黄土丘陵区不同坡度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

降雨特征和坡度是影响土壤入渗过程的重要因素,在植被恢复过程中,其对土壤入渗特征的影响可能会有所不同。选取黄土丘陵区6个坡度(5°,10°,15°,20°,25°和30°)的撂荒草地(2年)径流小区(5 m×20 m),观测自然降雨条件下(共计34场降雨,产流11场)植被生长旺期(7—9月)土壤入渗特征,研究降雨过程参数(降雨量、平均雨强、降雨历时和I_(30))、坡度和植被盖度对坡面入渗特征的影响。结果表明:(1)11场产流降雨不同坡度土壤入渗量总体变化范围为6.58～70.91 mm,入渗补给系数为0.83～1.00,入渗率为0.22～19.35 mm/h;(2)土壤入渗量随降雨量呈线性增加(R~2=0.99,p0.01),入渗补给系数随I_(30)呈指数降低(R~2=0.91,p0.01),平均入渗率随降雨强度呈线性增加(R~2=0.71,p0.01),随降雨历时呈幂函数降低(R~2=0.99,p0.05);(3)坡度增大使得径流位移增长,导致入渗量、入渗补给系数和平均入渗率整体随坡度增大而呈幂函数增加,但当坡度25°时,因径流势能沿坡面方向分量增加,径流流速加快,上述入渗特征参数略有降低;(4)由于降雨量在植被生长周期内呈下降趋势,很大程度上导致植被对入渗特征的影响受控于降雨量,土壤入渗量表现出随着植被盖度的增加呈幂函数显著下降的趋势。总体而言,降雨特征和坡度是影响土壤入渗的主要因素,且土壤入渗特征参数可表示为降雨过程参数和坡度的综合幂函数方程;在入渗补给系数较高的情况下,植被覆盖对土壤入渗特征的影响减弱。研究结果对于坡面尺度降雨径流调控机制和生态水文过程研究具有重要意义。     

模拟降雨条件下人工草地产流产沙过程研究

运用人工模拟降雨研究了裸地及不同盖度沙打旺草地产流产沙过程，结果表明，裸地产流产沙过程可用指函数y=e^a bx型式描述，不同盖度的沙打旺草地产流产沙过程均可用幂函数y=ax^b来描述，且随着盖度由大向小变化，方程参数a值减小,b值增大。     

模拟降雨条件下黑麦草对土壤水分入渗的影响

利用室内模拟降雨实验的方法,设计了不同降雨强度(30 mm/h和60 mm/h)、不同坡度(10°和20°)和不同草地盖度(0、20%、40%、60%、80%和100%)研究黑麦草影响下土壤水分入渗的变化过程。试验结果表明:坡度、降雨强度和黑麦草盖度对土壤水分的入渗均有影响,土壤水分累积入渗量随黑麦草盖度的增加呈增加趋势,二者显著正相关;黑麦草覆盖下的土壤水分累积入渗量变化过程能够用考斯加科夫模型模拟,黑麦草盖度对模型参数有显著影响。各试验条件下,入渗模型参数K值随黑麦草盖度的增加而增加,α值随黑麦草盖度的增加而减小,二者的变化趋势在降雨强度30 mm/h时表现明显,但在降雨60 mm/h时不明显。     

降雨强度对黄土区不同土地利用类型入渗影响的试验研究

降水入渗规律的研究可为流域水文过程的预测和评价提供重要的科学依据。通过野外人工模拟降雨的试验方法,研究了短历时暴雨条件下,不同降雨强度对林灌地、封禁草灌地以及裸露农地3种不同土地利用类型下土壤入渗的影响。试验结果表明:不同土地利用类型之间,林灌地和封禁草灌地的土壤入渗速率差异不明显,而与裸露农地之间的差异显著,且前者具有较大的入渗速率,后者入渗速率较小;在不同降雨强度下,林灌地和封禁草灌地的土壤水分入渗速率有随雨强增大而增大的趋势,对于坡耕裸地,随着雨强的增大,土壤水分入渗速率有降低的趋势;通过对试验数据的回归分析,建立了林灌地和封禁草灌地在短历时暴雨条件下的土壤水分入渗经验模型。     

模拟降雨条件下不同材料覆盖对水分入渗特征的影响

利用人工模拟降雨试验研究不同覆盖材料对降雨入渗能力的影响，重点研究渗水地膜覆盖、海绵薄膜覆盖情况下径流量和水分入渗速率的变化。结果表明，渗水薄膜覆盖、海绵薄膜覆盖均能明显降低径流量，增加水分入渗速率，海绵薄膜覆盖和渗水薄膜覆盖24min内的累积径流量分别减少63．94％和87．08％。     

季节性冻融条件下草地入渗特性的试验研究

通过对比分析季节性冻融条件下草地与裸地入渗试验结果,得到了草地冻融条件下的入渗规律。结果表明,在冻融各阶段,地表0~40 cm深度范围内,草地地温均高于裸地,但土壤含水率低于裸地;在土壤初冻和融化阶段,草地入渗90 min累积入渗量大于裸地,但其初始入渗强度小于裸地初始入渗强度;在土壤完全处于冻结状态时,草地与裸地的入渗过程、入渗量基本相同。研究结果为草地冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础,为区域水土保持与生态修复工程及季节性冻土区冬春灌溉提供参考。     

野外模拟降雨条件下坡面降雨入渗、产流试验研究

利用野外模拟降雨试验,研究了植被类型、降雨强度、地表结皮、覆盖杂草等对荒草地和裸地降雨入渗、产流的影响。结果表明:裸地因降雨易产生地表结皮,产流时间主要取决于降雨强度,两者的关系可用幂函数描述,达显著水平;荒草地由于植被覆盖度较高,产流时间主要取决于土壤初始含水量,两者的关系可用线性公式描述,达极显著水平;与裸地相比,荒草地能延缓产流,并有效拦蓄径流;裸地形成地表结皮后,产流提前,平均入渗率降低,但坡面覆盖杂草(尤其是坡中下部覆盖杂草)能有效拦蓄径流、延缓产流、增加入渗,并促进土壤水分向深层的运移,而雨后采用抑制蒸发的措施能起到类似的效果     

模拟降雨条件下玉米马铃薯间作对降雨入渗量的影响

为研究间作对土壤侵蚀的调控机制,采用人工模拟降雨方法分析了生育期内玉米马铃薯间作及起垄在不同降雨强度(40,80 mm/h)和坡度(10°,15°)下的降雨入渗规律。结果表明:(1)生育期内同一坡度同一降雨条件下玉米马铃薯间作的降雨入渗结束时间比单作玉米推迟,入渗开始时间差别不明显;玉米马铃薯间作的入渗量高于单作玉米(P<0.01),而与单作马铃薯差异不显著(P>0.05)。生育期内40,80 mm/h雨强下间作的入渗量比单作玉米分别增加了25.75%~69.07%和21.76%~50.95%。同一雨强下间作的入渗速率高于单作玉米,但与单作马铃薯差别不明显。(2)生育期内间作高垄的入渗量高于间作低垄(P>0.05)、单作玉米高垄(P<0.01)和单作玉米低垄(P<0.01)。生育期内40 mm/h雨强下间作高垄、间作低垄、单作玉米高垄的入渗量分别比单作玉米低垄增加了10.10%~28.14%,25.75%~65.96%,41.59%~75.46%;80 mm/h雨强下间作高垄、间作低垄、单作玉米高垄的入渗量分别比单作玉米低垄增加了9.12%~18.03%,21.76%~44.34%,36.45%~57.05%。间作增加了降雨过程中水分的渗入,减少地表径流的发生,为深入认识作物栽培控制土壤侵蚀的机理提供参考依据。此外,间作条件下起垄能有效增加降雨入渗量,这对于区域水资源管理以及农业的可持续发展具有重要的指导意义。     

植被破坏对降雨入渗影响的试验研究

通过在不同地貌类型上的林地、采伐迹地、农地和裸露地随降雨强度对降雨入渗的影响,表明林地和采伐迹地入渗能力最大,农地次之,裸露地最小,证明了影响降雨入渗的主要原因是地面上的草灌及松软的枯枝落叶层。     

太行山低山丘陵区坡地人工刺槐林降雨入渗及造林技术研究

对太行山低山丘陵区坡地人工刺槐林降雨入渗及造林技术研究结果表明,降雨后短时间内(10~30cm)上层剖面水势很快由初始值增至最大值,当降雨停止后水势逐渐降低。随入渗进行而下渗锋面向下扩展,水势分布曲线由较陡直逐渐变为相对平缓。降雨初期有林地入渗速率慢于无林地,随降雨进行有林地入渗锋前移速率明显快于无林地,有林地植被及枯落物的存在阻缓了地表径流和壤中侧向流,增加了垂直一维入渗。     

紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

室内模拟降雨条件下土壤水分入渗及再分布试验

降雨入渗对城市绿化、防洪排涝、农业生产等方面有着重要的意义。采用室内模拟降雨,使用时域反射仪采集相关数据,从土壤含水率变化特征和湿润锋运移特点等方面,研究了在垂向一维条件下不同雨强降雨对水分入渗的影响,探讨在降雨条件下土壤水分的再分布情况,从而确定试验所用砂壤土保水性最优土层范围。结果表明：降雨结束后,土壤水分的再分布主要受土水势控制,随着时间的延长,蒸发作用逐渐占据主导地位;试验所用砂壤土的最佳保水性土层深度为20～35 cm,可为植物的选栽提供参考。     

土壤结皮对降雨入渗和产流产沙的影响

 依据250场次人工降雨和相应的径流、泥沙资料,采用对比法,分析结皮与无结皮土壤对降雨入渗和产流产沙的影响。结果表明,非结皮土壤的平均入渗率是结皮土壤的1.25倍,平均产沙总量为1.28倍,而结皮土壤的平均产流总量是非结皮土壤的1.15倍。因此,土壤结皮具有减缓降雨入渗、增大地表径流和抑制产沙的作用,且雨强愈小影响作用愈大,雨强愈大,影响作用愈小。     

沟灌二维入渗影响因素实验研究

为进一步探明沟灌灌水沟的水分入渗规律,该文研究了沟灌中的灌水沟中水深、沟底宽、沟底导水率及土壤初始含水率等因素对沟灌二维入渗的影响,研究结果表明：减小灌水沟中水深和沟底导水率及增大土壤初始含水率都有利于灌水沟的水平侧向入渗,同时可相应减小垂向入渗;而灌水沟底宽不影响沟的侧向入渗,只影响垂向入渗,底宽减小时,垂向入渗减小。沟底导水率影响最大,计划灌水定额为45 mm,沟底导水率为0时垂向入渗深度较沟底裸露透水时减小41％,明显改善了沟灌入渗体的形状。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

降雨强度对黄绵土坡地磷流失特征影响试验研究

坡地磷(P)的流失是导致土壤质量退化与水环境恶化的重要原因,探讨降雨特征对土壤P流失的影响机理对于坡地养分管理和环境保护具有重要的科学意义。该文以黄绵土(质地为粉质壤土)为试验材料,通过室内模拟降雨试验研究了雨强对坡地P随径流流失的影响。结果表明：施肥条件下坡地径流中溶解态磷(DP)含量达到0.18 mg/L以上。相同雨量时,径流中DP含量随雨强的增大而降低,泥沙浸提态磷(SEP)与全磷(STP)的含量与流失量以小雨强(0.91 mm/min)时为最大。坡面产流过程中DP、SEP及STP含量的变化均表现为“低－高－低”的变化趋势,其变化与径流含沙量呈正相关,而累积流失量则表现为加速增加的趋势。黄绵土坡地径流中不同形态P的含量随雨强的增大而降低,而总的流失量受雨强与产流过程等多种因素影响。     

长武塬区降雨入渗特征

为了深入理解深厚黄土层的降雨入渗机制,在黄土高原塬区的长武试验站,应用TDR监测天然降雨下大型土柱土壤含水率的动态变化,并结合土柱底部出流量测定数据,分析天然降雨的入渗特征。结果表明:降雨对土壤含水率的影响主要集中在160 cm深度以上,且随深度增加而递减,至240 cm土层降雨峰值信息几近消失;湿润锋运移速率与降雨强度呈正相关关系,与土壤初始含水率成负相关关系,湿润锋运移深度同降雨量和降雨强度正相关;降雨对300 cm土壤水的补给行为普遍存在,入渗补给以活塞流方式为主;降雨入渗补给土壤水的滞后作用表现出对100～200 cm土壤水的补给滞后时间为15～18 d,对300 cm深度土壤水的补给滞后时间为30～45 d。研究结果对明确黄土塬区水循环机制具有一定参考意义。     

人工模拟降雨自动控制系统的研制

采用先进的闭环自动控制理论和技术研制了一种人工模拟降雨自动控制设备,以降雨过程的最终实际降雨参数控制和驱动降雨过程的各个降雨部件,克服了从水池到喷头之间诸多环节对降雨的随机影响。试验测试结果表明,该设备的主要性能指标优于国内外其他人工模拟降雨系统,是进行土壤侵蚀科学研究的重要实验设备。     

南方红壤区坡面次降雨产流产沙特征

研究坡面次降雨土壤入渗及产流产沙特征,对于坡地水土流失防治及水土资源管理利用具有重要意义.基于广东省五华县水土保持试验推广站野外径流场2014年的观测数据,研究不同下垫面条件下坡面入渗及产流产沙特征.次降雨入渗量与地表植被盖度间存在显著相关关系(P ＜0.05,R=0.95).入渗量随降雨强度增加,呈先增后减的变化趋势,存在入渗量达最大值的临界降雨强度;人工林及灌草地临界降雨强度为19.9 ～ 27.8 mm/h,均高于自然撂荒地.次降雨径流深和土壤流失量与地表植被盖度间,存在显著负相关关系(P＜0.05),相关系数超过0.9.土壤侵蚀率随径流系数呈幂函数增加趋势,径流中泥沙浓度随径流系数、降雨侵蚀力呈对数函数增加趋势,土壤流失量随降雨侵蚀力及次降雨径流深均呈线性递增趋势.次降雨径流深20 mm为土壤流失量变化拐点,径流深超过20 mm后,土壤流失量随径流深递增速率较快.     

半干旱典型草原区退耕地土壤结构特征及其对入渗的影响

坡地土壤降雨入渗、径流和侵蚀过程与土壤结构密切相关。试验样地为宁夏固原云雾山自然保护区的坡耕地、退耕6 a、退耕11 a（前8 a放牧,后3 a禁牧）和退耕16 a坡地,室内测定土壤结构指标,野外采用基于径流－入流－产流方法的新型降雨仪器在17、43和56 mm/h雨强下观测坡地土壤的入渗性能,分析土壤结构特征对入渗的影响。对土壤结构的稳定性指标、孔隙性指标和分形维数指标进行分析,结果表明,随着退耕年限的延长,土壤团聚体稳定性增强,土壤结构孔隙状况得到明显改善。模拟降雨结果显示,随着雨强的增大,退耕地的土壤入渗率增加,但坡耕地反而降低。退耕11 a样地受放牧牲畜践踏影响,入渗性能最差。通过逐步回归分析可知,在17 mm/h和56 mm/h雨强下,影响土壤稳定入渗率的土壤结构因子主要是容重和有机碳含量,而在43 mm/h雨强下主要是毛管孔隙度和非毛管孔隙度。土壤有机碳含量和孔隙状况的差异致使土壤结构特征不同,从而对入渗性能和过程产生明显的影响。