一种新型沙漠压沙造林人工集雨板集雨产流特性的研究

沙漠区干旱少雨,传统的压沙雨养造林不能有效提高植物成活率,而雨水收集利用能使沙漠造林得到充分灌溉。对研发的一种具有高集雨率的集雨板面集雨产流特性进行了试验观测和分析,结果表明,临界降雨量达到或接近0.115 mm时,该集雨板面即可产生径流,产流时间接近于降雨时间,径流强度略低于降雨强度,雨水收集率达90%以上,高于目前普遍应用的人工集雨板,具有诸如集雨板无入渗损失、蒸发损失少等优异特性,对造林苗木灌溉充分,压沙效果显著,有望应用于沙漠压沙雨养造林,从而解决当前植物成活率低的问题。     

有机硅用于集雨旱井的优越性及其性能简易试验方法

有机硅作为砼外加剂应用于集雨旱井工程,具有提高防渗、抗压、抗裂、防坍塌等多种功能,性能优异,费省效宏。为便于广大农民朋友了解产品性能,作者集５年试验研究成果,总结出便于群众操作的简易试验方法,仅用几分钟时间和少量水泥、砂子即可在室内完成有机硅掺入水泥砂浆２０种性能试验。     

水泥混凝土路面集雨产流特征研究

在我国雨水资源缺少地区,把雨水收集起来加以利用成为提高城市道路雨水利用效率的关键.作为雨水收集面的道路,其产流特性对于雨水收集利用起着重要作用.利用人工水泥混凝土处理集雨面进行了道路路面产流特性模拟试验研究.水泥混凝土路面在干燥情况下的临界产流降雨量为1.55 mm,只有降雨量达到或接近1.55 mm,集雨面才会产生径流,次径流系数随着次降雨量增大而增大,产流时间与降雨时间相比存在着明显滞后性,并且径流强度明显小于降雨强度.     

生物集雨面营建技术及其集雨效率的研究

通过人工培育方法在室内、室外条件下研究了生物结皮人工培育技术,并对人工生物结皮对土壤渗透性的影响及其生物集雨面的集雨效率进行了测定.研究结果表明,在适宜的湿度(空气相对湿度80%～90%,土壤湿度13%～20%);温度(25℃～35℃)和光照条件(2 500～12 000 1x)下,对培育材料进行适当的处理后,经过20～30 d的人工培育,可在整平压实的坡面上形成连续的人工生物结皮集雨面.采用双环入渗仪和径流小区测定发现,人工生物结皮可使土壤人渗速率降低50%左右,生物结皮集雨面的集雨效率达到6O%.所研究的生物结皮培育技术还可用于人工批量繁育生物结皮,用于生物集雨面的建设,以避免大量采集自然结皮对生态环境造成的破坏.     

喀斯特坡耕地产流特征及影响因素

选取我国西南喀斯特地区作为研究区域,以黄壤为试验土壤,通过人工降雨模拟喀斯特坡耕地坡面产流过程,探索其特征及影响因素。结果表明:(1)地表径流与降雨强度的变化呈极显著正相关关系,与地下孔(裂)隙度、岩石裸露率的变化均呈负相关;地下孔(裂)隙流与降雨强度、地下孔(裂)隙度及岩石裸露率的变化均呈正相关,但其相关性均较弱。随着坡度的增大,地表产流量呈先增大后减小,而地下孔(裂)隙流则表现为持续减小。(2)岩石裸露率、降雨强度、坡度和地下孔(裂)隙度等因子对地表径流的影响程度依次是降雨强度>坡度>地下孔(裂)隙度>岩石裸露率,其对地下径流的影响程度依次是坡度>降雨强度>地下孔(裂)隙度>岩石裸露率。(3)地表径流率随时间的变化总体特征为先迅速增大,然后缓慢减小,最后在50～60min以后趋于稳定,地下径流率总体呈现出随降雨历时增长而减小的趋势,但不同变化因素水平下地表及地下径流率随时间的变化差异都较大。     

川中丘陵区紫色土坡耕地产流特征试验研究

通过人工模拟降雨方法对四川盆地紫色土坡耕地产流特征进行研究,得到以下结论:(1)在大雨强情况下,起始产流时间受坡度影响不明显;在小雨强时,起始产流时间随坡度的增加而缩短。小雨强下坡度对起始产流时间的影响可用幂函数表示,相关性显著。(2)裸地径流强度明显大于农地,且变化剧烈;(3)大雨强下坡度对径流系数的影响显著,并存在临界坡度:裸地介于10~°15,°农地约为20°。     

生物结皮坡面不同降雨历时的产流特征

黄土高原退耕还林(草)工程实施后,生物结皮广泛发育,显著影响坡面产流。已有大量研究探索了生物结皮对径流的影响,但相关结论存在较大分歧。该研究以黄土高原典型生物结皮坡面为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了生物结皮坡面产流过程。结果表明:生物结皮坡面较翻耕后的裸土坡面显著降低了初始产流时间,裸土坡面初始产流时间是生物结皮坡面的1.59～3.04倍。生物结皮盖度与初始产流时间之间呈显著的负相关关系;降雨15min时与60 min时生物结皮对坡面径流的影响发生逆转,90 mm/h的雨强下,当降雨历时为15 min时,生物结皮坡面较裸土坡面增加75.42%的径流;当降雨历时为60min时,生物结皮坡面径流量较裸土坡面降低52.42%;生物结皮影响了土壤水分入渗速率,导致生物结皮坡面与裸土坡面随降雨历时变化的产流特征出现差异,裸土坡面降雨60 min时的入渗率较15 min时降低了34.30%,高盖度生物结皮坡面降低了6.38%;生物结皮对坡面入渗产流的影响与降雨历时有极大的关系,降雨历时不同,很可能得到截然相反的结论,考虑生物结皮因素的野外降雨试验,降雨历时应不少于45min。研究结果为解释生物结皮影响坡面入渗产流方面存在的分歧提供了科学依据,进一步明确了干旱半干旱地区生物结皮的水文效应。     

基于SWAT模型的喀斯特流域产流特征对

为探讨适合于西南喀斯特地区石漠化治理的有效生物措施,以典型喀斯特流域——打邦河为研究区,以SWAT模型模拟为基本研究手段,以打邦河流域黄果树水文站、高车水文站连续多年实测水文数据作为基础率定资料,设置6种石漠化治理措施情景,分别模拟各治理措施的产流特征,从产流特征探讨不同措施的生态效益。结果表明：（1）率定期（2008—2013年）黄果树水文站R²=0.86,NSE=0.77,高车水文站R²=0.76,NSE=0.63;验证期（2014—2018年）黄果树水文站R²=0.79,NSE=0.57,高车水文站R²=0.75,NSE=0.54,均符合模型的评价标准,表明SWAT模型在打邦河流域具有较好的适用性;（2）坡度15°以上有林地、经济林和牧草地较坡耕地蓄水截流效果较好。坡度15°~25°,以及25°以上,蓄水截流效果均表现为经济林>牧草地>有林地;（3）经济林+牧草地措施一方面可以有效缓解打邦河流域工程性缺水的问题,另一方面基于潜在的经济效益,优化调整当地坡耕地种植结构,可实现区域农业可持续发展。结果可为西南喀斯特地区石漠化治理、生态恢复和乡村振兴提供理论参考,对促进喀斯特流域社会经济可持续发展具有一定的参考意义。     

地表粗糙度对黄土坡面产流机制的影响

为探明地表粗糙度对坡面产流机制的影响,该研究通过室内与室外径流小区模拟降雨试验相结合,分析在3种雨强(60、90、120 mm/h)下粗糙坡面与平整坡面(坡度5°、10°、15°、20°)产流点位空间分布和坡面产流时间特征,阐明地表粗糙度对坡面产流机制的影响。结果表明:粗糙坡面与平整坡面产流点位沿径流方向的变异系数分别为34.4%~52.9%、15.5%~31.1%,即粗糙坡面产流点位较平整坡面更为分散。相较于平整坡面,地表粗糙度具有推迟坡面产流效应,且推迟效应随坡度、雨强增大而逐渐减弱。表明地表粗糙度在小坡度、小雨强条件下具有较强延迟坡面产流能力。地表粗糙度影响坡面产流一方面通过地表填洼的直接作用;另一方面通过增加降水入渗水头,增强坡面入渗能力的间接作用。通过坡面地表填洼量预测的初始产流时间与实测坡面产流时间比值范围为2.2%~36.2%,表明地表粗糙度间接作用为延迟坡面产流的主导作用。因此,该研究结果阐明了粗糙坡面的点状产流与坡面产流特征,进一步为粗糙坡面产流机制的揭示及地表粗糙度对坡面土壤侵蚀机理的影响提供了科学依据。     

太行山南麓鱼鳞坑坡面产流特征及其影响因素

[目的] 通过研究太行山南麓鱼鳞坑坡面土壤产流特征,探讨其影响因素,为该区水土流失治理及生态环境保护提供科学依据。 [方法] 以太行山南麓鱼鳞坑坡和自然荒坡为研究对象,测定草本、灌木、乔木群落下坡面产流特征并分析其影响因素,运用地理探测器统计学方法量化各因素单独和交互作用对坡面产流的影响力。 [结果] ①鱼鳞坑坡草本、灌木、乔木群落的平均径流深之间没有显著性差异,自然荒坡灌木群落和草本群落的平均径流深显著大于乔木;与自然荒坡相比,鱼鳞坑坡草本群落、灌木群落、乔木群落的平均径流深分别减少了56.61%,72.80%,39.58%;平均径流深随着砾石含量的增加呈减少趋势;砾石覆盖度对坡面产流的控制作用有一个阈值,当砾石覆盖度为6%～9%时,坡面径流深最小。 ②太行山南麓鱼鳞坑坡面产流单因子影响力最大的是砾石覆盖度(0.31),其次是植被盖度(0.29)。 ③坡面产流影响因子交互作用后大多表现为非线性增强和双因子增强作用;降雨因子与非降雨因子交互后均表现为非线性增强作用。 [结论] 大量砾石的存在导致了太行山南麓坡面产流过程的复杂性,增加植被盖度是减少该地区鱼鳞坑坡面产流的重要措施。     

人工集水面降雨径流观测实验研究

野外降雨径流观测实验研究表明 :土质集水面 (自然黄土坡面、清除杂草自然黄土坡面和夯实集水面 )的降雨产流方式为超渗产流 ,受降雨强度的影响大 ,径流的产生主要是由几次高强度的暴雨引起。此类集水面的年平均集水效率在 7.4%～ 35 .5 %之间 ,因此 ,增大集水区面积是保证土质集水面收集到更多雨水的基本途径。油毡、沥青和混凝土处理集水面的产流过程受降雨量和降雨强度的影响小 ,年平均集水效率在 5 0 %～ 80 %之间 ,但投资成本较高 ,其雨水利用方向是和设施农业相结合 ,修建固定集水面 ,发展高投入高产出农业。塑料膜集水面一次性投入低且平均集水效率较高 ,但寿命较短 ,建议利用简单临时性的移动塑料集水面收集雨水以供大田作物缺水期补灌。     

人工集水面降雨戏流观测实验研究

野外降雨径流观测实验研究表明：土质集水面（自然黄土皮面、清除草草自然黄土坡面和夯实集水面）的降雨产流方式为超渗产流，受降雨强度的影响大，径流的产生主要是由几次高强度的暴雨引起。此类集水面的年平均集水效率在7．4％－35．5％之间，因此，增大集水区面积是保证土质集水面收集到更多雨水的基本途径。油毡、沥青和混凝土处理集水面的产流过程受降雨量和降雨强度的影响小，年平均集水效率在50％－80％之间，但投资成本较高，其雨水利用方向是和设施农业相结合，修建固定集水面，发展高投入高产出农业。塑料膜集水面一次性投入低且平均集水效率较高，但寿命较短，建议利用简单临时性的移动塑料集水面收集雨水以供大田作物缺水期补灌。     

新型高分子有机硅材料集流效率试验研究

将高分子有机硅材料喷施在夯实的坡面上,在坡表面形成一层致密的防水膜,减少土壤入渗,增加径流量,从而提高了坡面的集流效率,并减少土壤的侵蚀量,是一种简单、方便的集雨方式。本试验以一种新型有机硅材料作为对象,采用室内渗透和室外人工模拟降雨试验,探讨其应用于集雨工程的可能性,并确定其最佳配比和最适宜用量。研究结果表明:硅水最优配比(体积比,文中所有硅水配比均指体积比)在1∶5～1∶7,适宜用量为150ml/m2。当雨强在1.2～1.5mm/min,前期含水率17%左右,干容重为1.3g/cm3左右,其集流效率可以达到70%以上,是对照夯实坡面集流效率的2～3倍,而侵蚀量只是对照坡面侵蚀量的1/5。新型有机硅材料具有集流效率高、成本低、施工简单等优点,在集雨工程中具有广阔的应用前景。     

高塬沟壑区雨水集流效率研究

通过6个径流小区对自然荒坡和道路场院的模拟对比试验,探索雨水集流场建设中的新材料、新工艺、新方法,为雨水集流场建设提供技术支撑。在模拟自然荒坡的3个径流小区中,无机防水剂1#和硅烷偶联剂对地表喷施处理后,集流效率明显高于对照;在模拟道路场院的3个径流小区中,无机防水剂4#+5kg/m²水泥和硅烷偶联剂+5kg/m²水泥对地表土壤掺混处理后,硅烷偶联剂+5kg/m²水泥集流效率明显高于对照。试验共筛选出了3种新材料,可用于雨水集流场建设。次降     

小流域集水效率的试验研究--以山东安口小流域为例

小流域的农业生产主要以雨养农业为主,其集水效率是雨水集蓄利用工程的关键。以山东安口小流域为例,通过对影响小流域集水效率的主要因素——土壤入渗能力的试验,揭示土壤入渗对流域集水的影响,并利用径流系数法对集水量进行了估算,也具有较高的准确性。试验研究表明,在类似于安口流域的这类区域,土壤稳定入渗率较低,而径流系数较高,平均为0.46,因此利用(天然)径流场收集雨水发展雨养农业则极为有利。     

半干旱黄土丘陵区梯田集水增产效应研究

研究表明,半干旱区梯田平均可拦蓄入渗92.4%的雨水径流及泥沙,正常年份2 m土层有效贮水量比坡地多112~184 mm,可基本满足当地春小麦160.7 mm的亏缺水分的补给;增加土壤水分的高峰期主要在3~5月和7月份,增加量为9.15~46.41 mm,对本区土壤水分的快速补充恢复和缓解5,6月份的“卡脖旱”具有极其显著的作用;建成3年以上的梯田较10°以上的坡地增产幅度可达27.07%~52.78%,水分利用效率也高1.01~3.38 kg/(mm.hm2)。在限量供水条件下,相应的水分利用效率平均达17.9 kg/(mm.hm2),比旱作提高14.42%。因此,是半干旱区聚水增产的重要措施之一。     

干旱半干旱区集雨绿化系统优化模拟模型的设计

从土壤水资源的角度对集雨绿化系统进行了初步的分析,建立了绿化系统模型。该系统以集雨、提高雨水利用效率为核心,运用种植区水量平衡方程初步解决了干旱半干旱区绿化缺水的问题。以中国科学院寒区旱区环境与工程所野外实验站为例,针对抗旱树种柽柳进行集雨绿化的问题进行实例分析。在可靠的理论和方法的基础上建立模拟模型,对造林具有一定的通用性、实用性和指导性,为干旱半干旱区进行集雨绿化提供了理论依据、系统模式及规划设计的实用性。     

基于修正SCS-CN模型集雨垄径流预测

为了探寻半干旱区垄沟集雨种植控制水土流失和增产的机理,利用前2年(2012—2013年)日降雨量、实测径流和修正SCS—CN模型,率定集雨垄的径流模型参数CN、λ和α,然后利用后3年(2014—2016年)日降雨量和实测径流资料检验该模型有效性,预测不同覆盖材料(土壤结皮、生物可降解地膜和塑料地膜)和不同垄宽(30,4...     

坡地打结垄沟集雨对水土流失、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率的影响

为寻求半干旱区控制水土流失和提高降水资源利用率的最佳坡地垄沟集雨种植方式,以传统平作为对照,在坡度5°和10°的坡地布置大田试验,研究打结方式(无打结垄和打结垄)对土壤贮水量、小区径流效率、径流量、泥沙流失量、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:在坡度5°时,与平作相比,无打结垄和打结垄的紫花苜蓿全生育期土壤贮水量分别增加9.3,15.0mm,紫花苜蓿实际干草产量分别提高20.4%,8.9%,WUE分别提高4.78,4.58kg/(hm2·mm),而径流量分别降低21.9%,41.2%,泥沙流失量分别降低80.8%,83.3%。在坡度10°时,与平作相比,无打结垄和打结垄的紫花苜蓿全生育期土壤贮水量分别增加11.2,16.2mm,紫花苜蓿实际干草产量分别提高22.4%,9.0%,WUE分别提高4.89,4.06kg/(hm2·mm),而径流量分别降低24.8%,36.4%,泥沙流失量分别降低74.5%,82.0%。采用平均径流法,坡度5°时,平作、无打结垄和打结垄的小区径流效率分别为11.6%,9.2%,6.7%;坡度10°时,平作、无打结垄和打结垄的小区径流效率分别为14.1%,10.0%,7.8%。就紫花苜蓿全生育期平均值而言,坡度5°的平均土壤贮水量比坡度10°增加4.3mm,坡度5°的净干草产量、实际干草产量和WUE与坡度10°相差不明显。坡度10°的径流量、泥沙流失量和小区径流效率均是坡度5°的1.2倍。无打结垄和打结垄集雨种植具有较好水土保持和增产效果,其中无打结垄增产效果最为明显,打结垄水土保持效果最为明显。