径流、壤中流及侵蚀泥沙养分流失量存在显著差异,裸地氮、磷的主要损失途径是侵蚀泥沙,灌木是地表径流,草本与草灌结合处理则是地表径流和壤中流;而草本、灌木以及草灌结合土壤磷的主要损失途径是侵蚀泥沙与地表径流共同作用的结果。不同植物覆盖措施对含碎石土裸地氮、磷的流失起到显著的截留作用,主要通过由侵蚀泥沙向非侵蚀泥沙途径转化而实现对氮磷的截留。灌木覆盖度与地表径流的氮磷流失量、径流总量的氮磷流失量之间呈现显著的正相关性,与壤中流的氮磷流失量呈现显著的负相关性。     

重庆缙云山楠竹林地不同时间尺度降雨量再分配规律研究

楠竹林是缙云山森林生态系统的一种典型植被类型,通过对楠竹林地设置的径流小区2002-2007年水文观测资料研究,定性和定量揭示了该植被类型降雨-径流过程特征的变化规律,并得出降雨过程中,林冠截留、地表径流、地下径流、土壤、枯落物等影响因子对降雨量的分配情况。研究证明,(1)2002-2007年,楠竹林的降雨的年际分布比较稳定;降雨量比较集中出现4-9月,占全年降雨量的72%,峰值出现在7月。(2)地表径流与地下径流与降雨保持密切的响应关系,在对降雨量的分配中,地表径流占30.7%,地下径流占15.2%。(3)楠竹林地的土壤最大分配降雨量为19 mm,枯落物最大分配降雨量为4.6 mm,林冠截留分配降雨量13.2%。本研究旨在为长江流域森林生态水文研究中树种选择、植被建设提供参考与数据支持。     

三峡库区森林植被坡面产流特性

以重庆缙云山4种不同植被类型坡面为研究对象,对2002年降雨和地表产流实测值进行对比分析,结果表明三峡库区4种坡面在相同的降雨条件下,产流量依次为：混交林地（65.18 mm）〉毛竹林地（64.72 mm）〉灌木林地（30.52 mm）〉阔叶林（18.71 mm）,并且产流量集中分布在4-9月份,阔叶林这一时期的产流量所占比例76.84%,为4种植被类型坡面中最低,表明阔叶林相对于其它坡面在调节径流方面的作用最大;地表特性各因素与产流量间的灰关联度大小依次为：土层厚度〉枯落物量〉林份郁闭度〉坡度,地表特性各因素对产流量的影响均较大,其中土层厚度对产流量的影响最大,而坡度对产流量的影响最小;产流量与降雨量都表现出了较好的线性相关关关系,且土层厚度直接影响着起始产流雨量。     

1986—2021年彬长矿区植被覆盖度时空变化及其影响因子

[目的] 分析彬长矿区植被覆盖度变化特征及空间分布影响因素,判别矿区的生态状况断,为矿区复垦和生态恢复提供科学参考和理论依据。[方法] 基于Google Earth Engine云平台,获取1986—2021年30 m分辨率Landsat Surface Reflectance Tier 1 Data（地表反射率数据）,基于像元二分模型,采用趋势分析法、F检验等方法对彬长矿区植被覆盖度多年时空变化作出定量分析;在此基础上运用地理探测器对植被覆盖度的空间分异性进行地理因子解析。[结果] ①1986—2021年彬长矿区植被覆盖度改善状况较好,总体呈现增长趋势,平均增长率为0.64%/a;研究区多年平均植被覆盖度水平较高,中覆盖度及以上面积占87.14%,空间分布上呈现“东南高,西北低”的特点。②植被覆盖度变化趋势上,研究区以显著改善区域为主,其面积所占比例为56.65%,但仍有些许地区植被显著退化,主要集中在靠近城市河流道路区域。③各因子对植被覆盖度的影响大小排序为：坡度>高程>年降水>GDP>人口密度>年均温>植被类型>土壤类型,坡度与年降水交互作用对植被覆盖度空间分异性影响最强。[结论] 1986—2021年彬长矿区植被覆盖状况良好,整体呈现显著增长趋势,植被改善情况明显,坡度为影响研究区植被覆盖度空间分异性的主导因子。     

植被类型对河岸带坡面流水动力特性的影响

为了研究河岸带植被类型对坡面流水动力学特性的影响,通过野外简易径流小区放水冲刷试验,在3种流量(4,6,8 L/min)和6种不同坡面类型条件下对河岸带坡面流水动力学参数变化进行了分析。结果表明：(1)坡面植被的存在具有明显降低径流流速的作用,裸坡坡面平均流速(0.276±0.065 m/s)显著高于其他植被类型(p<0.05),坡面平均径流流速随着来水流量的增加而增加;(2)雷诺数随着放水流量和放水时间的增加而增加,所有河岸带边坡流型都属于层流;弗劳德数随着放水时间先减小后趋于稳定,各坡面流均属于急流状态(弗劳德数大于1);(3)植被覆盖能够明显减小坡面径流雷诺数和弗雷德数,裸坡的雷诺数(128.53)和弗雷德数(4.0)显著高于其他坡面类型(p<0.05)。狗牙根坡面的Darcy-weisbach阻力系数(3.71)以及曼宁糙率系数(0.062)均最大,表现出对坡面流流速最好的阻滞效果。     

模拟植被类型及空间配置对坡面流水动力学特性的影响

通过室内水槽模拟冲刷试验,研究缓坡坡降1.4%、流量0.6~1.8L/s、非淹没条件下,植被类型(柔性植被、刚性植被)和植被配置格局(棋盘状格局、长条状格局、带状格局)对坡面流水深、流速、流态、达西阻力系数等水动力学特性的影响,探究其规律。结果表明:(1)与裸坡相比,植被具有雍水缓流作用,水深雍高1.4~2.8倍,流速延缓31%~65%,植被格局较植被类型作用更为明显,其中柔性植被、带状格局雍水效果最好。(2)坡面流态指数m显示刚性植被、棋盘状格局条件下水流紊动性最强,而坡面综合指数k显示柔性植被、带状格局对水流作用更强。(3)各试验条件下,水流流型以过渡流为主,主要受单宽流量影响而与植被条件无关;裸坡条件下水流流态为急流,植被覆盖下为缓流,受单宽流量和植被类型影响较小,棋盘状和带状格局影响较大。(4)植被使坡面平均阻力系数较裸坡增加约2.9~20.5倍,缓流条件下阻流效果更好;植被类型较植被格局对阻力系数的影响更大,其中柔性植被和带状、棋盘状格局阻水效果更好,而沿程阻力系数变化显示带状具有明显的波动特性,棋盘状格局较为稳定,即水动力学条件更佳。     

斑块状植被覆盖下坡面流水动力学特性

为阐明斑块状植被随机覆盖下坡面流水动力学特性,通过5个覆盖度、6个坡度和7个流量组合条件下的室内放水冲刷试验,系统研究了斑块状植被覆盖下坡面流的流型流态及阻力机制。研究结果表明:1)该试验工况下,坡面水流位于虚拟层流区和过渡流区,水流流态发育受覆盖度和坡度相互制约。2)在虚拟层流区,综合阻力系数与雷诺数呈负相关,而在过渡流区,二者关系在临界覆盖度处发生转捩,随覆盖度的增加,二者关系逐步由负相关变为正相关。3)综合阻力系数与覆盖度呈幂指函数相关,而随淹没度变化趋势则受制于覆盖度。低于临界覆盖度时,二者整体上为负相关;高于临界覆盖度时,综合阻力系数随着淹没度增大先减后增。此外,基于水流阻力等效原则,综合考虑水力坡度、覆盖度、雷诺数、淹没度的影响,建立了坡面流阻力计算模型。     

陕北地区NDVI对水热条件年内变化的响应及其空间特征

利用陕北地区1999—2010年GIMMS-NDVI数据,结合同期气温和降水资料,基于GIS软件和时滞互相关方法,以陕北地区植被覆盖对气温、降水的响应关系为主线,通过生态功能区划和植被类型两个层面分析了水热条件的季相变化同各旬NDVI均值（TN,Ten-day NDVI）变化之间的关系,结果如下:（1） 陕北地区生态亚区的TN与旬平均降水TP（Ten-day Precipitation）的相关程度从大到小依次是:高植被覆盖率（人工植被）、低植被覆盖率、高植被覆盖率（自然植被）、高植被覆盖率（人工—自然混合植被）;各个生态亚区的TN与旬均温TT（Ten-day Temperature）的相关程度从大到小依次是:高植被覆盖率（人工—自然混合植被）、低植被覆盖率、高植被覆盖率（自然植被）、高植被覆盖率（人工植被）。（2） 陕北地区各个生态亚区植被NDVI对水热条件的滞后时间一致,长短排序依次是:高植被覆盖率（人工植被）、低植被覆盖率、高植被覆盖率（自然植被）、高植被覆盖度（人工—自然混合植被）。（3） 陕北地区不同植被类型对水、热条件的响应程度由高到低依次是耕地、草原、密集灌丛、沙漠和林地,所有植被类型对降水的响应均比温度快。水热条件对陕北不同植被类型的影响程度从大到小依次为耕地、草原、密集灌丛、沙漠和林地。同一植被类型的不同亚类受水、热条件影响程度和响应速度均有差异。     

降雨强度和单宽流量与地表粗糙度交互作用下坡面流阻力特征

为探明降雨和地表颗粒共同影响下的坡面流阻力变化特征及形成机理,在15?定床条件下,分别研究了4个粗糙度(0.009,0.18,0.25,0.425 mm)和4个降雨强度(0,60,90,120 mm/h)在9个单宽流量(0.397~2.049L/(m·s))冲刷下的坡面流流速、流态指数、阻力系数、雷诺数等水动力学参数间的关系及变化特征。结果表明:1)坡面流流速与粗糙度呈反比,与降雨强度呈正比。流态指数m的计算结果显示(m0.5),坡面水流能量主要转化为动能形式;2)试验条件下,雷诺数变化范围为300~2 300,达西阻力系数变化范围为0~3.0,颗粒阻力和降雨阻力皆随着雷诺数的增加而减少,随着水深的增加,降雨对坡面流施加的影响逐渐减小。坡面总阻力系数与粗糙度成正比,与雷诺数和雨强成反比,降雨具有"减阻"效果;3)计算降雨阻力与颗粒阻力线性叠加值与坡面流总阻力的差异,结果表明坡面流总阻力大于线性叠加的结果,t检验结果显示差异显著(sig.0.0030.05),表明将坡面流阻力分量线性叠加计算坡面流总阻力的方法具有一定局限性;进一步构建降雨及地表颗粒影响下的坡面流阻力通式,具有良好的模拟效果。研究成果为深入探明坡面流阻力形成机理和构建坡面侵蚀模型提供科学依据。     

地表粗糙度及植被盖度对坡面流曼宁阻力系数的影响

为探明地表颗粒和植被共同影响下的坡面流曼宁阻力系数变化规律,在5°缓坡定床条件下,以曼宁阻力系数表征坡面流阻力,利用等效水力半径计算等效曼宁阻力系数,等效水力半径考虑了水流与植被的接触面,分别研究了4个地表粗糙度(0.009,0.12,0.18,0.38 mm)和4个植被盖度(0,4.0%,6.6%,12.2%)在9个单宽流量(0.2×10^-3~0.5×10^-3m^3/(m·s))冲刷下的坡面综合等效曼宁阻力系数、颗粒等效曼宁阻力系数及植被等效曼宁阻力系数的变化特征及相互之间的关系。结果表明:1)在坡面没有植被时,坡面综合等效曼宁阻力系数与流量呈负相关,当坡面有模拟植被时,两者间呈正相关。坡面综合等效曼宁阻力系数随着地表粗糙度和植被盖度的增加而增加;2)当地表粗糙度和模拟植被存在的坡面,线性叠加原理不适用于坡面综合阻力的计算,在水深较小时,会出现附加阻力。附加等效曼宁阻力系数与粗糙度和盖度呈正相关,而与水深负相关;3)通过多元回归分析得到坡面综合等效曼宁阻力系数的计算式,模拟效果较好(相关系数R=0.98),并分析得到各阻力分项等效曼宁阻力系数的计算式。分别剔除各阻力分项后将相关系数比较,植被阻力对坡面流综合阻力的影响最大,颗粒阻力次之,而附加阻力最小。研究成果将为构建坡面侵蚀模型和防治坡面侵蚀提供科学依据。     

The PESERA coarse scale erosion model for Europe. I. – Model rationale and implementation

The principles and theoretical background are presented for a new process‐based model (PESERA) that is designed to estimate long‐term average erosion rates at 1 km resolution and has, to date, been applied to most of Europe. The model is built around a partition of precipitation into components for overland flow (infiltration excess, saturation excess and snowmelt), evapo‐transpiration and changes in soil moisture storage. Transpiration is used to drive a generic plant growth model for biomass, constrained as necessary by land use decisions, primarily on a monthly time step. Leaf fall, with corrections for cropping, grazing, etc., also drives a simple model for soil organic matter. The runoff threshold for infiltration excess overland flow depends dynamically on vegetation cover, organic matter and soil properties, varying over the year. The distribution of daily rainfall totals has been fitted to a Gamma distribution for each month, and drives overland flow and sediment transport (proportional to the sum of overland flow squared) by summing over this distribution. Total erosion is driven by erodibility, derived from soil properties, squared overland flow discharge and gradient; it is assessed at the slope base to estimate total loss from the land, and delivered to stream channels.     

Runoff generation in an intensively disturbed,abandoned farmland catchment,Central Spanish Pyrenees

This paper studies the hydrological response to rainstorm events of a small experimental catchment in the Central Spanish Pyrenees. The Arnás catchment was cultivated until 40 years ago, and then abandoned and affected by plant recolonisation, especially shrubs. A rainfall of a few millimeters is enough to produce a sudden increase in discharge, due most probably to the steep gradients and the small size of the catchment and the extensive areas with low vegetation density and thin soils. The intensity of the response shows a very high variability, depending on the intensity of precipitation and soil humidity conditions before the flood. This paper identifies two types of floods according to the relationships between precipitation and discharge, and confirms that antecedent soil moisture explains much of the response. The shape of the hydrograph, very similar to the hyetograph, suggests that the Arnás catchment is dominated by overland flow processes. However, more intense rainstorms do not generate higher peak flows, thus demonstrating the existence of different runoff-generating areas.     

Soil erosion and hydrological response to land abandonment in a central inland area of Portugal

This paper analyses the effects of land abandonment on runoff and sediment yield in a central inland area of Portugal. Rainfall simulation experiments were performed in areas of traditional land use (land cultivated with cereals) with various types of soil plant cover associated with the period of abandonment (4–5 years, 15–20 years and 30–40 years) in two different seasons, namely under very dry conditions and after a long wet period. Statistical analysis showed a notable difference between the cultivated soils and those abandoned for a long period of time, which included appreciable vegetation recovery, higher organic matter content and negligible overland flow and soil loss. Cereal cultivation, in particular ploughing, is a very negative land management practice, due to the high runoff and soil loss. Within 4–5 years a crust develops over abandoned soils with sparse herbaceous plant cover, particularly after a dry season, which enhances runoff and sediment yield. In scrubland and oak plots, although marked water repellency was registered at the end of a dry, warm season, its influence seems to be irrelevant in terms of overland flow and erosion yield. The major factor in controlling overland flow and reducing soil erosion rates appears to be the role played by vegetation in protecting the soil surface and supplying organic carbon to the top layer. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.