雨型对东北典型黑土区顺坡垄作坡面土壤侵蚀的影响

基于人工模拟降雨试验,研究了雨型对东北黑土区顺坡垄作坡面土壤侵蚀的影响。根据典型黑土区侵蚀性降雨标准及雨型特征,试验设计了总降雨量相同(降雨量为87.5 mm)的5种不同雨型,即增强型(降雨过程中降雨强度分布为50-75-100-125 mm/h)、减弱型(降雨过程中降雨强度分布为125-100-75-50 mm/h)、峰值型(降雨过程中降雨强度分布为50-75-100-125-100-75-50 mm/h)、谷值型(降雨过程中降雨强度分布为100-75-50-75-100 mm/h)和均匀型(降雨过程中降雨强度保持75 mm/h不变),以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°)。结果表明,受前期预降雨的影响,各雨型处理的顺坡垄作坡面径流量差异较小,但坡面侵蚀量存在明显差异,其中峰值型雨型引起的坡面侵蚀量最大,分别是谷值型、减弱型、均匀型和增强型雨型处理下的1.20、1.63、1.78、1.80倍。引起侵蚀量较大的雨型(峰值型、谷值型和减弱型)在典型黑土区天然降雨中出现频次超过70%,这可能是该区夏季顺坡垄作坡面侵蚀作用强烈的重要原因之一。同一降雨强度在不同雨型中出现的时序不同,其产生的径流量和侵蚀量对总径流量和总侵蚀量的贡献率也不相同。除125 mm/h外,同一降雨强度出现在起始阶段产生的侵蚀量对坡面总侵蚀量的贡献率显著大于其出现在其他阶段对坡面总侵蚀量的贡献率。     

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%。     

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。     

基于SWMM模型的不同气象条件下城市雨水径流污染特性分析

以南昌大学前湖校区为例,利用SWMM模型对其进行水质模拟。通过使用实测降雨数据对该模型进行参数率定,论证了该模型能够较真实地模拟出本地区降雨径流非点源污染的特性。在此基础上,通过SWMM模型设计了不同的重现期、雨峰系数、前期干旱天数等气象条件,以此来分析雨水径流中的TSS、CODcr、TN和TP等污染物浓度随降雨历时的变化过程。结果表明:随着重现期增大,污染物浓度峰值变大,峰值出现的时间提前;随着雨峰系数的增大,污染物浓度峰值变大,峰值出现的时间延后;在同一重现期和雨峰系数下,前期干旱天数会影响污染物的浓度峰值和前期浓度增长趋势,对峰值出现的时间没有影响。     

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。     

土壤大孔隙对坡面溶质流失的影响

以室内实验槽为平台,利用人工模拟降雨实验,研究了大孔隙对坡面Br-流失的影响.研究结果表明,大孔隙坡面的地面径流中Br-流失总量和平均流失速率均较无大孔隙坡面小.将大孔隙特征尺度、降雨强度、降雨历时、坡度和离子吸附系数作为模型的输入,坡面溶质累积流失量作为模型输出,建立了基于模糊神经网络的坡面溶质流失模型.并以160组实测数据为基础,对模型进行了仿真验证.仿真结果显示,坡面累积溶质流失量模拟仿真输出与实验测量输出基本一致,所建系统模型是有效的.     

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。     

自然降雨条件下扰动地表土壤入渗性能变化特征

通过野外径流小区试验,在自然降雨条件下,研究了扰动20、40、60m三种坡长地表的土壤入渗性能变化特征。结果表明,扰动地表可降低土壤水分入渗能力,表现为人为扰动坡面自然坡面。土壤入渗特征模拟结果为:通用经验模型比较适合描述不同坡长受扰地表雨季的土壤入渗特征,考斯加柯夫(Kostiakov)模型次之,菲利浦(Philip)模型较差。相关分析表明:降雨作用下,土壤体积质量、总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、有机质的变化会对土壤渗透性产生显著影响,并建立了主导因子方程。     

模拟降雨条件下农田裸地氮素随地表径流流失特征

为了研究模拟降雨条件下农田裸地的氮素随地表径流流失的规律,在室外模拟降雨条件下,采用表面撒施和沟施两种施肥方式,设置不同的降雨强度,研究初始含水率及雨强对径流流量的影响,以及农田裸地的氮素随地表径流流失的规律。结果表明,在产流过程及径流量上的差异,主要是土壤初始含水率和雨强这两个因素共同作用的结果。对于初始含水率和雨强这两个影响因素而言,氨态氮(NH_4~+-N)更易受到初始含水率的影响,而硝态氮(NO_3~--N)更易受到雨强的影响。农田氮素随地表径流累积流失量与农田累积径流量呈现正相关关系,两者之间的关系曲线拟合的结果较好,R2均在0.96以上,表明降雨径流是影响氮素流失量的重要因子。在较大的雨强条件下,农田裸地径流流失氮素的主要形态为颗粒态氮,而水溶性氮素的流失形态以NH_4~+-N为主。在两种不同的施肥方式下,在撒施情况下随径流流失的氮素流失量要显著高于沟施。     

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。     

自然降雨对紫色土坡耕地氮磷流失的影响

在三峡库区主要土壤类型(紫色土)、不同坡度(15°、25°)、不同种植模式(柑桔-牧草、蔬菜-马铃薯、玉米-小麦)上建立径流池,研究自然降雨条件下土壤氮磷流失特点。结果表明,土壤氮、磷流失量和流失率在降雨量增加到一定程度时即达最大值,继续增加降雨量,氮、磷流失量和流失率呈下降趋势。氮、磷流失量和流失率同72h内降雨量呈S曲线关系。径流水中总氮(磷)量和浓度同坡度和种植模式无显著性差异。径流水中总氮(磷)浓度随降雨量增加无明显增加趋势,径流水中总氮流失量随降雨量的增加也无明显增加趋势,但径流水中总磷流失量随降雨量的增加呈直线增加。     

雨滴打击对黄土坡面细沟侵蚀特征的影响

基于模拟降雨试验和纱网覆盖消除雨滴打击作用的试验方法,研究雨滴打击对黄土坡面细沟侵蚀特征的影响。试验包括3种黄土高原代表性的侵蚀性降雨强度(50、75、100 mm/h)和3个细沟侵蚀发生最常见的坡度(10°、15°和20°)。结果表明,与有雨滴打击试验处理相比,纱网覆盖消除雨滴打击后,坡面径流稳定产流率和含沙量均明显减小;坡面侵蚀量和细沟侵蚀量分别减少28.1%~47.7%和20.2%~38.6%;而细沟侵蚀对坡面侵蚀的贡献率增加。消除雨滴打击后,坡度对细沟侵蚀的影响与有雨滴打击时相同,而降雨强度对细沟侵蚀的影响增加。有、无雨滴打击试验处理的细沟密度和割裂度均随着降雨强度和坡度的增加而增大;而细沟倾斜度的变化较为复杂,所以细沟密度和割裂度可作为描述细沟形态的最佳指标。试验结果还表明,雨滴打击对细沟沟槽形状也有间接影响,即消除雨滴打击后,细沟宽度和深度的变异程度减小,沟槽形状更为规则。同时,有雨滴打击试验处理的细沟宽深比随着坡度和降雨强度的增加而减小,而无雨滴打击试验处理的细沟宽深比随着坡度的增加而减小,随着降雨强度的增加呈微弱的增加趋势。     

汾河兰村—二坝流域径流模拟及气候变化对径流影响研究

以汾河兰村—二坝区间流域为研究对象,建立研究区SWAT分布式径流模拟模型,并利用SWAT-CUP程序SUFI-2算法进行模型敏感性分析及参数率定,进一步将率定好的模型应用于气候变化条件下的径流响应分析,为区域水资源管理决策提供理论依据与技术支持。径流模拟结果表明:模拟期的各项精度评价指标均达到乙级,SWAT模型在研究区径流模拟的适用性较好。气候变化条件下径流响应分析表明:径流变化与温度变化呈负相关,且随着温度变幅的增加,径流减小速率减缓,温度影响效应减弱;径流变化与降雨变化呈正相关,且随着降雨变幅的增加,径流量增加速率加大,降雨影响效应加强;相同的径流响应,气温与降雨的变化基本呈线性变化关系,即气温增加0.5℃的径流效应与降雨平均减少0.49%(变化幅度0.38%~0.67%)的径流效应等效。     

不同密度砒砂岩风化物坡面水蚀机理试验研究

为研究砒砂岩风化物坡面水蚀机理,以期对鄂尔多斯水土流失治理提供数据参考,采用降雨模拟系统进行不同雨强、不同密度下降雨侵蚀试验,用直剪仪测得密度为1.7 g/cm³砒砂岩风化物的黏聚力和内摩擦角,揭示了各密度坡面入渗产流及侵蚀特点的成因.结果表明:密度为1.7 g/cm³的坡面稳渗率随雨强的增大而增大;对于1.5 g/cm³的坡面侵蚀量对入渗速率的敏感率最高,1.6 g/cm³的坡面侵蚀量对累积入渗深度的敏感率最高,而1.7 g/cm³的坡面侵蚀量对产流量的敏感率最高;抗剪强度和侵蚀量的时程曲线呈负相关并有一定的对应性.从直剪试验和敏感度分析的角度均表明造成1.7 g/cm³坡面侵蚀的主因是水流冲刷.     

雨水管网水质过程线模拟研究

以雨水中污染物质的浓度为研究对象,采用一阶负荷模型与阶式CSTR模型,对雨水地表径流过程与管网中的传输过程进行模拟,得出了雨水管网进出口污染物质的浓度变化过程线,并通过实例工程进行验证.模拟结果表明,该模拟方法结果稳定,得出的雨水管网水质过程线可以用于研究雨水造成的污染情况,并对雨水受纳水体的修复提供理论数据.     

绿色屋顶降雨径流过程模拟方法研究与应用

绿色屋顶是城市绿色基础设施的重要组成部分。绿色屋顶雨水截留能力是能够延缓产流时间、削减径流总量的关键,基质层土壤渗透特性则对降雨径流过程的削减具有重要的影响。针对绿色屋顶非降雨期间雨水截留能力变化规律以及降雨产(径)流特点,分别根据土壤水蒸发理论及饱和下渗理论,推导建立了用于描述绿色屋顶非降雨期间雨水截留能力变化过程的指数方程和降雨径流过程的单位线模型。结合绿色屋顶多场次降雨径流实际监测数据,分别对绿色屋顶不同场次降雨截留效果及径流过程进行了动态模拟。结果表明,不同场次降雨径流系数、径流过程计算值与实测值变化趋势均基本符合。     

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。