美国有关树木控制岸蚀的研究

利用航片可以研究河岸植被类型、河道类形、土壤类型对河岸变化的影响。横向的河岸侵蚀与植被类型、土壤类型密切相关。农地的侵蚀量最大 ,林地的侵蚀量最小 ,沙土的侵蚀量比粉沙的大。河道、土壤与植被的交互作用、土壤与河道的交互作用对河岸侵蚀无显著影响。但河道与植被的交互作用对河岸侵蚀有显著影响。河道曲率半径、宽度、半径与宽度之比对侵蚀无显著影响 ,在特大洪水中 ,树木能有效地防止侵蚀 ,保持河岸稳定     

植被根系对干旱内陆河流岸坡冲刷过程影响的模拟研究

为探讨植被根系对干旱内陆河流岸坡冲刷过程的定量影响,以塔里木河为研究对象,采用BSTEM模型模拟分析的方法,模拟了8个典型岸坡在2016—2017连续2个水文年的冲刷过程,重点分析骆驼刺、红柳、芦苇、甘草、胡杨、白刺等6种典型荒漠植被根系对河岸冲刷过程的定量影响。结果表明：(1)塔里木河河岸崩塌基本发生于落水期和枯水期,岸坡稳定性在水文年内呈周期性变化,枯水期和涨水期安全系数F_s略有波动,整体上呈稳定状态,河岸稳定,在洪水期高水位处F_s短暂升高,随后随着水流的冲刷淘蚀以及水位下降,F_s不断下降,直至河岸崩塌,随后进入下一个水文年的循环;(2)植被根系在不同水位时期对稳定性的提升效果不同,具体表现为洪水期>涨水期>枯水期>落水期;(3)不同植被对稳定性增强的差异也较大,表现为白刺>骆驼刺>甘草>红柳>胡杨>芦苇;(4)植被根系在不同水位时期对河岸冲刷量的减少效果不同,表现为落水期>洪水期>涨水期>枯水期。根系存在河岸冲刷量减少0.77%～49.36%,且不同...     

干湿交替对长江荆江段典型断面岸滩土体力学性能的影响

河道水位水文年内的动态变化使得河岸土体处于干湿交替的状态。为研究干湿交替对粘性岸滩土体力学性能及河岸稳定性的影响,以长江荆江段8个典型崩岸断面岸滩的粘性土体为研究对象。采用历史资料分析、实地勘察取样、室内土工试验、BSTEM模型模拟相结合的方法,分析了上、下荆江河岸土体组成及力学特性,并且定量研究了干湿交替条件下粘性岸滩土体力学性能的变化;运用BSTEM模型对荆61和北门口断面在2013水文年内的崩岸过程进行了模拟,并分析了干、湿条件下土体抗剪强度指标对河岸稳定性的影响。结果表明:随着土体含水率的增加,粘聚力先增大后减小,而内摩擦角呈指数关系减小,并得出含水率与粘聚力和内摩擦角的定量关系式;2个断面计算崩塌宽度与实际一致,误差分别为1.69%和3.74%;干湿交替情况下安全系数值主要受土体粘聚力值的影响,并分别得到了2个典型断面粘聚力和内摩擦角与安全系数的一元线性关系。这样已知河岸土体含水率时,就可以通过关系式计算得出土体的粘聚力和内摩擦角,从而得出安全系数,判断河岸稳定性。     

河岸缓冲带植被布局对氮流失的影响

河岸缓冲带（Rriver Buffer Strips,RBSs）已被证明能有效拦截水流并去除氮,该研究旨在揭示缓冲带不同配置的脱氮效果的影响。实地布置河岸植被缓冲带,开展地下径流试验。缓冲带设置3种不同植物种类（水曲柳,五叶枫,杨树）,和不同宽度（5、10、20、30 m）,河岸坡度为3%,树木密度为540株/hm2。在此条件下,研究各类河岸植被缓冲带对地下径流铵态氮、硝态氮和总氮的截留效果。结果表明：20 m宽度河岸植被缓冲带能很好地截留各形态氮素。30 m宽度下,河岸植被缓冲带径流水中的铵态氮、硝态氮和总氮的截留率最高,分别为70.4%、67.7%和69.1%。在不同植物种类缓冲带比较中,杨树可显著降低径流铵态氮和总氮浓度,水曲柳可显著降低径流硝态氮浓度。在宽度与不同植物种类的交互关系中,20 m宽度杨树缓冲带对铵态氮和硝态氮的截留率最高,其各自的截留率为71.9%、64.2%,30 m宽度杨树缓冲带对总氮的截留率最高,为62.1%。研究结果可为东北地区中小型河流河岸缓冲设计最大化截留径流氮污染物提供参考。     

不同类型河岸缓冲带水质净化效果研究

以广东省杨溪河灌草、竹林植被岸坡两种类型河岸带为研究对象,对河岸带2 m、4 m和6 m宽度情况下的TP、TN和COD等面源污染物质去除效果进行研究。研究结果表明,不同类型河岸缓冲带及宽度对污染物的截污能力有所不同,总体来看灌草缓冲带对污染物的去除率最高,为55%~87%,其次为竹林缓冲带为56%~80%。从缓冲带去除TN、TP和COD的角度出发,同时考虑土地占用问题,宽度为6 m的两种类型缓冲带是较佳的河岸缓冲带设置宽度。研究结果可为缓冲带的构建提供有益的参考。     

美国保护河岸稳定性的价值观

在美国保护河岸稳定性的措施有两种方案,第一个方案是沿着没退化的河岸建立河岸缓冲带,第二个方案是沿侵蚀程度最小的地方进行缓冲试验。通过对美国小蓝河上一个河岸稳定性工程进行经济学分析,结果表明:土地所有者都能在每个护岸工程中得到赢利。15 a工程的每年纯现价为126-1 760美元,13个场所的平均值是781 美元。土地所有者通过参加河岸稳定性工程每年能额外获得781美元。纯现价随年侵蚀率成比例增加,而年侵蚀率又与稳定性工程需要的面积有关。获益来自于土地价格而不是防治侵蚀,收入来自于能耕种的保护地而不是 CRP和登记在CRP的征收的土地费用。     

植物护坡及其生态效应研究

河道生态系统中的河岸侵蚀和滨水缓冲带建设倍受关注。以上海市浦东新区机场镇的生态河道示范工程为例,探讨了以生态修复和稳定坡岸为目标的植物护坡技术在生态河道坡岸修复中的应用及其生态效应。在不同河段分别采用了全系列生态护坡、土壤生物工程护坡和复合式生物稳定等3类植物护坡技术。通过对工程实施后3a(2004年~2006年)来的生态监测发现,护坡植物生长良好,新生枝叶和根系的护坡作用明显,土壤抗剪强度明显增加,河岸土壤侵蚀得到有效控制,坡岸的结构稳定性增强;同时河岸生境得到改善,本地植物快速恢复,生物多样性增加,河岸植物群落结构由单一结构向复杂结构转变,生态稳定性逐渐增强。生态河道的植物坡岸修复技术可以在我国各类岸坡的生态修复和边坡稳定中广泛运用。     

植物护坡及其生态效应研究

河道生态系统中的河岸侵蚀和滨水缓冲带建设倍受关注。以上海市浦东新区机场镇的生态河道示范工程为例,探讨了以生态修复和稳定坡岸为目标的植物护坡技术在生态河道坡岸修复中的应用及其生态效应。在不同河段分别采用了全系列生态护坡、土壤生物工程护坡和复合式生物稳定等3类植物护坡技术。通过对工程实施后3a（2004年～2006年）来的生态监测发现,护坡植物生长良好,新生枝叶和根系的护坡作用明显,土壤抗剪强度明显增加,河岸土壤侵蚀得到有效控制,坡岸的结构稳定性增强;同时河岸生境得到改善,本地植物快速恢复,生物多样性增加,河岸植物群落结构由单一结构向复杂结构转变,生态稳定性逐渐增强。生态河道的植物坡岸修复技术可以在我国各类岸坡的生态修复和边坡稳定中广泛运用。     

风荷载作用下三种乔木对边坡变形和稳定的影响

植被对边坡稳定影响机制是全世界性的课题，研究多集中于根系固土能力和边坡稳定性增益方面，针对植被边坡土体变形和稳定性对风荷载作用的响应机制并不清晰。为探讨风荷载作用下土体应力发展和稳定性影响规律，该研究基于前期调查选取缙云山3种典型乔木（杉木、润楠、大头茶），采用Geo-studio建立边坡数值模型，分析了各坡体模型在不同风速下的应力、位移和边坡稳定系数。结果表明：1）风荷载作用下，在根土盘位置出现了应力集中现象，迎风侧根土盘上部和下部表现为压力和张力，背风侧则相反；随风速和坡度增大，整体转动趋势加剧，总位移中坡位>上坡位>下坡位。2）当坡度较小时，边坡稳定系数随风速增大先轻微增大后迅速降低，坡度较大时，稳定系数随风速变化单调递减。45°陡坡在最大风速（30 m/s）下，大头茶、润楠和杉木的安全系数较无风时分别降低3.6%、27%、11.8%，大头茶边坡在风荷载下平均应力和总位移最小，稳定性受风荷载影响最小。3）林冠宽度、根盘直径对边坡稳定性影响的极差随风速增大而放大，冠高和根盘深度的极差变化不大，林冠宽度和根土盘直径参数为主要影响稳定性的主要因子。类似大头茶具有较大根土盘直...     

河岸植被缓冲带生态水文功能研究进展

河岸植被缓冲带是河岸生态系统的重要组成部分,对河岸生态系统的生态及水文过程具有重要的影响。世界上许多国家已将河岸植被缓冲带列为河岸生态系统管理的一个重要内容,并在一些国家被作为控制农业流域非点源污染的最佳管理措施。河岸植被缓冲带的生态水文功能体现在控制河岸侵蚀、截留地表径流泥沙和养分、保护河溪水质、调节水温、为水陆动植物提供生境、维护河溪生物多样性和生态系统完整性以及提高河岸景观质量等多个方面。本文综述河岸植被缓冲带生态水文功能方面的研究进展,总结了一些研究中提出的不同河岸植被缓冲带功能发挥所需要的宽度,同时指出由于河岸生态系统保护的目标,侧重的功能,研究区域土壤、地形、植被、排水特征等因素各异,河岸植被缓冲带生态水文功能发挥所要求的实际宽度也有所不同。     

基于LIDAR和GIS技术的坡面侵蚀沟空间发育分析

三维激光扫描技术（LIDAR）和地理信息系统（GIS）技术的综合应用是土壤侵蚀定量研究的重要手段,结合LIDAR和GIS技术,将LIDAR动态监测的连续4场次模拟降雨实验数据导入GIS数据处理软件并生成DEM,采用断面分析方法,提取坡长方向上单位长度侵蚀沟断面的宽度和深度,分析坡面侵蚀沟发育特征。结果表明,坡面3.5～5.5 m坡长处是沟蚀发育最为活跃的区段,且随着降雨过程的进行,沟蚀发育活跃区向坡面上部移动。侵蚀沟发育早期以溯源侵蚀为主,后期以沟壁侧蚀和崩塌为主。断面分析方法能够比较准确地分析坡面沟蚀发育的时空分布特征,为土壤侵蚀的定量研究提供了一种新的研究方法。     

BSTEM模型的原理、功能模块及其应用研究

BSTEM(Bank Stability and Toe Erosion Model)模型是用于河流管理、河岸带生态恢复以及河岸稳定性评价的物理模型,是基于Excel的宏命令运行的,包括河岸稳定性和坡脚侵蚀两个模块,可用来预测河岸坡脚侵蚀量、临界崩塌面,评价河岸带植被防护功能等。主要介绍了BSTEM模型的发展历程、原理及其功能模块组成,并对其应用现状与前景进行初步分析。该模型的应用对我国河川工程和库(湖)岸稳定性评价与整治防护具有重要借鉴意义。     

塔里木河水质现状综合评价

塔里木河水质污染对中、下游地区的生态系统的稳定性及社会的持续发展带来了不利的影响。利用阿克苏河的龙口、西大桥断面以及塔里木河干流上游的阿拉尔、十四团断面2001-2005年实测数据，在统计软件STATISTICA的支持下，利用主成分分析方法和水质指数法进行了塔里木河水质评价研究。结果表明，龙口和西大桥断面的水质属于一级（清洁）水，而阿拉尔和十四团断面的水质属于4级（中等污染）及5级（重污染）水。塔里木河的主要污染物为氯化物、总硬度、矿化度、硫酸盐、亚硝酸盐等。     

紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护时间效应的数值分析

为探究紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护的时间效应,该研究考虑降雨入渗条件并以含不同生长期紫花苜蓿的黄土边坡为例,基于室内土工试验获取参数,分别采用含植物根系的无限边坡模型和数值模拟两种方法进行稳定性分析。结果表明：降雨作用使得边坡潜在滑动面位置由坡体内部转移到降雨最大入渗深度处;随着坡面植被的生长,边坡浅层土体的强度逐渐提高,潜在滑动面又逐渐转移到边坡内部。根据数值模拟强度折减法,边坡稳定系数随着植被生长不断增大。对比无限边坡模型与数值模拟方法计算的边坡稳定系数,植物根系生长到1.0m且不论在天然状态或降雨条件下黄土边坡均处于稳定状态,植物根系在0～0.8 m且在降雨条件下时处于不稳定状态,随着边坡植物生长期的延长,边坡稳定系数总体变化趋势一致,即先降低再逐渐增大。草本植物随着生长期的延长,对降雨条件下黄土边坡坡面侵蚀有明显的抑制作用,从而草本植物根系生长能够提高黄土边坡稳定性。当草本植物生长时间达到150d时,能够有效防治黄土坡面侵蚀,并提高黄土边坡稳定性,因此草本植物生长的前5个月为关键期。研究成果对于黄土边坡浅层破坏防护以及实现黄土地区可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。     

河岸植被对坡面径流侵蚀产沙的阻控效果

河岸植被在流域水土保持与非点源污染控制方面具有重要作用。为探究河岸植被阻控坡面径流侵蚀产沙效果及其影响因素,该文通过野外模拟径流冲刷试验,定量分析了北江干流河岸植被阻控坡面径流和侵蚀产沙的特征,探讨了河岸植被对径流与泥沙相互关系的影响以及河岸植被阻控效果与坡度和放水强度的关系。结果表明,(1)植被的存在延迟了坡面初始产流时间、降低了坡面径流系数、减弱了径流侵蚀力,放水强度和坡度越大,坡面产流时间越早、径流系数越大、植被对径流的拦截效果越低,其中,植被对不同坡度上径流系数的平均阻控效果分别为3.35%、3.36%、4.28%和3.17%,对不同放水强度下径流系数的平均阻控效果分别21.69%、17.40%和10.01%,对坡面径流侵蚀力的阻控效果分别为60.00%、32.23%、27.29%和22.76%;(2)植被坡对坡面累积泥沙量的阻控效果分别为60.14%、32.83%、24.19%和20.86%,植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蚀能力并减少侵蚀产沙量和降低侵蚀泥沙中值粒径,植被阻控泥沙的效果大于其阻控径流的效果;(3)相关性分析表明,产流时间与累积泥沙量、粒径均呈显著负相关,植被的存在一定程度上改变了退流时间与两者之间的关系;径流系数、径流侵蚀力与累积泥沙量、粒径均呈显著正相关;植被对累积泥沙量和径流侵蚀力的阻控效果与随坡度和放水强度的增加而降低。综上,河岸植被对坡面径流和泥沙具有不同的阻控效果,且受坡度和放水强度影响显著,研究结果可为流域水土保持与河岸植被建设提供支持。     

复式耕整机耕深与耕宽稳定性分析与试验

针对设计的复式耕整机出现的耕作稳定性问题,结合复式耕整机整体结构及工作原理,从牵引、水平面内受力、机器振动3个角度分析影响耕作稳定性因素,确定影响耕作稳定性关键因素为牵引角、犁体配置斜角、旋耕刀升角。以牵引角、犁体配置斜角、旋耕刀升角为试验因素,以工况耕深稳定系数和工况耕宽稳定系数为性能评价指标进行二次正交旋转组合试验。正交试验结果表明:试验因素对评价指标影响程度从高到低皆为:犁体配置斜角、牵引角、旋耕升角,当各影响因素分别取值为17.3°、27.8°、72.6°时,工况耕深稳定系数和工况耕宽稳定系数分别为91.8%、93.4%。以影响因素最优参数组合为基础进行的验证试验结果表明:试验后工况耕深稳定系数和工况耕宽稳定系数为91.5%、93.1%,与软件分析结果基本一致,且其他耕作指标均达到农艺要求。该研究可为复式整地机械的耕作稳定性研究提供技术参考。     

植被缓冲带结构与功能对水质的影响

尽管缓冲带所占面积不大,但由于其对地下和地表中的营养物质的过滤作用,所以在很大程度上提高了农业流域水体的质量。一般缓冲带设置在沿河区域和集水域的源头,可以有效起到固定土壤,减少侵蚀的作用。一个10 m宽的缓冲带可以通过固定表面土壤而减少95%的磷流失。而且,不管是天然的还是人工的河岸森林和湿地,都可以通过一些微生物过程如反硝化反应,使几乎100%的硝酸盐在这里被去除或转化。缓冲带不仅对营养物质截留有着十分积极的意义,而且可以稳定河岸、增加生物多样性。     

黄土高原典型小流域侵蚀沟形态和稳定性监测初探

[目的]在黄土高原地区选择6条典型小流域,开展侵蚀沟形状特征、发育程度、形态变化等监测,对侵蚀沟稳定性进行分析,初步构建侵蚀沟稳定性评价指标体系。[方法]在雨季前后2次对6条典型小流域主沟道代表性断面、支毛沟代表性断面、支毛沟的沟头进行亚米级精度测量。[结果]获得了6条典型小流域各等级侵蚀沟数量和各流域沟道主断面、支毛沟沟道断面、支毛沟沟头变化数据,并对其进行了分析。初步构建了侵蚀沟稳定性评价指标体系。[结论]影响沟道形态变化的因素基本总结为:降水因素、水保措施、植被覆盖因素、汇水面积、坡度、地表组成物质等。     

玉米秸秆覆盖缓冲带对细沟侵蚀及其水动力学特征的影响

玉米秸秆覆盖缓冲带是一项有效的坡面水土保持措施,为探究其减少细沟侵蚀的效果及水动力学机理,在室内人工模拟连续降雨条件下,选取黄土高原高强度侵蚀性降雨标准和细沟发育活跃的典型坡度,根据细沟发育的不同阶段,研究了不同布设部位(坡面中部5 m和坡面下部7 m)的秸秆覆盖缓冲带对细沟侵蚀及其水动力学特征的影响。结果表明:与裸露处理相比,玉米秸秆覆盖缓冲带可以减少坡面侵蚀量27.2%~54.8%,减少细沟侵蚀量40.8%~59.2%,减小细沟侵蚀量对坡面总侵蚀量的贡献率。对于细沟形态,缓冲带可减少细沟割裂度23.0%~32.0%,减少细沟平均深度6.7%~10.5%。比较2种布设部位,在坡面细沟发育后期,坡面下部7 m处布设的秸秆缓冲带可以取得更好地减少侵蚀和约束细沟形态变化的效果。对于单条细沟,裸露坡面上的细沟宽度沿坡长方向呈现约1.2 m长的周期性变化规律,而秸秆缓冲带改变了细沟宽度沿坡长方向的周期性变化趋势,此外还通过拦截淤积上方来沙减小了布设位置细沟侵蚀深度,通过拦截径流保护下方有限长度内的细沟。分析其水动力学原因可知,玉米秸秆覆盖缓冲带可使细沟水流向缓层流流态方向延伸,与缓冲带上方相比,秸秆缓冲带下方的细沟水流流速显著减小19.6%~21.9%,雷诺数和佛汝德数分别减少了29.6%~37.9%和8.3%~18.5%,而通过秸秆缓冲带后,细沟水流Darcy-weisbach阻力系数增加了22.4%~43.3%,水流剪切力、单位水流功率和断面单位能量分别减小13.6%~21.5%、20.0~21.0%和9.5%~21.0%,径流能量和侵蚀能力的降低最终导致了坡面总侵蚀量的减小。因此,在坡面上每隔5~7 m布设缓冲带可以有效的削弱坡面径流侵蚀能力,减少坡面细沟侵蚀量和总侵蚀量。该研究结果可为类似地形条件下的坡面水土保持措施合理配置提供理论基础。     

晋西黄土区切沟断面特征及体积估算模型

断面特征不仅能反映切沟发育环境因子,亦有助于揭示切沟侵蚀规律;体积是表征切沟侵蚀量的关键参数,建立体积估算模型对大空间尺度切沟侵蚀定量研究有重要意义。该文选取晋西黄土区蔡家川流域为研究区,利用三维激光扫描全站仪获取31条切沟地形数据,构建切沟高精度地面高程模型(DEM),分析切沟断面特征,建立体积估算模型。研究结果表明:(1)切沟顶宽、底宽、沟深和断面面积的均值分别为9.0 m、3.8 m、6.2 m和41.8 m2,切沟断面参数值从沟头、沟中到沟口均逐渐增大,仅沟深差异不显著;断面顶宽与沟深之比的均值为1.55,说明切沟横向侵蚀速率大于沟底下切速率;与沟中、沟口相比,沟头宽深比最小。(2)回归分析显示,晋西黄土区切沟体积(V)与沟长(L)及面积(A)之间均具有显著的幂函数关系,方程的决定系数分别为0.68和0.85;平均相对误差和纳什系数显示,与V–L模型相比,V–A在预测切沟体积上更具优势。因此,建议将回归方程V=1.7097A1.1356作为晋西黄土区切沟体积估算的模型。该研究结果可为大空间尺度切沟侵蚀定量模拟、空间分布制图等提供方法和依据。