延安极端降雨特性分析及对梯田侵蚀灾害影响

针对以增暖为主要标志的全球变化导致气候变率增大,极端天气气候事件和灾害发生更为频繁,造成人口、农业经济生产、基础设施风险扩大的现实,以2013年造成延安多地严重受灾极端降雨特性及其对梯田侵蚀影响严重为例,基于延安站多年逐日降雨资料和梯田侵蚀实地测量资料,分析了该极端降雨的特征并探讨了其对梯田侵蚀灾害的影响。结果表明:(1)延安2013年降雨总量达到959mm,比1951—2012多年平均降雨量高出448.8mm,其中7—9月降雨量达到761mm,占全年降雨量的79.4%,最大月降雨7月为568mm,达到万年一遇标准;(2)延安2013年极端降雨侵蚀性降雨和暴雨次数多,暴雨总量大,同时降雨出现短历时中强度、中历时高强度、长历时强侵蚀弱输沙的新变化;(3)延安2013年极端降雨下连片梯田侵蚀剧烈,侵蚀模数和相对高差与汇水面积之间存在显著关系,梯田中下部侵蚀严重,最大土壤侵蚀模数达到54 049.50t/km2,该研究可为水土保持农业梯田工程设计提供依据,同时将为气候变化条件下有效应对该类极端降雨采取永久措施和临时措施及适应性调控提供科技支撑。     

极端暴雨条件下黄土区典型梯田防蚀效果研究

2013年黄土高原延安地区发生的极端暴雨导致水土保持工程损毁严重,因此急需研究不同类型梯田抗御暴雨侵蚀防蚀效果。选取安塞县同一地区典型梯田—大棚、梯田—大田和梯田—水窖—苹果3种具有不同水沙调控措施梯田,根据暴雨前后野外监测资料,分析比较了3种梯田抗御暴雨侵蚀灾害的能力。结果表明:带有水沙调控措施的梯田防蚀效果明显好于无水沙调控措施的梯田。梯田—水窖—苹果侵蚀最轻,各阶梯田侵蚀等级均在中度侵蚀以下,平均土壤侵蚀模数仅为2 177t/km2;梯田—大棚由于在大棚基部修建有排水渠道其侵蚀程度次之,平均土壤侵蚀模数为18 269t/km2,但棚面集流效率高使得各阶梯田土壤侵蚀等级都在极强度侵蚀以上;梯田—大田侵蚀最严重,平均土壤侵蚀模数为23 921t/km2,由梯田顶部到底部土壤侵蚀逐渐加重,最下部3阶梯田累积侵蚀量占总侵蚀量的85.02%。黄土丘陵沟壑区发展高效农业需要在梯田上因地制宜修建水沙调控措施,以调节水沙时空分布,保障农业生产。     

具有水窖设施的梯田苹果地抗暴雨侵蚀研究

针对2013年延安地区极端暴雨径流侵蚀条件下土壤侵蚀严重、水土资源利用效率低等问题,通过对陕北安塞县方塔村带有水沙调控措施的梯田—水窖—苹果水土流失状况进行定位监测,基于收集的降雨资料,研究该梯田内水沙调控措施在抗御暴雨条件下的防蚀作用和土壤侵蚀规律,结果表明:该梯田能够抗御暴雨的冲刷,各阶梯田土壤侵蚀都在中度侵蚀以下,平均土壤侵蚀模数仅为该区多年平均的1/7。集中性的高强度降雨对黄土高原土壤侵蚀起决定性作用,本文基于安塞水土保持试验站坡面土壤侵蚀预测预报模型,给出了适宜该区具有水沙调控措施的梯田土壤侵蚀预测预报模型,得到在I₃₀=0.24 mm/min前提下,当年降雨量小于191.1 mm时,土壤能够维持较高的生产力;当年降雨量小于997.13 mm时,该区土壤侵蚀模数可控制在多年平均水平以内。梯田内修建的水窖、梯壁植草、地表枯枝落叶以及梯田质量等因素的综合作用在抗御暴雨侵蚀过程中起到了重要作用。     

基于WEPP模型的多级梯田暴雨侵蚀模拟初步研究

针对2013年6—9月份安塞县马家沟多级梯田遭受暴雨侵蚀严重等问题,运用新一代水蚀预报模型WEPP模型对马家沟多级梯田在暴雨条件下的侵蚀情况进行模拟,并将WEPP模型模拟的结果与实测资料进行了对比。结果表明:WEPP 模型能够较好地模拟黄土丘陵区多级梯田在暴雨条件下的径流量以及土壤侵蚀量,随着梯田级数的增加,WEPP模型对径流量与侵蚀量的模拟精度逐渐降低。由于受该区地下水的影响,模拟径流量总体小于采用径流系数法算得的径流量,由于梯田田埂的防蚀作用,模拟土壤侵蚀量总体大于实测侵蚀量。研究为黄土丘陵区梯田防蚀以及梯田修筑提供科学依据及有效方法,为黄土丘陵区多级梯田的暴雨侵蚀预测提供了合理化建议。     

2022年黄土高原典型暴雨侵蚀及洪水灾害调查分析

[目的] 开展黄土高原不同地区典型暴雨事件土壤侵蚀现状调查，分析暴雨条件下流域土壤侵蚀特点及下游洪水淹没灾害程度，以期为该区暴雨侵蚀灾害的预防和治理提供参考。 [方法] 以2022年7月到9月黄土高原不同地区发生的4场典型大暴雨为背景，通过野外实地调查，并基于无人机航摄获取暴雨过后小流域的高清影像，对不同地区暴雨条件下小流域内不同土地利用类型的侵蚀特征和洪水淹没灾害进行了分析。 [结果] 在大暴雨情况下，坡耕地易发生侵蚀，且主要以细沟侵蚀为主，侵蚀模数为22 588～46 244 t/(km²·a)；草地无明显沟蚀现象。重力侵蚀在流域中所占比例较大，易发生在道路和沟道两侧。生产道路增大了流域水文连通性，导致道路侵蚀和损毁严重。有排水设施的道路侵蚀明显小于未设置排水设施的道路。梯田田坎易发生崩塌损毁，损毁长、宽、深分别为10～30 m，0.35～2.3 m和0.1～1.9 m，新修梯田侵蚀损毁显著大于老梯田，当年雨季前修的梯田侵蚀损毁也显著大于上年雨季后修的梯田。流域内各淤地坝拦沙作用明显，但在暴雨情况下仍存在较多的损毁和漫坝现象，且大部分淤地坝淤积已达到库容上限。不合理的占用河道、工程建设、小流域蓄排措施缺乏，部分水保设施管护不到位均会加剧流域侵蚀及洪水灾害。 [结论] 在一般暴雨条件下，小流域内现有的水保措施能较好地抵御暴雨侵蚀，但在大暴雨乃至特大暴雨条件下，流域内侵蚀灾害依然严重，且容易对下游造成严重的淤积和洪涝灾害，优化设计并布局流域内整体的“蓄排协调”设施是当前黄土高原地区水土保持工作高质量发展亟需解决的问题。     

极端暴雨条件下黄土高原水平梯田损毁情况调查分析——以岔巴沟流域“7·26”特大暴雨为例

2017年7月25日20时至26日8时,陕西榆林市11个县区遭遇特大暴雨侵袭,我们于当年10月对位于暴雨中心的岔巴沟流域的梯田损毁情况进行了专项调查。首先通过室内Google Earth近实时影像结合GIS绘图在流域内确定梯田位置和数量,根据修建时间、利用和植被类型将这些梯田分类。在流域内空间分布均匀地选择不同类型典型梯田并进行野外实地测量,统计各类型梯田的损毁情况、损毁形式并估算各类型梯田的土壤侵蚀模数及其流域平均侵蚀模数。结果表明:岔巴沟流域梯田以≤ 4 hm²规模为主,梯田数量上占91.4%,面积上占了50.7%。暴雨造成梯田的损毁形式以田埂表层结皮脱落、田埂滑塌崩塌、田埂冲毁、田面陷穴穿洞为主,有人为干扰时会产生更加剧烈的后果。暴雨造成的梯田损毁侵蚀坑大部分为深度0~0.5 m的侵蚀。老梯田农地、老梯田乔木和老梯田草地侵蚀坑发生频率远远多于新机修梯田,保持在20~36处/100 m。新机修梯田的侵蚀测坑发生频次少,为5处/100 m,但深度可达4.8 m,后果严重。不同类型梯田损毁产生侵蚀模数差异较大,老梯田农地、老梯田草地和老梯田乔木的侵蚀模数为34 000~37 000 t/km²,新机修梯田为19 404.3 t/km²,老梯田灌木侵蚀模数最低,为5 958.4 t/km²。流域内梯田平均侵蚀模数为30 733.4 t/km²。通过本次调查,掌握不同类型梯田在极端暴雨条件下的损毁情况,为黄土高原梯田保护及修复提供数据支持。     

台风“利奇马”暴雨引发的土壤侵蚀调查研究——以山东省临朐县为例

[目的]实地调查极端降雨事件下的土壤侵蚀特征,探寻水土流失治理中存在的问题,为人类应对极端天气灾害提供科学依据。[方法]以受2019年8月9号台风"利奇马"暴雨影响较大的山东省临朐县为调查区域,采用资料分析与野外调查相结合的方法,分析曾家沟、耿家沟典型小流域的坡面侵蚀、道路侵蚀及弥河上游各级河道的冲淤情况。[结果]"利奇马"台风过境期间,暴雨中心的雨量站降雨量达到50 a一遇标准;林草地、撂荒地基本无细沟侵蚀发生,坡耕地细沟侵蚀模数为4 560～19 500 t/km~2,梯田田面上细沟集中于承接上方汇水的位置;受植被保护或石坎梯田的田坎完好,而其他类型田坎滑塌严重。调查样地滑塌侵蚀模数301～36 321 t/km~2,田坎滑塌最为严重;河岸尤其是弯顶处冲刷严重,河道回流区、两河交汇处、拦河坝以及桥梁上游等淤积量较大。[结论]小流域的水土保持措施可减少暴雨造成的土壤侵蚀量。建议针对不同部位和利用类型的土地设计修建适宜的蓄排水和保土措施,并加强对农民的水土保持型农艺培训,提升极端暴雨下的水土流失防灾减灾能力。     

甘肃省成县朱桥沟小流域综合治理与开发模式

甘肃省成县朱桥沟小流域属中度侵蚀区,年侵蚀模数为2400t/km2,年侵蚀量为5.62万t,因流域内降水相对集中形成了地表侵蚀,面蚀是该流域的主要水土流失方式.由于自然因素和人为因素的影响,加剧了该区干旱、霜冻、冰雹等自然灾害,使土壤逐渐失去蓄水、保肥的能力,导致绿色能源严重衰竭,严重阻碍了该区的经济发展.     

陕北子洲县“7·26”特大暴雨引发的小流域土壤侵蚀调查

[目的]2017年7月25日20时到26日8时陕北榆林地区突降了一场特大暴雨,造成了严重的洪水灾害与经济损失。通过考察该次暴雨造成的土壤侵蚀危害,旨在为今后该区水土流失治理及暴雨灾害的防御提供依据。[方法]于2017年8月2—6日赴暴雨受灾区子洲县,选取了清水沟、马家沟、蛇家沟3个典型小流域作为重点调查区域,对该次暴雨下流域内坡耕地、退耕林草地、梯田、填沟造地、淤地坝、道路等的土壤侵蚀特征进行了调查与分析。[结果]在"7·26"特大暴雨洪水下,坡耕地细沟发育明显,甚至产生小切沟;而2000年退耕的林地和自然恢复草地以面蚀为主,无明显细沟产生;新修梯田连接两阶田面的道路及承接路面来水的田面冲毁严重,田埂部分区段被冲开,田坎发生塌落;在削坡填沟造地区域,不仅农作物和坝体遭到严重破坏,而且残蚀了田旁新修道路,切割裸露沟壁多处发生土体塌落;淤地坝或轻或重都存在损毁与隐患,但在该次暴雨中滞洪拦沙作用明显。同时,在调查中发现该区陡坡耕种现象依然存在,小流域蓄排水系统缺乏,部分水土保持工程管理与维护不到位,经济发展水平低,农民水土保持意识淡薄。[结论]"7·26"特大暴雨洪水造成的土壤侵蚀依然很严重,而退耕林草地的土壤侵蚀轻微,证明水土保持工作在该区依然十分重要。在生态环境脆弱的陕北黄土高原地区,应该继续加强环境保护措施,加大水土保持治理力度,特别是陡坡退耕。同时,专业设计并实施小流域蓄水、引水、排水网络系统十分必要。     

水电站建设项目弃渣场岩土侵蚀研究

弃渣场是水电站建设项目水土流失最敏感的部位之一,弃渣堆积过程破环了原有岩土结构、地形和植被,且堆积坡度大,稳定性差,岩土侵蚀程度剧烈,岩土侵蚀类型多样。以金沙江上游金安桥大型水电站工程弃渣场为例,通过定位观测和调查,对其土壤侵蚀形式及成因进行了分析,测算了弃渣场不同部位的土壤侵蚀模数。结果显示,弃渣场不同部位存在溅蚀、面蚀、沟蚀、沉陷、陷穴、岩土泻溜、滑塌、滑坡等侵蚀形式;弃渣场不同部位无截排水措施的开挖边坡细沟侵蚀带、弃渣堆积平台和运渣道路不均匀面蚀带、有截排水措施和无截排水措施的弃渣堆积边坡水力-重力侵蚀带,其岩土侵蚀模数是原地貌平均侵蚀模数的73、124、186和887倍,而修建截排水措施后弃渣堆积坡面的侵蚀模数是无措施的弃渣堆积坡面的1/7.2倍。     

大棚梯田侵蚀规律及其防蚀措施

通过对陕西省安塞县马家沟流域龙泉寺的典型黄土高原丘陵沟壑区大棚梯田定位监测,研究了大棚梯田的侵蚀规律。结果表明,大棚梯田侵蚀与棚面面积、降雨量、产流量及梯田防护措施有关,其中产流量起决定作用;发生侵蚀的临界月累计降雨量为198mm;大棚梯田在无相应防蚀措施情况下,单位面积梯田上大棚面积所占比例应小于0.5(平均土壤侵蚀量小于469.7t/km2)。根据大棚梯田的侵蚀特点,提出了相应的防护对策。     

龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀对有机碳迁移的影响

坡耕地土壤再分布对土壤有机碳(SOC,soil organic carbon)迁移的作用机制研究已成为土壤侵蚀学研究的热点,然而目前极少有研究关注地震后生态脆弱的龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀机理及其导致的土壤有机碳再分布规律。该研究选择龙门山地震带内(都江堰市)一块陡坡耕地和一个梯田系列,采用137Cs法和野外调查,对比分析强震导致田埂垮塌和未受损情况下坡耕地土壤侵蚀空间变化特征和有机碳运移变化机理。结果表明,该区黄棕壤有效137Cs背景值为1 473 Bq/m2;坡度较小的坡式梯田内部上坡表现为侵蚀,下坡表现为沉积,同时,上部梯田的侵蚀速率高于下部梯田,但整个梯田系列净侵蚀量非常小,这表明梯田之间由于缺乏田埂的保护,水力也起着侵蚀、搬运上坡梯田土壤的作用,但是整个坡式梯田系列可以起到较好的保土作用,同时,坡式梯田内部主要以耕作侵蚀为主,是造成梯田上部坡位土壤流失严重的主要原因;陡坡耕地的地形为复合坡,由于田埂垮塌导致其土壤侵蚀速率显著高于坡式梯田系列,在整个坡面上,除了坡顶土壤侵蚀速率高之外,下坡坡度变大(曲率较大)的部位土壤侵蚀速率也非常高,同时,土壤沉积也发生在2个坡位(中下坡坡度较缓的部位和坡脚部位);在梯田系列和陡坡耕地上,SOC与土壤137Cs的空间变化规律较为一致。研究结果表明,在龙门山地震带,质量较好的石埂梯田仍然发挥着较好的土壤保持效果,同时,耕作侵蚀是该区坡耕地上一种重要的土壤侵蚀形式,在制定相应的土壤保持措施时,必须充分考虑耕作侵蚀的作用,才能有效地控制土壤侵蚀,此外,该研究结果还表明采用137Cs核素示踪技术可以比较科学地解释该区域的土壤侵蚀速率和SOC的空间变异规律。     

基于AnnAGNPS模型的黄土高原小流域土壤侵蚀定量评价

以位于黄土丘陵沟壑区的砖窑沟流域为试点，利用AnnAGNPS模型进行土壤侵蚀定量评价。采用流域8次径流事件监测数据进行模型检验，径流量和沉积物量的相对误差分别为10%和-10%，AnnAGNPS模型能够比较理想地模拟流域长期的径流量和沉积物量，并可应用于黄土丘陵沟壑区的径流流失和土壤侵蚀定量评价。采用2004年土地利用状况模拟分析了流域土壤侵蚀量及其空间分布，结果表明：该流域平均片蚀和细沟侵蚀强度为3508 t/(km²·a)，属中度侵蚀等级，黄土沟壑地的平均侵蚀强度最大，属极强度侵蚀等级；严重的沟道侵蚀显著增加了运移到流域出口的泥沙。     

垦植方式对山地果园水土流失的影响

应用径流小区法,长期（1996-2006）定位研究福建中部尤溪县垦植方式对山地果园水土流失的影响,结果表明：1）该地区11年平均年降雨量1575.5mm,平均年蒸发量1461.1mm,5月、6月、8月是强降雨高发期,也是水土流失防治的关键期;2）在山地果园开发中,平台开垦的径流系数为0.0688,明显小于顺坡开垦（0.2865）;3）植草能使果园0-30cm土层的土壤含水量提高0.8％-0.9％;4）顺坡清耕区侵蚀模数为2388.2t／（km^2·a）,梯台清耕区土壤侵蚀量达10.3kg/m,土壤侵蚀主要源于台壁受冲刷,顺坡植草区、梯台植草区基本不发生土壤侵蚀。     

Parameterization of the Effect of Bench Terraces on Runoff and Sediment Yield by Swat Modeling in a Small Semi‐arid Watershed in Northern Tunisia

In Tunisia, soil and water conservation interventions are among the most practicable strategies to prevent and mitigate rainwater losses through surface runoff and consequential erosion of fertile soils. In this study, a small and terraced agricultural catchment (Sbaihia) was used as an experimental site to analyze and parameterize the effects of bench terraces on water and sediment yield using the Soil and Water Assessment Tool. Model calibration and validation was performed, taking advantage from high‐quality daily runoff data from 1994 to 2000 and a high‐resolution bathymetric survey of the hill lake at the watershed outlet. Soil and Water Assessment Tool indicated that the local terraces, established on approximately 50% of the watershed area, reduced surface runoff by around 19% and sediment yield by around 22%, decelerating the siltation of the hill lake. Targeted model calibration delivered concise parameter set describing bench terrace impacts on runoff (Soil Conservation Service curve number method) and sediment yield (Modified Universal Soil Loss Equation) crucial for outscaling of soil and water conservation impacts and suitable watershed management. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

罗玉沟流域坡面土壤侵蚀的研究

本文介绍了罗玉沟流域土壤侵蚀的基本特征,将流域坡面土壤侵蚀划分为梯田平台微度侵蚀、荒坡轻度侵蚀、农田缓坡侵蚀等7种侵蚀类型,采用定位观测和典型调查相结合的方法,测算了1987年流域坡面土壤侵蚀量,并用美国通用土壤流失方程式的推算值对测算的结果进行了验证。1987年罗玉沟流域坡面土壤侵蚀量约32.5万吨,其中农田层状侵蚀量约占总侵蚀量的42.6％,林草地鳞片状侵蚀量约占16.9％,细沟侵蚀量约占36.7％,浅沟侵蚀量约占4％。     

梯田蓄水效益估算方法探讨

[目的]综合考虑梯田土壤性质、梯田形态及降雨雨型的差异,构建梯田蓄水保水效益的估算方法及框架。[方法]运用土壤水库计算模型与入渗模型,探讨蓄满产流和超渗产流模式下梯田土壤水分的预测方法;基于Richards方程,分析不同田坎边界的土壤水分入渗二维分异。在此基础上,进一步对前峰型、均匀型、后峰型、阶梯型4种降雨雨型下产生的单一产流模式或2种产流模式均存在时土壤水分运动进行情景分析。[结果](1)提出梯田蓄水效益分布式估算方法,计算单个梯田田块土壤最大蓄水容量(W_M);(2)对不同田坎类型的梯田而言,浆砌石坎梯田防侧渗效果最好,土坎梯田防侧渗效果最差,且孔隙大、密度小、修筑时间短的新土坎梯田比修筑时间长的土坎梯田在发生侧渗时损失水分更多;(3)得出不同雨型下蓄满产流的临界时间(t)。[结论]该估算方法可大幅度降低对野外设施、设备的依赖程度,降低投入成本,借助野外调查采样,基于模型模拟估算梯田蓄水效益。此外,该方法可根据单个梯田田块蓄水效益分布式计算数据,在区域尺度上估算梯田蓄水保水效益,以期为不同区域梯田的蓄水效益估算提供参考。