流域输沙函数应用的尺度限制

阐述了在流域产沙预测模型研究中,将试验水平范围的输沙函数的运用范围扩大,产生了数据来源的不确定性或错误的原因在于:模型不完善、重要过程的省略、初始条件的缺乏、初始条件的敏感度、异质性问题、外部动力等。数据来源的不确定性在小尺度、短时间内是能够控制的。大尺度的异质性是使得输沙函数不能仅仅建立在数量化的基础上,而应是系统历史的函数。因此,大尺度的流域产沙模型必须建立在突变量的发现及其相应的动力特征基础上,而不应是试验模型按比例放大。     

辽宁省土壤侵蚀空间尺度效应初探

土壤侵蚀的空间尺度效应和不同空间尺度土壤侵蚀定量评价的分析与研究是目前土壤侵蚀研究中的热点问题之一。通过对辽宁省34个典型水文站长序列水文资料和2000年辽宁省遥感资料进行汇总,运用沙量平衡分析方法,对辽宁省小流域-中尺度流域-区域大尺度3种尺度土壤侵蚀量进行不同空间尺度的对比研究。研究表明,辽宁省土壤侵蚀的空间尺度效应随着研究尺度的增大,主要表现在：1）通过对辽河流域的研究表明,研究区土壤流失量随流域面积的增大表现出递次减小的规律;2）通过对辽宁省9大流域的水文资料和遥感资料对比研究表明,随着研究尺度增大,土壤侵蚀的宏观特征表现更为显著。通过沙量平衡分析方法,沉积泥沙存蓄变化量是造成尺度效应的重要因素之一。深入研究沙量平衡计算的理论与方法,以沙量平衡计算辅助土壤侵蚀监测工作,是进一步促进土壤侵蚀监测工作的重要方法之一。     

国主要江河流域土壤侵蚀量测算

 为了对我国土壤侵蚀进行评估,需要测算多年平均侵蚀量。在前人研究的基础上,收集主要江河泥沙测验资料和水土保持研究资料,采用河流泥沙输移比法和水土保持法,测算出我国黄河、长江等9大江河流域多年平均侵蚀量为53.10亿t,并与相关资料进行对比;讨论流域分区的泥沙输移比差异。结果表明:侵蚀总量以长江流域最大,黄河流域次之,淮河、珠江、辽河、松花江流域依次居后,闽江和钱塘江流域最少。     

流域侵蚀产沙模型述评

实践证明,在分析流域侵蚀产沙和预测发展趋势的研究中,选择一种既有理论依据,又能反映客观实际的计算方法是极其重要的。在众多类模型中,物理成因模型概念清楚,意义明确,应用方便,适应性强,是目前比较先进的模拟方法之一。鉴于土壤侵蚀产沙过程及环境因素的复杂性,该类模型也有需经改进的若干问题。     

黄土丘陵沟壑区不同空间尺度流域泥沙输移比研究

泥沙输移比是定量表征流域内侵蚀产沙-河道输沙特征的重要指标。探讨了不同尺度流域泥沙输移比计算的可能性与方法,以黄土丘陵沟壑区的径流小区、小流域、水文站实测资料为基础,利用径流小区观测资料和单元小流域侵蚀模数2种方法,对4种空间尺度流域的泥沙输移比进行了估算。结果表明:(1)对于面积在10~100km²的小流域,利用2种方法计算的泥沙输移比结果非常接近,说明在没有小区观测资料时,用单元小流域计算流域泥沙输移比是可行的。(2)对于土壤侵蚀类型单一的水文站控制流域,在没有面积>1km²单元小流域资料的情况下,可以用面积1~10km²小流域或面积10~100km²小流域作为单元小流域来计算泥沙输移比而对于侵蚀类型不同的支流其误差范围有些偏大。(3)流域治理措施的实施对于泥沙输移比的减少具有明显的效果,但治理措施减沙效应的发挥具有一定的滞后性。     

泾河流域径流-泥沙的尺度效应研究

[目的]分析泾河流域径流和泥沙的尺度效应,并通过突变检测确定突变时间点,对比突变前后水沙尺度效应的变化,为气候变化和人类活动对水沙尺度效应研究提供支持。[方法]收集整理了泾河流域1958—2013年的水沙资料,基于流域水沙异源的特性,将流域分成南北两个分支,分别探讨2条分支水沙的尺度效应,并通过Mann-Kendall突变检验方法计算出突变时间点,对比突变前后尺度效应的异同。[结果](1)南北两分支的径流—泥沙之间的尺度效应具有反向关系。北支(洪德—张家山)的产流模数随面积增加表现为线性增加,南支(三关口—张家山)的产流模数随面积增加表现出对数函数关系,随集水面积增大产流模数先快速减小后缓慢减小。北支的产沙模数随面积增加表现为线性减少,南支的产沙模数随面积增加表现出幂函数关系,即随面积增大产沙模数先快速增加后缓慢增加;(2)突变后水沙都比突变前出现了不同程度的减少,突变前后水沙的尺度效应大部分具有相同的拟合函数关系式,仅南支的产沙模数由突变前的最优二项式函数拟合转变为突变后的线性函数。[结论]气候变化和人类活动的共同作用不同程度的改变了泾河流域径流—泥沙的尺度效应。     

基于水系改进的高分辨率DEM和GEOWEPP的流域产沙量估算及其空间尺度效应研究

基于水系改进的高分辨率DEM和GEOWEPP,从坡面、子流域和流域3种空间尺度对五桥河流域产沙量进行了估算。结果表明,从不同的空间尺度进行考察,流域的水土流失特征存在较大的差异。从坡面尺度到子流域尺度和流域尺度,研究区114.6 km2面积上的年产沙总量从3.79×105t减少至1.25×105t和0.84×105t,单位面积年产沙量从33.09 t hm-2减少至10.94 t hm-2和7.29 t hm-2,年均泥沙输移比从1.000减小至0.331和0.220。将GIS与GEOWEPP结合,既能反映流域输出终端的泥沙量,又可以刻画流域内部土壤侵蚀的强度和空间分布,能为流域水土保持措施布置提供更为科学的依据。     

流域系统径流侵蚀链内泥沙输移的空间尺度效应

尺度问题在地貌过程及水文模拟研究中具有重要意义,以黄土高原丘陵沟壑区岔巴沟小流域为例,基于毛沟-支沟-干沟尺度序列典型水文站的实测径流泥沙数据,分析流域系统基于事件的径流侵蚀链内泥沙输移的空间尺度效应。结果表明:1)基于侵蚀链毛沟-支沟-干沟不同空间尺度的平均输沙模数、平均含沙量、最大含沙量分别依次为3 912、3 285、3 522 t/km2,497、524、679 kg/m3,639、634、800 kg/m3,且在流域系统中均保持空间上的不变性;2)与单一力学指标相比,引入洪峰流量项的水流功率、单位面积径流能量及水流能量等复合能量指标能更好地描述侵蚀链不同尺度内及尺度间水沙关系;3)侵蚀链的输沙量主要取决于径流量,而洪峰流量能更好地解释侵蚀链内不同尺度径流输沙的差异,在侵蚀输沙的预测变量中引入表征径流变率的指标会提高中小型产沙事件泥沙预报的可靠性;单位洪峰流量(增加1 m3/s)引起的输沙增量是单位径流量(增加1 m3)增沙作用的875倍以上,欲消除侵蚀链内上下游径流输沙的空间尺度效应,则需将对应的洪峰流量比调控至5‰以下,或将对应的径流能量比调控至600以下;4)侵蚀链内上游含沙水流对下游的泥沙输移影响有限,随流域面积增大,含沙水流的空间尺度效应降低,输沙模数300 t/km2的大型侵蚀产沙事件尤为明显。分析结果突出了流域系统径流侵蚀的过程特性和洪水调控可能引起的巨大减沙潜力。因此,针对高含沙水流,侵蚀链内泥沙调控及其水土保持措施的效益评估和功能评价亦应基于过程。研究结果可为全面揭示径流调控系统的水土保持意义、推动水土保持措施效益的精细化评估提供理论依据和科学支撑。     

松花江流域不同空间尺度典型流域泥沙输移比及其影响因素

为在不同空间尺度上对东北黑土区流域侵蚀产沙建立宏观认识,以松花江流域为研究区,选择不同尺度的典型流域,通过收集降水、遥感影像和土地利用资料,计算不同尺度流域土壤流失量;采用流域出口量水堰和水文站径流泥沙观测资料,计算流域输沙量,从而得出不同空间尺度典型流域悬移质泥沙输移比(SDR).研究区小尺度流域全年SDR为0.33,大中尺度流域SDR变化于0.005 ～0.365之间,平均仅0.051.本区SDR存在显著的季节差异:小尺度流域雨季SDR为0.38,春季融雪侵蚀期仅为0.17;流域面积(A)和主河道比降(SLP)是影响大中尺度流域SDR的重要因素;SDR与A呈幂函数递减关系,这在丘陵漫岗区更为显著;山区的流域的SDR随SLp的增加而递增.研究成果有助于建立本区土壤侵蚀与流域产沙之间的定量关系,为流域水土保持规划提供科学依据.     

水土流失综合治理优先小流域识别的空间尺度效应

[目的]探讨水土流失综合治理优先小流域识别的空间尺度效应,为小流域水土流失综合治理规划与实施提供科学依据。[方法]以重庆市合川区为例,利用小流域水土流失面积比例,不同土地利用类型比例和流域平均坡度计算了综合指标,用以识别5种流域空间尺度[Ⅰ(流域面积范围50～300 km~2),Ⅱ(10～50 km~2),Ⅲ(1～10 km~2),Ⅳ(0.1～1 km~2)和Ⅴ级(0.01～0.1 km~2)]的水土流失综合治理优先小流域。[结果]流域空间尺度对优先小流域的识别有显著影响。基于Ⅳ和Ⅴ级流域确定的优先小流域在空间分布上与基于栅格土壤侵蚀强度图得到的区域水土流失面积空间分布更为吻合。[结论]综合考虑优先小流域的条数,基于Ⅳ级流域得到的优先小流域条数更少,更便于进行水土保持综合治理规划和管理,是识别优先小流域的最优流域尺度。     

国内主要流域侵蚀产沙模型评述

流域侵蚀产沙模型是国际土壤侵蚀研究的重点领域之一,国内以往进行了较多研究,建立了许多模型。正确分析和评价这些模型对于合理地使用它们进行流域侵蚀产沙预报和水土保持规划等工作具有重要意义。从研究方法、模型结构、模型中各参数的确定等方面对我国主要流域侵蚀产沙经验模型和具有一定成因的模型进行了分析,并在此基础上对各模型进行了评价。     

基于RUSLE的松花江流域不同侵蚀类型区泥沙输移比估算

为摸清东北黑土区土壤侵蚀与泥沙输移特征,以松花江流域为研究对象,选取不同侵蚀类型区8个水文站控制区,利用RUSLE模型,结合水文站实测输沙数据,分析了不同侵蚀类型区泥沙输移比的时空变化特征。结果表明:（1）松花江流域各侵蚀类型区均以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,而草地、旱地和裸地侵蚀模数均呈现依次增大趋势,且大于该区容许土壤流失量,特别是松岭站、碾子山站、大石寨站和大山咀子站水文站控制区裸地土壤侵蚀模数均大于20 000 t/（km²·a）,达到剧烈侵蚀程度。不同侵蚀类型区之间侵蚀模数表现为丘陵沟壑区Ⅰ > 丘陵沟壑区Ⅱ > 天然林区 > 漫川漫岗区。（2）松花江流域不同侵蚀类型区泥沙输移比总体上表现为漫川漫岗区 > 丘陵沟壑区Ⅱ > 丘陵沟壑区Ⅰ > 天然林区。（3）同一侵蚀类型区不同年际间泥沙输移比波动起伏,而从20世纪60年代到80年代,人类活动影响较小的天然林区和丘陵沟壑区Ⅱ不同时期平均泥沙输移比相差不大,人类活动剧烈的漫川漫岗区和丘陵沟壑区Ⅰ平均泥沙输移比则表现为波动式递增。研究结果对于了解东北黑土区土壤侵蚀和泥沙输移规律,明确该区域土壤侵蚀机理和治理目标具有指导意义。     

流域侵蚀产沙的尺度变异规律研究

 侵蚀产沙的尺度变异规律,是当今土壤侵蚀研究的前沿,它涉及的研究范围广泛,小到土壤颗粒,大到全球气候变化与碳循环过程。特别是不同尺度流域之间侵蚀产沙和输移,究竟有什么样的内在联系,小流域所获得的研究成果是否能推广应用到大中流域,已成为迫切需要解决的重要科学问题。有关流域侵蚀产沙与输移过程随流域尺度复杂变化的研究,国际上刚刚开始,国内有关流域尺度研究主要涉及于水文学领域的一些尺度研究,关于流域侵蚀产沙与输移过程随流域尺度复杂变化的研究不多。作者对国外当前土壤侵蚀模型的最新进展进行了综述,并对侵蚀产沙的尺度变异规律进行了分析。由于具有GIS强大的空间数据管理和分析能力,它将在流域侵蚀产沙尺度变异这一侵蚀产沙的问题研究中发挥重要作用。     

黄土高原沟槽侵蚀与泥沙输移监测方法初探

沟槽是径流与输沙通道和侵蚀主体,沟槽侵蚀监测对揭示水土流失规律和进行流域产沙模拟有重要意义。在对黄土高原相关研究结果分析的基础上,对沟槽侵蚀进行了初步确定。同时对与沟槽侵蚀关系密切的泥沙输移比进行了分析,并总结出沟槽侵蚀与泥沙输移比监测和估算的沟道特征监测法、坡面产沙—出口站泥沙比较法、稀土元素示踪法、坝库泥沙还原法和经验公式拟合法等方法。     

土壤侵蚀和沉积对土壤理化性状的影响

土壤侵蚀—沉积是影响陆地生态系统地球化学循环的重要机制之一。对土壤生物、化学和物理性质在侵蚀区和沉积区的空间分布特征进行系统分析,基于黄土高原地区的侵蚀—沉积地貌特征,模拟修建5°,10°和20° 3个坡度的侵蚀区,并于每个侵蚀区底端连接水平的沉积区。试验期间（2015—2019年）连续原位监测天然降雨条件下的径流量、泥沙量、土壤温度和水分,并采集土样分析土壤生物、物理和化学性质。结果表明：（1）随坡度增大,土壤侵蚀强度增强。相比5°坡,10°和20°坡的年径流量分别提高30%~115%和48%~207%,且年产沙量分别提高146%~505%和241%~742%;（2）沉积区土壤有机碳、可溶性有机碳、矿质氮、微生物量碳、氮的浓度和黏粒含量均显著高于侵蚀区,土壤δ¹³C相对丰度在侵蚀区显著高于沉积区,提高幅度为2.0%~3.3%;（3）试验土壤性状在侵蚀区和沉积区之间的差异随坡度增大而增加。研究结果揭示了土壤理化性状对土壤侵蚀和沉积具有相反的响应。     

不同侵蚀程度花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒特征研究

研究花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒分选特征有助于揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理。通过室内人工模拟降雨-径流试验,在15°坡度和2种试验条件下(90 mm·h^–1+2.00 L·min^–1、120 mm·h^–1+2.66 L·min^–1),研究了不同侵蚀程度(轻度侵蚀E1、中度侵蚀E2、强烈侵蚀E3)花岗岩红壤侵蚀过程及泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明:产流率和土壤侵蚀速率随降雨强度和上方来水量的增加而增大;不同侵蚀程度土壤其侵蚀特征存在差异,产流率表现为E2>E3>E1,土壤侵蚀速率表现为E3>E2>E1;通过多元逐步回归分析得出,土体容重越高产流率越小(R²=0.800,P<0.01),更高的黏粒含量和更低的粉粒含量会使得土壤侵蚀速率减少(R²=0.715,P<0.01)。随着降雨-冲刷强度增加泥沙中砾石和黏粒含量增加,砂粒和粉粒含量减少,泥沙分形维数增大。分形维数与黏粒(R²=0.910)和砂粒(R     

基于DEM的黄土丘陵沟壑区流域地貌特征及侵蚀产沙尺度研究

基于流域DEM,运用Arcinfo对流域的集水区进行划分,提取流域高程、坡度、不同级别的沟壑等信息,在EXCEL中对其进行分析处理,计算出不同集水区沟壑密度、平均坡度、流域相对高程等。对支沟、干沟两岸的地貌信息进行统计分析,发现岔巴沟右岸的平均坡度、相对高程分别比左岸大0.87°,2.28 m,蛇家沟右岸的平均坡度、相对高程分别比左岸大1.82°,4.86 m,支沟两岸的差异大于干沟。分别对毛沟,支沟、干沟的沟壑密度随面积的变化进行分析,发现沟壑密度随面积的增大,有可能增大,也有可能减小,变化情况与所提取沟壑的级别有关。结合相关的水沙资料、地貌信息,侵蚀产沙能量的变化情况,对产沙模数的空间尺度效应进行分析。分析发现,一般情况下产沙模数的大小与流域面积大小没有直接的关系,在沙源充足的流域主要取决于面积变化时,流域内所能提供侵蚀产沙能量的变化情况。     

紫色土区小流域侵蚀产沙对水土保持措施的响应

探讨降雨量与水土保持措施对流域水沙关系的影响,对流域水土流失预报和水土保持效益评价具有十分重要的科学意义,但在紫色土区这方面的研究还相当薄弱。以鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟实测降雨径流泥沙数据为基础,分析了水土保持措施对流域径流、泥沙及水沙关系的影响。结果表明:流域治理后期,降雨产流量变化率、降雨产沙量变化率均减小,随着降雨的增多,水土保持措施对径流、产沙的影响效应增强;暴雨强度愈小,降雨量愈少,水土保持径流拦蓄作用愈显著;但降雨量愈大,泥沙拦蓄作用愈显著;流域减水量一般在30%~70%,而减沙量都高于90%,减沙量明显高于减水量;由于水土保持综合治理的作用,1989年后的多年平均径流量较1989年前减少33.11%,多年平均产沙量减少90.50%。