坡面降雨侵蚀和径流侵蚀研究

降雨侵蚀过程包括径流侵蚀作用和雨滴打击作用两个方面,传统的单径流小区降雨试验难以区分二者对坡面侵蚀的贡献。通过双土槽人工降雨试验,研究了降雨侵蚀和径流侵蚀的关系及二者对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明;在坡度和降雨强度一定时,坡上方来水量引起坡下方侵蚀产沙量随着上方来水量的增大而增大;在坡度一致和坡面径流量基本相同时,降雨侵蚀产沙量大于供水径流的侵蚀产沙量,降雨强度增大１倍时,坡面侵蚀产沙量增大约５０     

降雨和径流条件下红壤坡面细沟侵蚀过程

为明确第四纪黏土发育红壤坡面侵蚀过程特征,采用人工模拟降雨和径流冲刷相结合试验,研究坡度、流量和降雨因素对坡面细沟侵蚀过程影响。结果表明:1)坡面侵蚀过程呈现明显阶段性,试验条件下侵蚀前3 min为层状面蚀为主的初始阶段,细沟出现后转变为细沟侵蚀为主的细沟发育阶段。降雨以及增加坡度和流量能加快细沟发育速度和侵蚀速率;2)各侵蚀阶段平均侵蚀速率关系为初始阶段细沟发育阶段细沟稳定阶段。初始阶段侵蚀速率对各水动力学参数响应关系为水流功率坡度水流剪切力单位水流功率=流速流量。细沟发育阶段平均侵蚀速率与水流功率、水流剪切力和坡度关系密切,而细沟稳定阶段侵蚀速率只与坡度和流量相关;3)水流功率是与初始阶段和细沟发育阶段关系最密切的水动力学参数,侵蚀初始阶段的层状面蚀、单独径流冲刷和降雨-径流作用下细沟侵蚀发生的临界水流功率分别为0.091、0.121、?1.691 N/(m·s)。试验在小尺度条件下初步揭示了红壤坡面细沟侵蚀过程特征,为南方红壤丘陵区土壤侵蚀预报模型和侵蚀防治提供理论参考。     

加拿大东部地区的降雨与径流侵蚀指数

本文根据加拿大东部地区魁北克和安大略两省两年一遇的6小时降雨,计算了该地区的降雨与径流侵蚀力指数.并依此绘出了等蚀线图.还推算了包括冬季和融雪情况影响的年侵蚀力指数.提出了侵蚀力指数的月分布情况.设计人员现正进一步进行研究,以探求更精确的、地理范围更大地区的降雨与径流侵蚀力指数.等蚀线图的使用将会促进加拿大东部地区的土壤侵蚀和水土保持研究.     

草本植被覆盖对坡面降雨径流侵蚀影响的试验研究

通过野外人工模拟降雨试验,研究了草本植被覆盖对坡面降雨径流侵蚀的影响,并从径流侵蚀功率和降雨侵蚀力两个方面对比分析了草本植被对坡面侵蚀动力的调控效果,结果表明草本植被覆盖深刻影响降雨侵蚀动力,并最终对坡面径流侵蚀量产生较大的影响。植被覆盖度为0%～60%时,产流产沙量随植被覆盖度的增加迅速降低,植被覆盖度>80%时,覆盖度的增加不能引起产流、产沙量的大幅度下降,植被水沙调控作用趋于稳定,确定本研究的临界植被覆盖度为60%～80%;以径流深和洪峰流量模数表示的坡面径流侵蚀功率以及降雨侵蚀力等侵蚀动力指标均与侵蚀产沙量呈正相关关系,但径流侵蚀功率与产沙量具有更强的相关性,说明径流侵蚀功率能更好地模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示植被覆盖度对侵蚀结果的影响,反映了临界植被覆盖度的存在,可以作为评价植被侵蚀动力调控效应的一个指标。     

黄土区野外模拟降雨条件下坡面径流—产沙试验研究

降雨及径流所引起的水力侵蚀产沙问题,是当今世界上最大的环境问题之一。通过野外模拟降雨试验,研究不同雨强下不同下垫面降雨侵蚀产流、产沙、入渗等的相关规律。研究结果表明:雨强90mm/h时,原生地径流量最大,达到28.4L/min,林草地径流量最小,在4.1～7.6L/min之间波动,雨强120mm/h时规律保持一致,原生地达到36.05L/min,林草地为6.85～10.88L/min;产沙量规律为荒地最大,林草地最小,荒地在两种雨强下产沙量分别为45.77～252.94g和52.76～162.48g,林草地分别为2.82～6.99g和7.33～40.24g;入渗规律为林草地最大,原生地最小,其中小雨强时林草地入渗率为1.18mm/min左右,原生地为0.09mm/min左右,大雨强时林草地为1.42mm/min左右,原生地为0.12mm/min左右。这些规律之间均有很好的相关性,产沙量与径流量大时其入渗率就小。说明地表有植被覆盖时可以增大入渗率,减小径流,产沙量。雨强不同时其规律保持一致。该研究对于深入理解流域产流产沙过程具有十分重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持,也可为今后水土保持与生态建设提供重要科学依据。     

模拟降雨条件下弃土堆置体侵蚀产沙试验研究

通过对生产建设项目弃土堆置体的野外调查及抽象概化,将抽象概化出的4类弃土堆置体作为研究对象,在室内模拟降雨条件下对不同弃土堆置类型的侵蚀产沙过程进行试验研究。结果表明:各类型弃土堆置体的入渗率、径流含沙量随降雨时间变化呈波动式减小,径流率随降雨时间变化呈波动式增大,侵蚀速率随降雨时间变化呈平缓型、多峰型2种变化趋势;产流时间与降雨强度呈负幂函数关系,平均入渗率、平均径流率、平均侵蚀速率与降雨强度呈线性关系,平均径流含沙量与降雨强度呈指数函数关系,总产沙量与总径流量呈线性关系。坡顶平台有车辆碾压的倾倒堆置在全部设计降雨强度条件下产流时间最短、平均入渗率均最低;当降雨强度从1.5mm/min提高到2.0mm/min时,总产沙量增大2.58倍,在降雨强度为2.0,2.5mm/min情况下,平均径流含沙量、平均侵蚀速率均明显大于其他堆置类型,且差异达到显著水平(P<0.05)。     

三峡库区坡地林草植被阻止降雨径流侵蚀

为了研究林草调控措施对坡面降雨径流侵蚀的影响及其对坡面侵蚀动力的调控效果,该文在重庆开县选择栾树+黄花槐、传统农作、植物篱、封山育林、自然恢复、经济林以及裸地对照7种林草治理措施并修建标准径流小区,通过观测产流产沙状况,分析比较其水土流失特征。结果表明:林草调控措施深刻影响降雨侵蚀动力,并对坡耕地径流侵蚀量产生较大的影响。林草调控措施中,均以裸地对照样地产流、产沙量最大,而以栾树+黄花槐和植物篱措施的产流、产沙最小,水土保持效果最为明显。以洪峰流量模数和径流深表示的坡面径流侵蚀功率与侵蚀产沙量呈正相关关系,说明径流侵蚀功率能够较好的模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示不同林草调控措施对侵蚀结果的影响,可以成为评价植被侵蚀动力调控效应的指标。在未来三峡库区植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种林草调控措施的逐步实施,重视和发展植被的恢复与重建,对于当地生态环境的改善和水土流失的治理具有重要的意义。     

移动降雨条件下坡面产流产沙过程试验研究

通过对降雨移动方向上不同雨强和降雨历时的研究,揭示移动降雨坡面产流产沙关系及其变化规律,采用2个降雨移动方向(沿径流向上和向下移动)、2个雨强(1.35,2.75mm/min)和2个降雨历时(60,120min)在室内进行模拟移动降雨试验,分析不同降雨移动方向、不同雨强和降雨历时坡面产流产沙特征。结果表明:(1)向上移动降雨,相同历时(相同雨强)条件下,大雨强(长降雨历时)初始产流时间为140s(240s),比小雨强(短降雨历时)提前165s(65s)。(2)向下移动降雨,雨强越大,降雨历时越短,产流产沙曲线越陡峭;产流量和产沙量达到峰值的时间一致。(3)与向上移动降雨相比,向下移动降雨初始产流平均时间、产流和产沙达到峰值的平均时间分别滞后了2 210,2 468,2 948s;产流总量和产沙总量分别减少了13.08%~74.90%和42.95%~84.24%,但产流和产沙峰值大小没有明显变化规律。(4)不同降雨移动方向,坡面累计产沙量和累计产流量之间的函数表达式不同。     

东北地区降雨-径流侵蚀力研究

降雨-径流侵蚀力反映了降雨和融雪及其径流潜在的侵蚀能力。东北地区融雪侵蚀十分显著,进行土壤侵蚀预报时,需要计算降雨侵蚀力,也要求推算融雪径流侵蚀力。利用21个典型流域水文站径流泥沙资料及相应雨量站点资料,推导融雪径流侵蚀力（Rw）估算方法;利用全区234个气象站降水资料,提出了不同类型降水资料计算年降雨-径流侵蚀力（Rτ）的方法,并分析其空间分布特征。结果表明：在降雪量占年降水量≥10％的地区,融雪径流侵蚀力可利用多年平均11-翌年4月降水量P11-4估算：Rw=33.124P^0.5845 11-4;若有逐日降水量资料,则可在计算出融雪径流侵蚀力基础上,利用日降雨量计算降雨侵蚀力（R）,二者之和为年降雨-径流侵蚀力（Rτ）;若无逐日降水资料,则可采用平均年降雨量P计算年降雨-径流侵蚀力,Rτ=0.0668P^1.626.6;本区Rτ值变化于523.3-8243.4MJ·mm／（hm^2·h·a）之间,大致从西北向东南递增。研究成果有助于提高土壤侵蚀预报精度,为本区水土保持规划提供依据。     

黄土坡面径流冲剧侵蚀试验研究

通过径流冲刷试验，运用能量守恒原理，分析了坡面土壤侵蚀率（Dr)与径流能耗（ΔE）之间的关系，建立了给定土壤条件下坡面土 侵蚀率估算模型，结果表明，坡面土壤侵蚀的发生具有一定的临界能量条件，以径流能耗作为土壤侵蚀形成的临界参数具有明确的物理意义，当径流能耗大于7．387J时坡面开始有侵蚀发生。     

降雨强度、坡度及坡长对细沟侵蚀的交互效应分析

为了对细沟侵蚀影像因素的交互效应分析方法进行探索,通过2个降雨强度(1.5和2 mm/min)、4个坡度(10°、15°、20°、25°)和2个模拟坡长(5、10 m)进行室内模拟降雨试验,采用回归分析的方法来探讨降雨强度、坡度及坡长对坡面产流、产沙及水流速度是否存在交互效应。结果显示:1)以单宽产流速率作为试验中坡面产流的表征指标,对其有显著影响的是降雨强度、坡度的主效应,以及坡长坡度的交互效应;2)含沙量是由降雨强度及坡度共同作用的结果;3)细沟间片流流速主要受降雨强度、坡度、距坡顶距离主效应的促进影响,无交互效应存在,而细沟间水流的变化中不仅有3因素的正向主效应影响,而且坡度与距离的交互效应也对其影响显著,但此交互效应表现为负。     

降雨和上方来水条件下工程堆积体坡面土壤侵蚀特征

定量分析降雨和上方来水共同作用下堆积体坡面产流产沙过程,对于完善多驱动力条件下堆积体坡面土壤侵蚀特征具有重要意义。该研究运用人工模拟降雨和冲刷试验,在野外径流小区（7 m×1 m×0.5 m,坡度36°）上分别开展5个降雨强度（40、50、70、100、120 mm/h）、4个上方来水强度（10、15、20、25 L/min）单独作用及共同作用下坡面土壤侵蚀过程试验,比较2种驱动力单独作用及共同下堆积体坡面土壤侵蚀与形态特征。结果表明：1）降雨条件下,堆积体坡面侵蚀过程呈现阶段性差异发育,中小雨强（40、50和70 mm/h）条件下,产流率和产沙率随历时延续呈现2个不同阶段（波动、平稳）,侵蚀形态为不连续跌坎,大雨强（100和120 mm/h）条件下,产流率和产沙率随历时的延续呈现3个不同阶段（波动、平稳、剧烈）,坡面侵蚀形态为细沟。2）上方来水条件下,堆积体坡面侵蚀过程呈现相对平稳发育,坡面侵蚀形态均为细沟。3）上方来水与降雨共同作用下,堆积体坡面侵蚀过程呈现剧烈波动发育,产沙率随历时的延续呈现持续\     

纳米碳对不同植被覆盖下黄土坡地降雨侵蚀的抑制效果

纳米碳对黄土高原地区土壤水分运动具有显著影响。该文基于野外人工模拟降雨试验,研究了不同植被覆盖(空地、柠条、苜蓿、黄豆和玉米)条件下,在黄土坡面上中下位置条施不同质量分数纳米碳(0、0.1%、0.5%、0.7%和1.0%)对坡地产流产沙过程的影响。该文试验设计1.0 m×1.0 m降雨小区,前期在小区坡面种植植被以及埋入不同质量分数纳米碳,其中未做植被覆盖处理和未施加纳米碳的小区作为对照,共25个试验小区。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,雨强为60 mm/h,降雨历时40 min。降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究在不同植被覆盖条件下纳米碳对黄土区坡地径流与泥沙的调控机理影响。研究结果显示,在土壤中施入纳米碳,对坡面初始产流时间的影响显著。随着施入纳米碳质量分数的增加,不同植被覆盖的初始产流时间总体随之增加,在4种植被覆盖中,苜蓿延缓产流时间效果最明显,较之空白对照最大增加了287.1%。纳米碳的施入,使各植被覆盖中坡面径流量明显降低,施入不同质量分数纳米碳,各植被覆盖中减流效果最显著的仍为苜蓿,径流量较之对照减少了66.47%,而空地、柠条、黄豆、玉米这4种处理减流幅度均在31.5%~33.6%之间。同时,纳米碳对于坡面径流减沙效果亦非常显著。施入纳米碳后,各植被减沙效果排序依次是:苜蓿柠条玉米黄豆。通过纳米碳对产流产沙量的影响进行相关性分析,得出纳米碳对试验结果具有显著的影响;在水土流失调控效果评价值影响分析中,纳米碳对水土流失调控效果较合适的质量分数为0.5%。综上,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区水土流失的治理具有积极作用。     

雨强和坡度对红壤坡耕地地表径流及壤中流的影响

地表径流和壤中流是坡面重要水文过程,雨强和坡度是影响坡面地表径流和壤中流产流主要因素。为研究降雨强度和地表坡度对坡耕地地表径流和壤中流的影响,该文采用人工模拟降雨试验法,在长3.0 m、宽1.5 m、深0.5 m土槽,设计4个不同坡度(5°、10°、15°、20°)和3个不同雨强(30、60、90 mm/h)对红壤坡耕地地表径流及壤中流产流过程进行模拟试验。结果表明:1)壤中流开始产流时间滞后于地表径流,降雨强度从30到90 mm/h,地表径流、壤中流产流开始时间均随雨强增大而减小,壤中流比地表产流开始滞后时间随着雨强增大先增大后趋于稳定;2)地表径流强度随雨强增大而增大,壤中流初始径流强度随雨强增大而增大,不同雨强下壤中流径流峰值相近;3)地表径流和壤中流产流过程曲线有明显差异,地表径流产流过程线先增大后趋于稳定,壤中流产流过程线呈抛物线型即先增大后减小;4)从5°到20°,地表产流开始时间随坡度增大而减小,壤中流产流开始时间随坡度增大先减小后增大;5)从5°到20°,地表径流强度先增大后减小,10°为转折坡度,壤中流产流峰值随坡度增大而减小,并且随着坡度增大达到壤中流峰值时间不断减小。     

晋西黄绵土坡面细沟形态及其对产流产沙的影响

基于室内人工模拟降雨试验方法,选取细沟密度、细沟割裂度和细沟宽深比3个细沟形态指标,对晋西黄绵土坡面细沟形态演变特征进行分析,并探讨了降雨条件下不同坡长坡面细沟形态对产流产沙规律的影响。结果表明,晋西黄绵土坡面细沟形态演变过程为:先形成跌坎,跌坎贯穿发育为细沟,再形成细沟网,最后发生细沟崩塌。细沟密度与割裂度均随坡长和雨强的增大而增大,细沟宽深比随二者的增大而减小;坡长对细沟密度和细沟宽深比的影响较雨强敏感,而降雨强度对细沟割裂度的影响更加敏感。坡面平均产流率随坡长的变化可用线性函数描述(R20.95),平均产沙率随坡长的变化可用幂函数描述(R20.96),二者均随坡长和雨强的增大而增大。相关性分析表明,产流产沙率与细沟割裂度在0.01水平上呈极显著正相关,相关系数均大于0.97,与细沟密度在0.05水平上呈显著正相关,相关系数均大于0.70。     

Upslope inflow,hillslope gradient and rainfall intensity impacts on ephemeral gully erosion

Ephemeral gullies (EGs) are major contributors to sediment loss and land degradation on cultivated lands. However, the topography and rainfall impacts on EG development processes are still unclear, especially on steep loessial hillslopes such as the Loess Plateau. A series of laboratory rainfall simulation experiments were conducted to investigate the impacts of topographic characteristics (3 typical slope gradients (S ): 26.8%, 36.4%, and 46.6%; and 5 upslope drainage areas (A ): 16, 32, 64, 96, and 128 m²) and rainfall intensities (3 representative erosive rainfall intensities 50, 75, and 100 mm hr⁻¹) on EG erosion on a steep loessial hillslope. A large slope adjustable soil pan (8 m‐long, 2 m‐wide, and 0.6 m‐deep) and a side‐sprinkler rainfall simulation system were used in this study. The results showed that soil loss increased when rainfall intensity, slope, and upslope drainage area increased. Upslope topography and inflow had great impacts on downslope EG erosion, and the contribution percentages ranged from 52.2% to 74.1%, from 48.3% to 71.4%, and from 29.5% to 66.7% for the 50, 75, and 100 mm hr⁻¹ rainfall treatments, respectively. Runoff velocities with upslope inflow were 22.7% to 79.4% larger than those without inflow, and the upslope inflow was more effective than rainfall intensity in increasing runoff velocities in EG channels, thus caused more soil erosion. Soil loss equation based on rainfall intensity and AS ² (product of the upslope drainage area and the square of the local slope gradient) was established and validated. The determination coefficient (R ² ) and Nash–Sutcliffe simulation efficiency (E _NS ) were 0.80 and 0.87, which showed satisfactory accuracy. This equation can be used to predict the EG erosion in various topographic and rainfall conditions on steep loessial hillslopes.     

降雨类型对北方土石山区坡面土壤侵蚀的影响

该文基于北京市房山区蒲洼径流小区2013-2015年观测的105场自然降雨,采用实测水文数据与WEPP模型模拟降雨侵蚀过程相结合的方法,对比了北方土石山区不同雨型下的坡面土壤侵蚀差异。结果表明:1)自然降雨中,单场降雨的侵蚀能力表现为B型雨(低频率、短历时、中雨量、大雨强)A型雨(中频率、长历时、大雨量、中雨强)C型雨(高频率、中历时、小雨量、小雨强),其中,侵蚀性降雨中A型雨降雨频率最高、对研究区土壤侵蚀的累计贡献率最大;而C型雨几乎不会引发土壤侵蚀。2)诱发北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀的临界雨量为8 mm、临界雨强为9.5 mm/h。3)利用WEPP模型通过设置最大30 min雨强I30出现的不同时间将3类雨型进一步划分为4个子雨型,结果表明同一雨强出现的降雨时序差异会影响土壤侵蚀的发生程度,且子雨型下土壤侵蚀量整体表现为递增型峰值型递减型均值型,其中A型雨4个子雨型下侵蚀量差异最显著。研究结果可为北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀预报模型的建立及土壤侵蚀防治提供参考依据。     

放水冲刷条件下工程堆积体边坡径流侵蚀水动力学特性

煤炭开采过程形成的工程堆积体可导致严重水土流失。该文以重庆市煤矿工程堆积体为研究对象,该文采用土工试验方法和野外实地放水冲刷试验研究了煤矿工程堆积体边坡径流侵蚀特征及其临界水动力条件。结果表明：1）随着径流侵蚀冲刷过程进行,工程堆积体边坡的径流流速、径流剪切力和径流功率均呈现出程度不一波动现象,其变化范围分别为0.187～0.526 m/s、24.336～126.542 Pa、2.763～46.861 N/(m·s),而阻力系数在2.236～19.337之间波动变化。2）除10 L/min放水条件,工程堆积体边坡产流率、产沙率随径流冲刷过程呈先增加、后稳定变化趋势;在不同放水条件（10～30 L/min）下,边坡产流率依次趋于0.5、3.0、3.8、6.3和9.0 L/min,而产沙率在0～27.51 kg/min之间变化,土壤剥蚀率在9.570～4616.064 g/(m2·min)。3）不同坡度工程堆积体边坡临界径流剪切力及径流功率存在较大差异,面蚀阶段临界径流剪切力和临界径流功率以30°堆积体最小,分别为23.95 Pa和1.76 N/(m·s);而细沟侵蚀阶段以25°堆积体临界径流剪切力最小,以40°堆积体临界径流功率最小;土壤侵蚀速率与径流剪切力、径流功率之间具有显著线性关系。4）在放水条件下（10～30 L/min）,工程堆积体径流侵蚀临界坡度分别为34.8°、35°、33.7°、34°、35.2°。研究结果可为煤矿工程堆积体水土流失量预测、水土保持生态修复措施布置提供技术参数和依据。     

降雨条件下地表糙度对片蚀的影响及其变化

为了进一步明确地表糙度在片蚀过程中的效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就场降雨和连续降雨条件下,地表糙度对片蚀的影响及其变化进行了研究。结果表明,场降雨条件下,实施人为管理措施坡面的径流与产沙量均低于对照坡面;在雨强0.67 mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与侵蚀量呈先减小、后趋于稳定的变化趋势;而在雨强1.63 mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与产沙量却呈一直减小的变化趋势。在雨强0.67 mm/min条件下,耙耱地、人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度均呈减小的变化趋势,而人工锄耕坡面的地表糙度呈增加的变化趋势;在雨强1.63 mm/min条件下,人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度呈减小的变化趋势,人工锄耕、耙耱地坡面的地表糙度却呈增加的变化趋势;对照坡面地表糙度的变化,与耙耱地相反。连续降雨条件下,在前二次降雨作用下,坡面的径流量与产沙量随地表糙度的增加而逐渐减小,且均低于对照坡面;在第三次降雨条件下,径流与侵蚀产沙量变化较为复杂,且实施人为管理措施坡面均高于对照坡面。不同降雨条件下,实施人为管理措施坡面地表糙度对片蚀具有一定的抑制效应,且坡面片蚀的发展与地表糙度间的变化表现出相应的互动作用。该文研究结果为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也为黄土高原坡耕地的水土流失治理奠定理论基础。