复合坡度下雨水高效集蓄利用模式研究

通过复合坡面人工模拟降雨径流冲刷试验,研究了2种雨强下4种下垫面模式的坡面径流调控效应,从产流时间、侵蚀量、径流量以及泥沙含量等方面分析了径流调控的机理。结果表明:帕特草+PAM是一种理想的措施,其坡面径流量和侵蚀量均最小,较裸地对照(CK)分别提高了93.02%和98.13%,其次是帕特草+地孔,PAM+地孔;单纯在裸地上打地孔的坡面径流调控效果较裸地对照效果不明显。坡度对不同下垫面复合措施的影响甚微,而降雨强度对其影响却极为显著。坡面雨水的集蓄利用复合措施与水土保持综合治理模式改变了坡面的小地形状况,增加了植物(作物)覆盖度,加大了降水的入渗速率和数量,对黄土高原的水资源有效利用具有理论指导作用。     

不同植物护岸措施水土保持效益研究

植物护岸是河流生态护岸的重要组成内容,其植物配置形式决定了植物固土保水效果的好坏。本文从坡岸不同植物配置形式对防治岸坡水土流失的效果出发,以怀九河天然草本植物护坡形式和人工乔木护坡形式,及雁栖河六棱花砖护坡形式和人工草皮护坡形式作为研究对象,采用野外人工模拟降雨方法,并与裸岸岸坡作对比参照,研究了不同坡岸植物配置形式的地表径流产流时间、径流总量及平均径流量、径流量随时间变化趋势和产生的泥沙量。结果表明,人工草皮护坡削减径流作用最明显,防止土壤侵蚀的作用显著,六棱花砖护坡形式和天然草本植物护坡形式防止水土流失作用次之,而人工乔木护坡形式防治水土流失作用不明显。合理配置岸坡植物有利于减少地表径流和泥沙量,为今后河流生态护岸设计提供参考。     

坡面草本植物对土壤分离及侵蚀动力的影响研究

植被是影响坡面水力侵蚀过程的重要因素,深入理解草本植物坡面不同降雨和径流特性对土壤分离的作用是研究土壤侵蚀动力学的基础。为此基于坡面土壤分离试验,通过定量测定2种草本植物草冠、根系对降雨和径流的影响,研究了不同侵蚀力作用下的土壤分离特征。结果表明,草本植物对坡面径流和泥沙具有重要的调控作用,相同覆盖度下狗尾草坡面的径流含沙量低于青蒿坡面(P0.05)。对比草本植物结构对坡面土壤分离的影响,植物根系对坡面的减沙贡献率均高于其冠层(P0.05),其中,青蒿草冠对于坡面降雨的阻滞作用高于狗尾草草冠(P0.05),而狗尾草根系的减沙效益高于青蒿根系(P0.05),这主要与草本植物叶面积指数(LAI)及根系形态分布有关,不同植物的根长密度与土壤分离率呈指数函数关系。坡面土壤分离过程受到侵蚀阻力的影响,在草本植物覆盖坡面,随着植物覆盖度的增加,颗粒阻力和波阻力均呈增大趋势。降雨侵蚀力和径流剪切力是坡面土壤分离的主要侵蚀动力,不同试验条件下草本植物对降雨和径流侵蚀力的降低值为189.21~698.92 J·mm/(m2·min)和6.27~20.38 kg/(m·s2),减弱系数分别为22.75%~84.04%和19.68%~63.97%。     

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。     

不同截排水布置方式下坡耕地坡面产流产沙的模拟研究

为了改善坡面水系分段拦蓄径流泥沙的调控效益,采用室内人工模拟降雨试验,探讨l坡面集中汇流(T1)和"燕型"分流(T2)2种不同的控制排水措施下的坡面产沙产流过程。结果表明,与无措施坡面(CK)对比,2种不同排水布置方式均能显著延长径流急剧增加的历时,降低产流率增速,减少产流深46.61%~56.40%,使产流率与径流历时的对数拟合系数均达到0.85以上,且T2处理坡面产流率较T1处理变化更平稳,产流率和产流总量在各坡度均表现为T2处理T1处理CK;在5°、10°坡面,不同排水措施对径流挟沙调控效应表现为T1处理T2处理,在15°坡面则相反。而坡面径流含沙量与坡面累计产沙量变化并没有显著的对应关系;T1处理有利于削弱坡度对侵蚀量的影响,而T2处理对减少产流受坡度因子影响的效果更显著。     

旱涝急转条件下红壤坡地径流养分流失特征研究

为了研究旱涝急转条件下红壤坡地地表径流、壤中流及其养分流失规律,通过径流小区试验,分析对比在旱涝急转条件下,裸露(CK)、百喜草全园敷盖(T1)和百喜草全园覆盖(T2)措施下红壤坡地地表径流和壤中流产流及总氮、总磷流失特征。结果表明,旱涝急转条件下,地表径流产流过程随着雨强的变化而变化,壤中流产流开始后径流过程与地表径流相似;地表径流和30cm壤中流养分流失呈现先增大后减小最终趋于稳定的趋势,60cm壤中流和105cm壤中流养分质量浓度相对稳定;T2处理对于减少径流养分流失的效果最好,地表径流和壤中流径流量分别为CK的32.89%和45.05%,径流中养分质量浓度也明显降低。     

沿海滩涂地区不同措施坡面产流特性研究

我国沿海地区海涂资源丰富,但由于沿海降雨较多且海涂坡面土质松散,坡面极易产生降雨径流侵蚀,这导致海涂沟渠等工程坡面水土流失严重、淋洗困难。通过室内模拟降雨试验,研究在不同雨强下不同措施坡面的产流特性。结果表明：(1)不同措施坡面的初始产流时间均与降雨强度显著负相关,在50 mm/h雨强下,延缓坡面产流的效果依次为淋洗坑>淋洗沟>耐盐草被覆盖,在100、150 mm/h雨强下,延缓坡面产流的效果依次为淋洗沟>淋洗坑>耐盐草被覆盖。(2)不同措施坡面的产流过程具有同步性,在未发生坍塌时产流强度随细沟的发育而增加,待细沟发育成熟后产流趋于稳定,当坡面发生坍塌时产流强度短时间内激增后回落。试验对比发现,耐盐草被覆盖可以明显改善海涂坡面的稳定性。     

砾石覆盖对海涂围垦区粉砂土坡面土壤可蚀性影响试验研究

通过人工模拟降雨试验,选取2种坡度(15°,30°),2种降雨强度(92,119 mm/h)和6种砾石覆盖度(0,10%,20%,40%,60%,80%),探究砾石覆盖对海涂围垦区粉砂土坡面侵蚀及土壤可蚀性的影响.结果表明:随累积降雨量增加,土壤可蚀性参数先增大后减小,并趋于稳定.坡度对土壤可蚀性影响显著,坡度越陡,坡面土壤可蚀性越大.砾石覆盖度与土壤可蚀性参数并非呈单调关系.坡度较陡且低覆盖度时,砾石覆盖增加坡面侵蚀;而当高覆盖度时,砾石覆盖可降低坡面径流速率,增加入渗率,减小土壤侵蚀率.适当盖度砾石覆盖能够改变边坡表面粗糙程度,降低坡面土壤可蚀性.砾石覆盖坡面径流雷诺数与土壤可蚀性参数呈显著线性负相关关系.通过径流雷诺数与土壤可蚀性参数线性关系定量分析能够较好反映坡面高钠盐土颗粒输移水动力学过程,对于构建盐碱土边坡泥沙输移预测模型具有重要意义.     

甜樱桃园生草草种选择和栽培管理技术

随着果园管理技术的日渐成熟,果园生草技术也逐渐为广大果农接受。果园生草栽培是指在果树行间或全园（树盘除外）栽植适应当地条件而抗荫性效果较好的草种技术,是一种以生草代替清耕的果园土壤的科学管理技术。通过园内种草方式实现“草之祸”到“草之获”的转变,推动果业的可持续绿色生态发展。本文旨在分析我国甜樱桃产业情况、甜樱桃园生草草种的选择、生草栽培及管理、生草的作用以及提出生草栽培管理过程中应注意的事项,为果农生产栽培提供可靠的科学理论依据。     

不同坡度条件下的水土流失特征研究

近年来随着生产建设项目的扩增,济南市南部山区水土流失显著加剧。为保护济南泉水的重要补给区,亟需对南部山区水土流失特征及其治理措施进行深入研究。本研究基于济南市水文局济西水土保持监测实验站径流小区产流产沙数据,结合降雨、土壤和植被因素,对不同坡度下的水土流失特征进行系统分析。研究表明:(1)径流深和土壤侵蚀量随坡度增加而增大,最大值出现在2025°坡面;(2)不同坡度径流深均值与平均雨强具有明显相关性,径流深随降雨强度的增加而增大;土壤侵蚀量除与降雨特征有关外,同时受地表植被与土壤特征影响明显,土壤侵蚀量随降雨强度的增加而增大,随着植被覆盖度的增加而减少,通过坡面植物措施,水土流失程度明显减弱。     

黑土区坡耕地施加生物炭对水土流失的影响

为了探索生物炭对黑土区坡耕地的水土保持作用效果,于2015年在东北黑土区典型黑土带上的黑龙江省北安市红星农场3°坡耕地上的径流小区内,开展了不同生物炭施用量(0、25、50、75、100 t/hm~2)对土壤结构、持水性能、径流泥沙控制等影响的试验研究。结果表明:生物炭可有效改善黑土区土壤结构,随着生物炭添加量的增加,土壤容重随之减小,而土壤孔隙度则会明显提高;土壤饱和含水率、田间持水量和土壤储水能力均随生物炭施用量的增加而增加;适当施加生物炭对黑土区坡耕地降雨径流及水土流失具有较好的控制作用,75 t/hm~2处理具有最好的径流泥沙控制效果,其中径流控制效果好于泥沙控制;施加生物炭还可以不同程度地减少黑土区坡耕地土壤养分流失,并可以改善养分的空间分布,4种生物炭用量处理的养分含量不仅在数量上高于对照处理,而且在均匀程度上有较大的改善,减缓了坡度对土壤养分造成的坡上与坡下的差异。研究结果为东北黑土区秸秆资源的高效、绿色、循环利用提供了一条新的途径,可为黑土区坡耕地水土流失防治提供理论依据和技术支撑,对该区农业可持续发展具有重要意义。     

黄土坡面细沟侵蚀及水动力学参数的时空变化特征

坡面细沟侵蚀速率和水动力学参数在坡面细沟发育过程中存在明显的时空变化。基于间歇性人工模拟降雨和三维激光扫描技术提取的高精度DEM,分析了黄土坡面细沟发育不同主导过程中细沟侵蚀和水动力学参数的时空分布规律。结果表明,细沟侵蚀速率和总侵蚀速率的最大值出现在以细沟沟底下切侵蚀为主的细沟发育活跃期,最小值出现在以沟头溯源侵蚀为主的细沟发育初期。细沟侵蚀速率与总侵蚀速率随降雨历时的变化皆呈先上升后趋于稳定,并在一定范围内波动的变化趋势,且总侵蚀速率早于细沟侵蚀速率达到稳定。细沟侵蚀量随单位斜坡长呈先上升后下降的抛物线形式分布,细沟侵蚀速率的最大值出现在坡面中下部。90 mm/h降雨强度下径流剪切力、径流功率和单位径流功率分别是60 mm/h降雨强度下的1.3、1.1、1.4倍。细沟间水流和细沟流的水动力学参数随降雨历时的增加呈不同的变化趋势。两种降雨强度下,径流剪切力、径流功率和单位径流功率随单位坡长的分布均呈波动上升趋势。单宽细沟侵蚀量与水动力学参数之间呈线性正相关关系,细沟发育初期坡面侵蚀发生的临界径流剪切力、临界径流功率和临界单位径流功率最大。     

不同下垫面红壤坡面产流的特征与过程模拟

针对不同下垫面红壤坡面的产流特征及定量模拟问题,以江西省德安县水土保持科技园内的野外径流小区2016-2017年历次降雨径流观测试验为基础,对比分析了三种下垫面（裸地、百喜草植草覆盖、干草敷盖）条件下红壤坡面的产流特征;基于运动波理论和Green-Ampt入渗模型构建了红壤坡面产流数值模型,采用Preissmann差分法数值离散,通过试验数据进行率定验证;利用模型模拟不同下垫面状况、雨强下的坡面产流入渗过程。结果表明：(1)与裸地相比,干草敷盖、植草覆盖在不同降雨下均有显著的减流作用,平均减流率各为82.5%、87.9%;(2)利用实测数据验证本文模型,不同下垫面小区产流量模拟值与实测值的相对误差均在±10%以内,说明模型能反映不同降雨条件下不同下垫面红壤坡面的产流规律;(3)数值试验结果表明地表覆盖可增大入渗,延迟坡面产流,延迟效果随雨强增大而减弱;土壤初渗速率与雨强成正比,稳渗速率受雨强影响较小;雨强愈大,产流愈快进入相对稳定阶段,且稳定阶段的单宽流量愈大。研究可为红壤坡地水土流失定量评估和治理提供理论依据。     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。     

抽屉式坡面径流采样器的设计

为了加强水土流失的野外动态监测,需要对坡面径流进行采样,然而传统的人工采样方式已不能满足当前监测要求。文中设计了一种新型的抽屉式坡面径流采样器,以取代传统的人工采样,实现径流动态监测自动化。该采样器由搅拌器、导流盘、收集装置和屏蔽机盒4个部分构成,采用AT89S52单片机作为控制芯片,可根据雨量大小,自动选择定时采样或定量采样模式,同时配有USB接口模块,以便实时存储和传输采样时间、采样频率等相关数据。经过在实验室条件下的模拟试验,对该采样器所采集到水样进行检测,泥沙含量可达预期值,满足采样要求,可应用于自然或人工模拟降雨条件下坡面径流小区的土壤侵蚀过程与水土流失过程的监测。     

荒漠草原坡面松土对地表径流抑制效果的研究

我国土壤侵蚀严重,草原区土壤侵蚀亦较为严重,雨季降雨雨大历时短,地表超渗产流,水力侵蚀带走草地坡面细颗粒土壤及养分,不利于坡面植被健康生长。抑制地表径流多以植物措施为主,但是天然草地由于植物栽植在无灌溉条件下不易成活。本文试图采取坡面松土技术,试验研究其对草地坡面径流拦蓄的影响,结果表明块状松土蓄水增渗效果较好,能有效拦蓄20%~25%的径流量用于土壤入渗,条带式松土拦蓄13%~17%的径流量用于土壤入渗。     

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。     

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。     

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。     

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。