基于RUSLE的北洛河上游流域侵蚀产沙模拟研究

以RS、GIS和RUSLE模型结合SEDD模型,分析了退耕还林前后北洛河上游流域1990年、2000年和2010年土壤侵蚀强度和产沙量的时空变化特征。结果表明:3个时期年平均土壤侵蚀模数分别为18189.72,7 408.93,2 857.76t/(km~2·a),年均输沙模数分别为14 093.31,5 997.65,2 394.37t/(km~2·a),均呈减小趋势。3个时期的土壤侵蚀量在地形上的分布表现出趋同性,即高程上均在1 475~1 575m内平均侵蚀模数和侵蚀量表现出最大值。随着坡度增加,平均侵蚀模数增加,流域内75%以上的侵蚀量均来自于坡度15°区域。3个时期平均侵蚀模数均遵循阳坡半阳坡半阴坡阴坡的规律。研究为该区域生态环境建设效益评价及水土资源合理利用提供有益信息。     

基于混合产流模式的黄土高原流域水沙过程耦合模拟

为深入理解黄土高原干旱半干旱地区复杂地貌条件下流域水沙运移规律。基于垂向混合产流机理和运动波方程,构建分布式流域水文模型,耦合流域土壤侵蚀和泥沙输移过程模拟模块,并考虑梯田对水沙过程的影响,建立适用于黄土高原的分布式流域水沙过程模型。选取黄土高原延河支流西川河流域多年实测场次洪水过程的径流泥沙资料,对模型进行率定和验证。径流模拟的纳什效率系数在0.56以上,平均值超过0.70,模拟次洪过程的峰形、峰值、峰现时间与实测过程具有较好的一致性;侵蚀产输沙模拟精度较低,其纳什效率系数均值率定期为0.79,但验证期仅为0.45,模拟结果整体趋势与实测值较一致,但输沙量模拟峰值比实测值偏低。模型可以较精确地模拟黄土高原流域洪水产汇流过程,但输沙量模拟值偏低,一方面由于产汇流模块的误差传递;另一方面,对重力侵蚀考虑不足。因此,未来模型将考虑滑坡、崩塌等重力侵蚀过程,提升模拟精度和效率,为流域水沙过程模拟与流域综合治理提供有效工具。     

黄土高原不同侵蚀类型区侵蚀产沙强度变化及其治理目标

为了确定黄土高原不同侵蚀类型区的治理目标,采取"水文—地貌法",利用98个水文站控制区和234个侵蚀产沙单元,在分析其不同治理阶段土壤侵蚀产沙变化特征与减沙幅度,不同侵蚀强度面积的变化及其空间分布的基础上,提出了未来20a黄土高原主要流失区的区域治理目标:土壤流失量控制在3.60×108 t左右,土壤侵蚀模数1 300 t/(km2.a)左右。其中,黄土峁状丘陵沟壑区为3 000t/(km2.a),黄土梁状丘陵沟壑区为2 000t/(km2.a),干旱黄土丘陵沟壑区为2 000t/(km2.a),黄土平岗丘陵沟壑区为1 000t/(km2.a),风沙黄土丘陵沟壑区为1 000t/(km2.a),黄土山麓丘陵沟壑区为1 000t/(km2.a),森林黄土丘陵沟壑区为300t/(km2.a),黄土高塬沟壑区为1 500t/(km2.a),黄土残塬沟壑区为3 000t/(km2.a),黄土阶地区为500t/(km2.a),风沙草原区为500t/(km2.a),高原土石山区为100t/(km2.a)。未来20a黄土高原的治理重点区域为黄土峁状丘陵沟壑区(2.20×104 km2)、干旱黄土丘陵沟壑区(1.50×104 km2)、黄土高塬沟壑区(8 600km2)、黄土梁状丘陵沟壑区(4 600km2)。     

黄土高原小流域植被恢复的土壤侵蚀效应评估

植被建设是治理土壤侵蚀的重要途径,特别是坡面土壤侵蚀。退耕还林还草是黄土高原乃至全国最大规模的植被建设工程,黄土高原是该工程的重点地区之一。小流域是土壤侵蚀综合治理的基本单元。通过退耕还林工程实施前后小流域土壤侵蚀的模拟和分析,可以为植被建设成效评估和调整治理策略提供参考。运用修正土壤流失方程RUSLE,在ARCGIS10.2平台下模拟了羊圈沟小流域1984年、1996年、2006年、2012年和2014年5个年份的土壤侵蚀,评估了退耕还林前后黄土高原小流域植被恢复对土壤侵蚀的影响。降雨侵蚀力R利用延安气象站30年(1984—2014年,除1999年外)的日降雨数据计算,LS因子利用将矢量化的1∶5 000地形图插值生成DEM提取;土壤可蚀性K因子利用2006年实测土壤理化数据计算,总结概括前人研究成果获取C、P因子值。研究结果表明:(1)各坡度带侵蚀都显著减弱,15°~25°,25°~35°和35°坡度带是中度以上侵蚀发生的主要区域。1984—2014年3种坡度带的侵蚀面积之和分别占总面积的44.93%,42.65%,35.78%,23.23%和22.98%;(2)退耕还林前后相比,土壤侵蚀强度显著降低:中度以上侵蚀面积急剧减少,土壤侵蚀转变为以微度、轻度和中度侵蚀为主,3类侵蚀面积之和在2006年、2012年和2014年分别占总侵蚀面积的26.53%,44.24%和43.47%;(3)土壤侵蚀模数呈现减小的趋势,从1984年到2014年,土壤侵蚀强度从15 327.57t/(km2·a)降至3 270.19t/(km2·a),降低70%以上。总体上,土壤侵蚀明显降低,表明植被建设有效遏制了土壤侵蚀,退耕还林工程对水土保持和治理土壤侵蚀起到了显著的效果。     

数据挖掘技术在黄土高原沟壑区产流产沙模型中的应用

对黄土高原沟壑区典型小流域农坡地径流场1018组降雨、产流、产沙实测资料使用回归分析作为数学建模的方法,并结合数据挖掘技术对数据进行预处理,达到了优化模型的效果。研究结果表明,此方法可以使模型的定量研究过程得到优化,提高降雨侵蚀数学模型的方程解释能力。     

基于MIKE模型的不同淤地坝型组合情景对小流域侵蚀动力和输沙量的影响

为科学认识黄土高原淤地坝建设对小流域侵蚀动力过程的影响,通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了王茂沟流域的洪水过程,并计算了流域主沟不同断面的侵蚀动力参数和不同坝型组合的减沙效益。结果表明:(1)淤地坝建设在不同程度上改变了小流域沟道的侵蚀动力分布,坝系建成后沟道的侵蚀动力参数减幅最大。(2)小流域径流侵蚀功率表现为上中游剧烈变化,下游趋于稳定,且下游径流侵蚀功率明显小于上游。(3)淤地坝建设可以有效减小流域的输沙量,其中单独建设骨干、中型、小型坝相比流域未建坝时,输沙模数分别减少24.74%,47.11%,64.11%;流域坝系建成后减沙效益最明显,流域输沙量减少83.92%。研究成果可为黄土高原淤地坝减沙效益评估提供科学参考。     

黄土高原沟壑区土壤侵蚀评价指标体系——以中国王东沟流域为例

The Wangdonggou Watershed on the Loess Plateau in China was selected as the study area to develop a model for soil erosion assessments. Using the data collected at 20 sampling sites all tentatively selected indicators were assessed against their corresponding erosion intensity through a correlation analysis. Eight highly correlated indicators were then chosen for the soil erosion assessment. In addition, threshold limits to delineate the class size for these indicators and weights to rank them were determined. Next, a grading model incorporating the selected indicators class rating and their associated weights was developed and verified by an on site evaluation of the soil erosion intensity in the study area. Results of the verification showed that the overall accuracy of the indicator system for assessing soil erosion in the Loess Plateau gully regions could reach 85%.     

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。     

黄土高原坡沟系统土壤侵蚀研究进展

坡沟系统是黄土高原重要的流域组成单元,是小流域侵蚀产沙的主要源地,又是控制水土流失、恢复与重建生态环境的基本治理单元,对其侵蚀现象与规律的探究,可为黄土高原地区土壤侵蚀治理措施的优化配置提供重要科学依据.对黄土高原坡沟系统的侵蚀方式、侵蚀形态的垂直分带性、坡沟系统侵蚀泥沙的来源、上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀的影响、草被覆盖及其空间分布对坡沟系统侵蚀影响、淤地坝在坡沟系统土壤侵蚀研究中的应用等进行综述,指出在今后的研究中需要进一步开展侵蚀垂直分带结果和上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀影响的定量分析,加强坡沟系统侵蚀泥沙来源、淤地坝对坡沟系统土壤侵蚀影响以及野外原状坡沟系统草被覆盖和空间分布对坡沟系统侵蚀影响的研究.     

黄土高原细沟产生的动力基础分析

地表径流是坡面水蚀的主要动力。自然坡面的非均匀性导致径流集中 ,由此引起径流流速变化及单宽流量所具有的能量增加。单宽流量所具有的能量 ,与原坡面宽度B和径流集中后宽度b比值的三次方成正比。径流集中导致过流断面土体发生剪切破坏 ,形成明显的水路和侵蚀细沟。介绍了细沟形成的机理。     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式下小流域侵蚀产沙特征

为进一步优化和合理配置水土保持措施,以黄土丘陵沟壑区3个不同土地利用方式下的坝控小流域为例,基于人工探槽取样、淤积层次甄别及与产流降雨事件的对应关系,结合1:10000早期地形图与全站仪测量,拟合库容曲线来估算淤地坝泥沙淤积量,进而反演坝控流域的产沙模数变化特征.结果表明:(1)延河马家沟3个不同土地利用方式下的洞儿沟...     

基于GIS的黄土高原小流域土壤侵蚀定量评价

以小流域为单元进行土壤侵蚀量的定量评价研究,是探索土壤流失规律和评价流域治理效益的一个重要途径和内容。根据修正通用土壤流失方程（RUSLE）,在ArcGIS软件平台下,以QuickBird遥感影像作为主要数据源,计算了黄土高原南小河沟小流域土壤侵蚀量并定量分析了土壤侵蚀量与坡度和土地利用的关系。结果表明:南小河沟小流域年土壤侵蚀量88 504.2 t/a,平均土壤侵蚀模数为2 438.98 t/（km²·a）,属于轻度接近于中度侵蚀强度,土壤侵蚀得到有效控制。随着坡度的增大土壤侵蚀量明显增加,>25°区域产生全流域80%以上的土壤侵蚀量。不同植被类型的土壤侵蚀模数依次为:天然草地>未成林地>疏林地>灌木林地>人工草地>乔木林地。改善疏林地、未成林地和天然草地的结构,加强难利用地和荒坡地的治理,提高植被覆盖度,是降低土壤侵蚀量的主要途径。     

大理河流域土壤侵蚀空间分布的地貌特征研究

以GIS为平台,结合第2次遥感调查黄土高原土壤侵蚀数据库,对大理河流域土壤侵蚀空间分布的地貌特征进行了研究。结果表明:水力侵蚀是大理河流域土壤侵蚀的主要形式。各种强度水力侵蚀空间分布的高程特征呈现峰值现象,其中强度以上水力侵蚀面积集中分布于1 240 m高程左右。各种强度水力侵蚀的面积比重,随着坡度的增加呈现先增大后减小的趋势,25°左右存在一个侵蚀临界坡度。临界坡度值随着侵蚀强度的增强而增大。坡向特征呈现双峰现象,其中东北与西南坡向是大理河流域的优势坡向,强度以上水力侵蚀在东北坡向的分布比重大于西南坡向。大理河流域土壤侵蚀存在一个30 m左右临界起伏度。土壤侵蚀强度的变化对起伏度的变化不敏感。此结论为进一步研究流域水土流失动态模拟与区域生态环境长期演变提供了新思路和新角度。     

Temporal Variations of Flow–sediment Relationships in a Highly Erodible Catchment of the Loess Plateau,China

The flow–sediment relationship is important to understand the soil erosion and land degradation processes in severe eroded areas. This study researches on variations of streamflow, sediment load, and flow–sediment relationship on multi‐temporal scales (annual, flood season and, monthly scales) in a highly erodible catchment of Chinese Loess Plateau. The results demonstrated that the streamflow, sediment load, sediment concentration, runoff coefficient, and sediment coefficient all experienced evident reductions, and the decrease in the middle and downstream stations was more significant compared with the upstream stations. The land use changes and implementation of soil and water conservation measures played major role for the streamflow and sediment load reductions with respect to precipitation change, and the runoff coefficient and sediment coefficient linearly decreased with the percentage of conservation measure area. The runoff‐sediment yield relationship on annual, flood season, and monthly scales could be generally characterized by the linear function, and the slopes during the post‐change period was lower than those during the pre‐change period of sediment load. The sediment concentration–streamflow discharge relationship represented consistent form over the entire study period, and the logarithmic function was appropriate to describe the relationships on the three timescales. The decrease of sediment concentration contributed greatest (60·7%) to sediment reduction compared with runoff productivity of rainfall (30·2%) and precipitation (9·1%). Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄土高原表层土壤孔隙性状与穿透阻力对藓结皮发育的响应

为探明生物结皮如何改善土壤物理性质从而促进水土保持,针对黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮,以无结皮为对照,原状取样后分别使用高分辨率CT扫描仪和高精度土壤贯入仪测定其孔隙性状与穿透阻力,并构建结构方程模型剖析生物结皮对土壤孔隙度和穿透阻力的作用途径。结果表明:藓结皮发育改变土壤孔隙特征参数,并显著提高表层0—2 cm土壤总孔隙度(p＝0.01),在此土层内,风沙土和黄绵土上藓结皮的总孔隙度比无结皮分别增加1.62,2.12倍,且藓结皮的孔隙度随土层深度增加呈指数降低。藓结皮和无结皮的土壤面孔率在0—1 cm土层内均急剧下降,但藓结皮整体面孔率显著高于无结皮(p＜0.001)。随土层深度增加,藓结皮的土壤穿透阻力总体呈增大趋势,但在结皮层中部发生突变,越过结皮层后趋于平稳。在2种土壤上,藓结皮的面孔率与穿透阻力均呈对数负相关关系,无结皮中则分别呈线性正相关和对数负相关关系。黄土高原藓结皮通过改变孔隙度和机械组成等间接途径,极显著地提升表层土壤穿透阻力,增强土壤表面稳定性,为区域水土保持和生态恢复提供有利条件。     

黄土高原沟壑区小流域不同植被覆被对土壤性质的影响

为揭示不同植被覆盖对土壤性质的影响,运用野外调查和室内分析的方法对南小河沟流域不同植被覆盖土壤13种基本性质及土壤质量进行研究,结果发现:草地土壤物理结构在三种植被恢复土壤中为最佳。不同植被恢复土壤养分含量在剖面中均具有不等的表聚性,土壤有机质、全氮、矿质氮、速效钾和CEC在剖面中均表现为随土层加深而降低,pH随土层加深而增加,而全磷则无太大规律。在相同土层,不同植被恢复土壤表现不一。51 a的油松林地0-105 cm土层土壤质量均有明显提高,51 a的刺槐林地0-45 cm土层土壤质量有所改善,而45-105 cm土层土壤质量则有所退化。     

黄土丘陵沟壑区山坡道路防蚀措施初步研究

山坡道路连接农田、果园 ,对山区经济发展有重要作用。黄土高原山坡道路存在严重的水土流失 ,侵蚀方式主要有沟蚀、泻溜、崩塌、陷穴、悬沟侵蚀与滑坡等。山坡道路网应按照小流域综合治理规划合理布置 ,其主要防护措施 :①修筑梯田 ,防止坡面径流冲刷道路 ;②将路面整修成拱形以分散径流 ;③在道路内侧修蓄水窑窖 ,拦蓄径流 ;④路面及边坡栽植草灌 ,防止雨水冲刷     

黄土丘陵区人工造林对不同土壤类型理化特性的影响

传统的观点认为黄土高原地区除了黄绵土以外,其他两种土壤(红黏土和风化岩沫土)由于营养贫瘠不能维持林木生长发育,不宜进行人工造林。为了拓展黄土丘陵区适宜人工造林的土壤范围,1996-2005年,在陕西省延安市黄土丘陵区开展了土壤类型对人工造林影响的实验研究。结果表明,由于人工植被过度消耗土壤水分,黄绵土土壤地类大面积人工造林可能导致土壤水分短缺以及其它潜在的一系列风险。在红黏土和风化岩沫土土壤地类开展人工造林,单一树种的成活率与黄绵土接近、混交林成活率显著高于黄绵土,这两种土壤类型人工造林对土壤水分影响相对较小。因此,在水分条件适中的沟谷两岸,红黏土和风化岩沫土土壤地类具有开展人工造林的良好条件。     

中国黄土高原丘陵沟壑区退耕地植被分布的影响因子研究

A study was conducted in the forest-steppe region of the Loess Plateau to provide insight into the factors affecting the process of vegetation establishment, and to provide recommendations for the selection of indigenous species in order to speed up the succession process and to allow the establishment of vegetation more resistant to soil erosion. Four distinctive vegetation types were identified, and their distribution was affected not only by the time since abandonment but also by other environmental factors, mainly soil water and total P in the upper soil layers. One of the vegetation types, dominated by Artemisia scoparia, formed the early successional stage after abandonment while the other three types formed later successional stages with their distribution determined by the soil water content and total P. It can be concluded that the selection of appropriate species for introduction to accelerate succession should be determined by the local conditions and especially the total P concentration and soil water content.