城市透水面集水效应现场试验

现场试验是获得城市透水面雨水下渗特性的重要手段。为了探索和验证城市透水面集水效应的现场试验方法,并初步率定嵌草砖铺装路面的渗流特性,通过城市嵌草砖铺装路面的降雨模拟现场试验,观测试验面出口的径流过程。结果证实：1）该试验系统的降雨模拟装置可移动性好,节水显著;径流观测装置对试验区周围地貌改变微小,其灵敏度和可操作性符合试验要求。2）嵌草砖铺装路面初期产流量较小,其主要原因是高出地面的嵌草及低于地面的水坑阻挡了地表径流;试验场出口径流过程曲线有波动,造成这种现象的主要原因是流场中嵌草的起伏和摆动。3）当地表充分湿润、降雨强度为1.19 mm/min时,嵌草砖铺装路面的渗流率约为0.42。     

SCS模型在干热河谷区坡面产流模拟中的应用

 为探索干热河谷泥石流多发地区的降雨产流机制,选择地处云南省东北部干热河谷区的蒋家沟流域,利用径流小区野外双环下渗试验的结果,确定径流小区中各土壤水文类型,根据蒋家沟实际情况,用前期影响雨量代替前5d降雨总量来确定各径流场中土壤的前期湿润程度,然后利用实际观测的5次降雨—径流资料,运用SCS模型对5个不同土地利用类型的径流小区进行降雨产流模拟,通过校正初损Ia和CN参数,得到模拟结果。结果表明,与实测资料相对比,各次降雨中模拟的径流量与实测值的误差平均值分别为4.32%,5.30%,9.59%,7.99%,5.26%,可信度较高,说明SCS模型可以应用于干热河谷区坡面降雨产流的估算,研究成果可为该地区降雨—径流模型提供参考。     

土壤Cr(VI)在非线性Langmuir吸附条件下的径流流失试验与模拟

针对重金属铬(Cr)污染严重的现象,基于简单的二层非完全混合模型,将降雨时农田土壤与积水整个系统分为混合区及混合区以下两个部分,根据水量平衡原理和溶质质量守恒定律,研究土壤在非线性Langmuir吸附条件下,吸附性溶质Cr(VI)的径流流失规律。试验模拟的田间地表径流是由降雨引起的,根据降雨期间土壤与雨水相互作用情况,将降雨过程分为4个阶段分别求解进行研究。利用室内模拟降雨-径流试验所得数据进行模拟计算,并通过敏感性分析和模型参数对径流流失量的影响分析,阐明模型参数对土壤中吸附性溶质径流流失规律的影响。研究结果表明:此二层非完全混合模型能预测土壤在非线性Langmuir吸附条件下,吸附性溶质Cr(VI)的径流流失规律。该模型对入渗水溶质与土壤混合层溶质之间的非完全混合系数γ非常敏感,对土壤混合层溶质与地表积水-径流水溶质之间的非完全混合系数α不敏感,对Langmuir吸附方程中的参数B、C也不敏感。其中γ和α对模拟径流流失过程的影响主要作用于降雨前期,而Langmuir吸附方程中的参数B对模拟过程的影响作用于降雨前期,C也主要作用于降雨前期,但对后期的影响比其他参数更大。试验数据显示地表径流中溶质含量很低,说明该次试验中混合层溶质进入地表积水-径流层量很少,而模拟α值很小,与实际情况吻合,同时也说明,土壤中流失的污染物重金属Cr(VI)大多存在于地下排水中。     

土壤Cr(Ⅵ)在非线性Langmuir吸附条件下的径流流失试验与模拟

针对重金属铬(Cr)污染严重的现象,基于简单的二层非完全混合模型,将降雨时农田土壤与积水整个系统分为混合区及混合区以下两个部分,根据水量平衡原理和溶质质量守恒定律,研究土壤在非线性Langmuir吸附条件下,吸附性溶质Cr(VI)的径流流失规律。试验模拟的田间地表径流是由降雨引起的,根据降雨期间土壤与雨水相互作用情况,将降雨过程分为4个阶段分别求解进行研究。利用室内模拟降雨-径流试验所得数据进行模拟计算,并通过敏感性分析和模型参数对径流流失量的影响分析,阐明模型参数对土壤中吸附性溶质径流流失规律的影响。研究结果表明:此二层非完全混合模型能预测土壤在非线性Langmuir吸附条件下,吸附性溶质Cr(VI)的径流流失规律。该模型对入渗水溶质与土壤混合层溶质之间的非完全混合系数γ非常敏感,对土壤混合层溶质与地表积水-径流水溶质之间的非完全混合系数α不敏感,对Langmuir吸附方程中的参数B、C也不敏感。其中γ和α对模拟径流流失过程的影响主要作用于降雨前期,而Langmuir吸附方程中的参数B对模拟过程的影响作用于降雨前期,C也主要作用于降雨前期,但对后期的影响比其他参数更大。试验数据显示地表径流中溶质含量很低,说明该次试验中混合层溶质进入地表积水-径流层量很少,而模拟α值很小,与实际情况吻合,同时也说明,土壤中流失的污染物重金属Cr(VI)大多存在于地下排水中。     

考虑降雨类型的土壤流失量计算公式

<正>土壤流失大多是随地表径流的形成而产生的,所以研究地表径流量与土壤流失量的关系是至关重要的。但是除室内观测情况外,现场径流不易观测。为此,就产生了以直接观测获得的降雨量或降雨强度为基础的计算式的必要性。     

降雨条件下晋西黄绵土坡面室内外径流侵蚀试验差异分析

目前多利用室内模型试验所得土壤侵蚀模数乘以面积预测野外实地水土流失,为了探讨晋西黄绵土坡面室内外径流侵蚀差异,该研究采用室内模型模拟与野外原位模拟试验方法,分析了不同降雨与坡面面积条件下,室内与野外坡面径流模数、侵蚀模数、单宽输沙率及细沟发育差异性,结果显示:室内模型试验结果均大于野外原位模拟试验,当野外坡面面积为室内...     

人工降雨模拟试验的相似性和应用性探究

为了探究人工降雨模拟试验结果的相似性,通过文献数据和观测数据,分析了人工降雨模拟试验与天然降雨小区观测在径流、泥沙方面的差异及其原因,从数值和规律2方面深入讨论了室内模拟降雨试验结果的相似性问题。结果表明:(1)模拟降雨试验弱化了降雨因子对坡面径流和泥沙的影响,且雨强/雨量或降雨侵蚀力越小,模拟试验的相似性越差。(2)模拟降雨试验中产流和产沙随坡度的变化规律明显不同于天然降雨观测情况。(3)在坡面条件和降雨作用相同的情况下,在黄绵土坡面上利用静止喷嘴式降雨机进行人工降雨试验观测得到的土壤侵蚀量不到天然降雨小区的50%。因此,模拟降雨试验结果在数量和规律上与天然降雨观测结果存在一定差异性,二者的相似性问题需要进一步研究。     

北京地区下凹式绿地土壤渗透能力及蓄水对土壤物理性质的影响

采用自制的模拟下凹式绿地,通过模拟不同设计暴雨强度条件下下凹式绿地的进水负荷,动态监测下凹式绿地在蓄水过程中土壤水分的渗透量和平均入渗速率,研究北京地区下凹式绿地在蓄积周边外来雨水径流过程中土壤水分的渗透规律以及蓄积雨水径流后对土壤孔隙及土壤密度的影响。结果表明:1)在土壤含水率基本相同的条件下,下凹式绿地土壤渗透性能在1、3、5年一遇暴雨情况下会随着暴雨强度的增加而增大;2)在设计暴雨强度一致时,土壤水分的渗透量和平均入渗速率没有明显差异,土壤密度小、总孔隙度大的渗透量和平均入渗速率更大;3)随着绿地蓄水次数的增多,土壤密度和总孔隙度变化较大,蓄水试验后,土壤密度由最初的1.33 g/cm3变为1.65g/cm3、总孔隙度由原来的50.06%变为39.18%。     

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。     

黄土丘陵区林地干化土壤降雨入渗及水分迁移规律

基于近年来黄土丘陵区林地形成大规模土壤干层的事实,为了探索降雨在黄土丘陵区枣林地干化土壤中的入渗、迁移规律,明确干化土壤的修复能力,在陕北米脂试验站建立野外10m大型土柱模拟枣林地干化土壤,采用CS650—CR1000土壤水分自动监测系统对其进行连续定位观测。观测数据分析表明:(1)独立降雨的入渗、迁移深度主要取决于降雨量,大、中、小雨的水分影响深度分别达90~140,70~80,40cm,降雨量一定时还与降雨强度、初始土壤含水量等因素有关,降雨强度越大、初始土壤含水量越高,水分的入渗深度及迁移深度也越大。(2)间歇降雨中几次降雨交互对水分的入渗、迁移产生促进作用。相同雨量下,其入渗深度较独立降雨可提高100%~160%,迁移深度可提高91%~197%。(3)黄土丘陵区并非所有降雨都对土壤水分有影响。观测期内降雨次数与降雨量的有效率分别为36.4%和72.7%。(4)土壤垂向剖面在多次降雨的累积作用下具有层次性,本试验期间降雨影响范围内的土壤剖面主要可以分为3层,0—90cm为降雨入渗敏感层,90—160cm为降雨入渗迟缓层,160—240cm为雨水迁移层。研究结果对于促进黄土丘陵区林地干化土壤的治理与修复,加强土壤水分的科学管理与改善具有重要的理论和实践意义。     

模拟降雨条件下北运河流域农田养分流失特征

为了解北运河流域农田养分流失特征,通过模拟降雨的情况下,分析了降雨量对径流雨水中养分含量、土壤养分和泥沙流失的变化特征。结果表明,北运河地区只有在暴雨情况下产生农田径流,暴雨后,农田径流雨水中总N浓度在4.7~11.3 mg·L-1,氨态氮和硝态氮占44.51%;总P浓度在0.66~1.35 mg·L-1,水溶磷含量占到总磷54.08%。养分的流失以表层为主,土壤表层总氮流失比例达到29.79%,氨态氮损失率达到52.09%,硝态氮损失10.21%,表层土壤总磷含量下降达到16.48%,水溶性磷损失5.27%。农田径流泥沙中总氮含量为0.66~1.27 mg·g-1,占总流失量的82.28%;总P浓度在14.73~20 mg·g-1,占到总流失量的99.89%;模拟降雨后土壤大团聚体减少8.8%,而微团聚体增加9.5%。     

坡面径流小区集流桶含沙量测量方法对比

准确测量坡面径流小区集流桶含沙量是定量精准监测坡面土壤侵蚀的关键,野外径流小区观测方法测量精度、影响因素及其适用性的研究是实际应用的基础。该研究以第四纪红土为研究对象,采用室内模拟试验,对比不同含沙量（1.05、5.07、10.49、50.72、101.45、439.10 kg/m3）、不同水深（30、60、90 cm）下4种集流桶含沙量测量方法的精度,并对测量结果进行修正。结果表明：1）在60 cm水深、不同含沙量下,4种测定方法中,以机械+全剖面法测量误差总体最低;2）水深和含沙量是影响坡面径流小区集流桶取样测量误差的重要因素。总体而言,含沙量越高,测量误差越大;不同含沙量下,水深对测定误差影响程度不一,当含沙量小于50.72 kg/m3时,水深对机械+全剖面法测量精度无显著影响;3）4种方法的测量值与真实值均呈极显著正线性相关,含沙量测量值经过方程修正后相对误差明显降低。4）在含沙量小于5.07 kg/m3时,人工搅拌法可以应用于野外径流小区观测;当含沙量大于等于101.45 kg/m3后,全剖面法可以直接用于野外径流小区观测;机械法、机械+全剖面法在野外径流小区观测中可以直接使用。研究结果为集流桶含沙量取样测量方法在红壤区应用提供依据。     

地表径流与土壤渗透拟合方程

为了处理在野外测试中得到的地表径流和土壤渗透资料,采用了曲线拟合方法。通过处理,建立了降雨时间与地表径流系数、渗透时间与土壤渗透量、渗透时间与渗透速度关系方程,在比较两组方程中,选取了具有较佳拟合效果的一组方程作为在实际应用中的数学模型。     

侵蚀土壤地表径流和土壤渗透的研究

我国南方水土流失区属水蚀区,地表径流是引起土壤侵蚀的主要动力.研究不同土壤在特定降雨条件下,降雨持续时间与地表径流的关系、土壤渗透时间与渗透速度的关系、渗透时间与渗透总量的关系,掌握地表径流和土壤渗透规律,揭示地表径流、土壤渗透与土壤环境、土壤性质的内在联系,可为保护、改良土壤,防治土壤侵蚀,以及进行侵蚀预报提供理论依据.为此,我们在采用渗透筒法进行土壤渗透性研究^[6]的基础上,进一步采用人工降雨方法,对侵蚀土壤地表径流和土壤渗透进行研究.     

黄土区不同土地利用方式下径流量的神经网络模拟

基于黄土坡面降雨径流关系的复杂性且非线性特性。引用3层前馈型BP网络模型,对不同土地利用方式（草灌地、刈割地、翻耕地）径流量进行模拟,以植被盖度、降雨强度、坡度、土壤前期含水率和土壤容重5个因子作为输入层变量,次降雨下径流量作为输出层变量,并利用野外人工模拟降雨试验所得到不同降雨强度下各类土地利用径流小区的径流量实测资料,对网络进行模拟训练和预测,取得了较好的结果,平均误差不超过10％。研究结果表明,与传统回归统计方法进行了,误差比较,该模型的预测精度更高。     

土壤对城市雨水径流中污染物的削减作用

[目的]分析城市雨水径流在土壤中的净化情况及径流污染物对土壤环境造成的影响。[方法]在充分了解陕西省西安市某地土壤特性和当地雨水径流水质的基础上,模拟城市土壤表层系统和雨水径流装置,研究雨水径流中的污染物在下渗过程中土壤表层对它们的削减作用及土壤基本理化性质的变化。[结果]在土壤层厚度为20cm,雨水渗透量为6 000ml,径流时间3h的条件下,裸土和绿地表层土壤对模拟雨水中各污染物的去除率均达到40%以上;土壤的密度及pH值基本未发生变化,氮的含量由原土的54.95mg/kg分别增加到65.10(绿地)和68.60mg/kg(裸土),有效磷的含量由原土的59.23mg/kg变化到82.39mg/kg(裸土)和39.93mg/kg(绿地),有机质的含量由原土的18.32mg/kg变化到19.28mg/kg(裸土)和14.04mg/kg(绿地)。[结论]绿地对雨水径流处理效果较好。在渗流过程中,土壤对氨氮的截留效果较为明显,短时间内土壤基本物理性质变化不大。     

城市化土地利用对降雨径流的影响与调控

运用水文模型DRAINMOD模拟了1988-2007年西安市城市土地利用变化对降雨径流产生的影响,通过DRAINMOD模型探讨了降低城市地表径流、增加雨水入渗的调控措施。结果表明:西安地区透水地面的年径流系数为0～0.414,不透水地面的年径流系数在0.677～0.844之间变化;土地利用类型、土壤入渗能力以及降雨强度是影响城区降雨-径流关系的重要因素;当透水与不透水地面比例接近1∶1时,城区综合径流系数达到0.8以上。分析结果显示,通过增加透水地面下凹深度的建设形式来蓄渗雨水可有效增加雨水入渗量,削减地表径流水量,但此类滞留系统对24h最大暴雨的作用有限。     

过程降雨入渗土壤深度的推算方法

大气降水经植被层的截留损失后降落入流域土壤表面,将在土壤界面发生水分的分配和转化,部分水分将会通过土壤孔隙入渗,部分水分会在土壤表面蒸发,其余水分将沿坡面流动汇集形成地表径流。对于一次降水过程来说,降水期间地表水汽含量近于饱和,同时降水历时一般较短,因此土壤表面蒸发量可以忽略不计。本文以2009年2月7-9日河南省118个站点实际观测资料为基础,根据观测降雨前、后土壤含水量,确定由于降雨引起的土壤含水量变化深度,即降雨渗透深度,得到一组降雨量与渗透雨量数据系列,利用实验资料建立降雨与渗透深度相关关系计算区域降雨渗透量;就降水地土壤中的渗透过程和渗透深度作以分析探讨,为各地湿土层厚度分析、农业生产、防汛抗旱与预测提供科学依据。     

黄土高原小区径流过程预测模型评价

地表径流是土壤侵蚀和泥沙搬运的主要原动力.径流过程及其特征值是侵蚀模型,特别是侵蚀过程模型中水文模块的重要输入资料,但相对于降雨过程和径流总量资料,径流过程数据十分匮乏.为了对径流过程进行有效模拟,本文利用黄河流域子洲径流试验站团山沟3个小区107场降雨-径流过程观测数据,在小区尺度上对比验证3个仅含有1个参数的简易入渗模型:Ⅰ入渗能力恒定法,即假设入渗能力为1个常值,产流仅发生在降雨强度大于此值的情况;Ⅱ径流系数法,即假设实际入渗率与降雨强度呈正比关系,比例系数为1与径流系数的差值;Ⅲ入渗能力空间变异法,即假设入渗能力存在空间差异,实际入渗率表现为最大入渗率和降雨强度的指数形式.同时,为考查模型在不同时间尺度上的表现,文章分别选取1、6和15 min对数据进行重采样.结果显示:以洪峰流量和有效流量的预测精度作为模型有效性评价指标,相较于径流系数法和入渗能力空间变异法,入渗能力恒定法对黄土高原区径流过程的模拟效果最好,即入渗能力恒定更符合于黄土区实际产流入渗特点;随着过程资料采样时间间隔的增加,模型的模拟精度显著提高,即模型并不依赖于高密度的采样数据.研究结果可为缺乏径流过程资料的地区提供径流过程的计算方法,且有助于定量描述水文过程、土壤侵蚀和泥沙搬运过程.     

三峡库区水土流失与面源污染试验观测站设施简介

<正>三峡库区水土流失与面源污染试验观测站试验征地1.07 hm2,划拨使用消落带1 5 km,技术研发与示范协议用地3.2 km2。已建立了自动在线探测、无线数据采集、室内样品实验分析、田间模拟实验和遥感技术结合的立体动态监测平台以及计算机过程模拟与数据信息管理系统;野外基础观测设施包括24个水土流失、面源污染、地埂植物篱观测径流小区