不同土石比例弃土堆置体产流产沙模拟研究

根据对野外弃土堆置体的调查结果,以前期概化的散乱锥状堆置体为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验,研究4种土石比例弃土堆置体在4种不同降雨强度下的产流产沙特征。结果表明:各土石比例弃土堆置体的径流率随降雨时间呈波动式增大,侵蚀速率随降雨时间呈稳定、波动2种变化趋势;平均径流率、平均侵蚀速率与降雨强度呈线性关系。在相同降雨强度下,平均径流率和平均侵蚀速率均随含石量的增大而减小。总产沙量与总径流量呈线性关系。在相同降雨强度下,随着砾石含量的增大,弃土堆置体的总径流量和总产沙量减小。在降雨强度为2.5mm/min条件下,土石比例为9∶1,8∶2,7∶3弃土堆置体的总产沙量与纯土堆置体相比分别减少了29%,41%,42%。     

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)。     

模拟降雨条件下赣北地区弃土堆置体侵蚀产沙试验研究

以赣北红土为研究对象,在室内模拟我国南方红土地区的开发建设项目弃土堆置体,对不同雨强下,不同堆置形态堆置体的侵蚀产沙过程进行试验研究。研究结果表明:堆置形态对径流率的影响不明显,而砾石含量的增加能够延迟径流率达到稳定的时间;侵蚀速率随降雨历时变化呈现多峰型变化趋势;砾石和坡顶平台有车碾压堆置形态均能使总产沙量进一步增大,堆置形态均为散乱锥状堆置的两种类型,土石比为9∶1的堆置体的产沙量最大可达到纯土堆置体的1.92倍(2.0mm/min降雨强度);当堆置体均为纯土时,坡顶平台有车碾压堆置体的总产沙量最大可达到散乱锥状堆置体的1.50倍(1.5mm/min降雨强度)。各类型弃土堆置体的平均径流率、平均侵蚀速率均与降雨强度存在着显著的线性关系;同时总产沙量与总径流量也存在着显著的线性关系(P0.05)。     

轻壤土散乱锥状堆置体侵蚀产沙规律研究

采用人工模拟降雨的方法,研究轻壤土散乱锥状堆置体在不同土石比和不同雨强条件下堆置体的侵蚀速率、产沙量、径流量的变化。结果表明:相同雨强条件下,土石比越大,产流时间越长;产流时间与降雨雨强呈负幂函数关系;相同土石比条件下,雨强从1.0mm/min增大至2.5mm/min时,总体趋势为随雨强的增大,侵蚀速率增大;在研究的4种土石比范围内,弃土堆置体总侵蚀产沙量随雨强的增大呈指数变化趋势,其相关关系显著。单位时间径流量的变化基本保持平稳状态,并在小范围内上下波动。     

神府矿区弃土弃渣体侵蚀特征及预测

神府矿区在煤炭开采过程中形成了弃渣体、弃土体及扰动土体等不同下垫面类型,其物质组成、结构性及产流产沙规律与撂荒地有极大差异,且已产生严重的水土流失。采用野外模拟降雨试验方法,对比研究了弃土弃渣体、扰动土体与撂荒地侵蚀特征的差异。结果表明,(1)撂荒地侵蚀速率随降雨历时先下降后逐渐稳定,扰动土体侵蚀速率呈增大后趋于稳定;35°弃土体侵蚀速率增至峰值后减小并逐渐稳定,40°时则一直处于波动状态;石多砂少和砂多石少弃渣体在产流初期侵蚀波动剧烈,并伴有泥石流现象,15 min后基本稳定。(2)同一下垫面侵蚀速率随雨强增大而增大,而各坡度间侵蚀速率差异不显著(p0.05);雨强相同时各下垫面、坡度间侵蚀速率差异均显著(p0.05),复杂疏松的物质组成是弃土弃渣体及扰动土体侵蚀特殊于撂荒地的根本原因,相同降雨条件下石多砂少弃渣体、砂多石少弃渣体、弃土体及扰动土体侵蚀速率分别是撂荒地的6.51倍~14.25倍、57.91倍~239.2倍、43.60倍~180.1倍和2.27倍~3.06倍。(3)弃土弃渣体及扰动土体侵蚀速率与中值粒径、分形维数、降雨强度、坡度及径流参数呈幂函数关系。研究结果对矿区弃土弃渣侵蚀模型建立与生态环境建设有重要的科学意义。     

神府煤田土壤颗粒分形及降雨对径流产沙的影响

神府煤田在开发建设过程中造成的扰动地面、弃土体、弃渣体产生了严重的人为水土流失。采用野外人工模拟降雨试验方法,研究了土壤分形维数及降雨强度对未扰动地面、扰动地面、弃土体及弃渣体径流产沙的影响。结果表明,(1)弃土体、弃渣体随产流历时呈现突增—下降—稳定的过程,扰动地面和未扰动地面则经历上升—稳定的产流过程,各下垫面径流率均随着雨强的增大而增大。(2)各下垫面土壤颗粒分形维数的大小为D1(弃渣体)D2(弃土体)D3(扰动地面)D4(未扰动地面),次降雨径流量与降雨强度、分形维数分别呈显著的线性、幂函数关系,且D1~D2及D3~D4之间存在用以区分下垫面类型的临界分形维数值。(3)弃渣体侵蚀过程线呈先波动后稳定趋势,弃土体则呈多峰多谷特点,扰动地面和未扰动地面在1.0~2.5 mm min-1雨强下侵蚀速率均先增大后逐渐稳定,3.0 mm min-1时二者侵蚀速率则波动剧烈。四种下垫面平均侵蚀速率均随着雨强的增大而增大。(4)次降雨产沙量与降雨强度、分形维数均呈显著的幂函数关系。(5)径流量、产沙量与雨强和分形维数分别呈显著的线性、指数函数关系。分形维数对矿区土壤侵蚀模型的建立有重要的科学意义。     

不同形态工程堆积体产流产沙对比研究

通过室内模拟降雨试验,研究了二维平面和三维锥状两种堆积体坡面在不同砾石含量条件下的产流产沙特征。结果表明:(1)坡面流速和单位面积径流率随产流时间呈“快速增大—缓慢增大—稳定波动”的变化过程;(2)平均流速和单位面积平均径流率随砾石含量的增加而减小;砾石含量相同时,二维平面坡面的流速和径流率大于三维锥状坡面;(3)二维平面坡面剥蚀率随产流时间呈“稳定—减小—稳定波动”的变化过程;三维锥状坡面剥蚀率呈“增大—稳定波动”的变化过程;(4)单位面积侵蚀量随砾石含量的增加先增大后减小;砾石含量相同时,二维平面坡面的侵蚀量大于三维锥状坡面。     

弃土弃渣坡面产流产沙模拟研究

弃土弃渣水土流失量预测是生产建设项目水土流失监测的重要内容。通过室内人工模拟降雨试验,模拟建设项目侵蚀强度与弃土弃渣在不同降雨条件下石块出露面积和土壤粗化的关系,探讨弃土弃渣坡面产流产沙量预测方法。在不同雨强(0.7、1.0、1.5 mm/min)和坡度(5°、15°、25°)组合的9种情况下,研究了降雨侵蚀过程,以及降雨前后单位面积石块出露变化量、表层土石混合物中石块所占比例、侵蚀强度与降雨前后表层土石混合物中石块所占比例差值之间的关系。结果表明:不同坡度、雨强条件下产流率随降雨时间推移均呈先增大后逐渐趋于平稳的趋势,两者之间的关系可用幂函数方程描述;不同坡度、雨强条件下含沙量均在产流后4 min和10 min左右出现峰值,16 min后基本平稳;降雨侵蚀导致土壤中细小颗粒被剥蚀,石块逐渐出露,侵蚀强度与单位面积石块出露变化量之间呈线性正相关关系;侵蚀强度与降雨前表层土石混合物中石块所占比例之间呈指数负相关关系;侵蚀导致分选作用,使得表层土壤粗化,不同雨强、坡度下侵蚀强度与降雨前后表层土石混合物中石块所占比例差值之间呈线性正相关关系。     

沂蒙山区坡面侵蚀过程

通过组合不同降雨强度、坡度的室内模拟降雨试验,研究沂蒙山区坡面侵蚀过程。结果表明：坡面产流时间随降雨强度、坡度的增加而提前,降雨强度对产流时间的影响较大;径流速度与降雨强度、坡度正相关,降雨强度对径流速度的影响相对坡度较弱,褐土表面径流速度大于棕壤;坡面径流量随降雨强度增大而增大,随坡度的增大而减少;土壤侵蚀率与总侵蚀量皆随降雨强度、坡度的增大而增大,但波动规律不同,细沟侵蚀使土壤侵蚀率急剧增加。对于棕壤,小降雨强度时,坡度是影响侵蚀率的主导因子,大降雨强度时,主导作用被降雨强度替代;对于褐土,侵蚀率的大小主要受控于降雨强度。在相同试验条件下,棕壤的侵蚀率、总侵蚀量要大于褐土,说明棕壤抗侵蚀能力小于褐土。     

含砾石锥状工程堆积体坡面径流侵蚀特征

以关中地区的重质土壤为试验材料,利用自制的堆积平台模拟散乱锥状工程堆积体的堆积过程及形态建造实体模型,在人工模拟降雨的条件下,研究了4个降雨强度下(1.0,1.5,2.0,2.5mm/min)不同砾石质量分数(0,10%,20%,30%,40%)锥状工程堆积体坡面的径流产沙特征。结果表明:(1)径流率和流速随时间呈现出先快速增加后缓慢增长至稳定的变化趋势,雨强和砾石含量对径流率和流速均有显著性影响,其中雨强对两者的贡献率较大,起决定性作用;(2)平均径流率和平均流速随雨强的增大而增加,与雨强呈极显著的正相关关系,随砾石含量的增加而减小,与砾石含量呈极显著的负相关关系;(3)雨强为1.0mm/min时,侵蚀速率先快速增加后逐渐趋于稳定;雨强≥1.5mm/min时,侵蚀速率呈持续增长的变化趋势,雨强为2.0,2.5mm/min时,在降雨中后期侵蚀速率突变式增加;(4)侵蚀总量随雨强的增大呈指数型增加的趋势,随砾石含量的增加呈负对数型减小的趋势。     

含砾石锥状工程堆积体侵蚀水动力学特性和细沟形态特征

采用人工模拟降雨的方法,以陕西关中地区的重质土壤和工程中常见的破口石为试验材料,模拟散乱锥状工程堆积体的堆积过程和堆积形态,研究了不同砾石质量含量(0,10%,20%,30%,40%)散乱锥状工程堆积体在不同降雨强度下(1.0,1.5,2.0,2.5mm/min)的侵蚀水动力学特性和细沟形态特征。结果表明:(1)流速和径流强度随雨强的增加而增大,随砾石含量的增加而减小,雨强和砾石对两者均有显著影响,其中雨强的影响较大,起控制性作用;(2)坡面径流处于层流、缓流的状态,雷诺数和弗劳德数随雨强的增加而增大,随砾石含量的增加而减小;(3)剥蚀率随雨强的增加呈指数型增大,相同降雨强度下,随砾石含量的增加线性减小,径流剪切力、水流功率、单位水流功率、过水断面单位能与剥蚀率显著相关且呈幂函数的关系,其中水流功率相关性最好,拟合优度最高,是描述侵蚀动力机制的最优因子;(4)随着降雨强度的增加,细沟出现的时间提前,沟宽、沟深、沟长和细沟密度逐渐增加,雨强相同时,随着砾石含量的增加,细沟出现的时间推迟,且逐渐变窄、变浅,细沟下切侵蚀减弱。     

褐土和棕壤坡耕地细沟侵蚀过程及侵蚀产沙特征

为揭示辽西低山丘陵区主要土壤类型褐土、棕壤坡耕地细沟侵蚀产流产沙变化规律,以期为该地区土壤侵蚀预测预报提供一定理论依据,利用人工模拟降雨系统在坡度为10°和15°、降雨强度为40,60,80 mm/h条件下分析褐土和棕壤2种土壤细沟侵蚀产沙过程,结果表明:褐土在坡度为10°和15°,径流量均随雨强的增加而增大,在坡度为15°雨强为80 mm/h降雨过程中出现最大值,而含沙量变化相反,大体呈现出随着雨强的增加而降低的特征,在坡度为15°时,3种降雨强度在降雨末期均集中在0.05 g/mL;棕壤在10°和15°径流量与含沙量变化无明显规律;2种土壤总体水沙关系表现出褐土总径流量大于棕壤,而总侵蚀量表现为小于棕壤;棕壤更易发生细沟侵蚀。     

Rock fragments I. Their effect on runoff, erosion and soil properties under field conditions

Abstract. The effects of different sizes, amounts, and positions of rock fragments on soil properties and erosion were studied in experimental plots (10 treatments including bare soils and soils under natural vegetation, with 3 replicates each) installed on a hillslope.
Over five events, the largest amounts of runoff were from bare soils containing abundant rock fragments, either partially embedded on the surface or incorporated in the upper part of the soil. Stoneless soils gave smaller amounts, and the smallest runoffs were measured on soils under natural vegetation. Generally, large rock fragments (cobbles) caused greater runoff than smaller fragments (coarse gravel). However, soils with appreciable amounts of coarse gravel on the surface generated considerable runoff under rainfalls of low intensity and long duration, but smaller amounts at greater rainfall intensities.
Sediment loss was greater from soils with cobbles than from soils containing coarse gravel; vegetation greatly decreased sediment loss from both.
In a 12-month period, the organic matter content of the soils decreased by 15.5 to 23.0%, decreasing soil aggregate stability. The organic matter content was greater in the collected sediments than in the soil.     

人工模拟降雨下汶川震区滑坡堆积体产沙规律

为明确震区滑坡堆积体坡面产沙的特点,该文采用室内人工模拟降雨试验,对不同土石比(质量比为1:1、1:2、1:4)的滑坡堆积体侵蚀产沙规律进行研究。结果表明,同一土石比不同降雨强度与同一雨强不同土石比条件下,震区滑坡堆积体产沙随时间的变化形式,为波动型和平缓型。土石比和雨强对滑坡堆积体径流含沙量有显著影响,即当滑坡堆积体土石比为1:1时,稳定产沙率随着雨强增大而增大,即2.80 g/min(1.0 mm/min)7.76 g/min(1.5 mm/min)10.84 g/min(2.0 mm/min);在土石比为1:2雨强1.0 mm/min时没有产流产沙,1.5 mm/min雨强条件下的产沙率小于雨强2.0 mm/min的产沙率;土石比为1:4的滑坡堆积体在整个试验过程中没有产流产沙。土石比与平均产沙率、累积产沙量的偏相关系数相比于雨强更大,累积径流量和累积产沙量为极显著线性关系。研究为汶川震区滑坡堆积体的水土流失预测和治理提供理论依据。     

模拟降雨对工程建设区裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响

为揭示不同降雨强度下工程建设区裸露坡地土壤侵蚀过程和氮素流失特征,采用人工模拟降雨的方法,研究不同降雨强度(1,1.5,2mm/min)和处理(裸地、坡面覆盖纱网)对工程裸露坡地产流产沙及氮素流失的影响。结果表明:(1)径流强度、径流含沙量、土壤剥蚀率都与降雨强度呈正相关关系,土壤入渗率与降雨强度呈现负相关关系。(2)累积泥沙量与累积径流量在裸地处理中呈现线性函数关系,在纱网处理中呈现幂函数关系。(3)地表径流中氮素流失浓度随降雨历时呈现"下降—稳定"趋势,氮素流失量随降雨强度的增加而增大,其中NO_3~-—N流失量占总氮比重高于NH_4~+—N。(4)土壤坡面覆盖纱网后能有效控制水土流失量和氮素流失量,其中径流量和NO_3~-—N流失量在小雨强处降低效果显著,分别降低了60.21%和56.74%;TN流失量和NH_4~+—N流失量在小、中雨强处降低效果较好,均达到59.26%以上;侵蚀泥沙量在小、中、大雨强处均降低了79%以上。说明土壤坡面覆盖纱网这一措施对降低工程建设区裸露坡地土壤侵蚀量和氮素流失量具有效果显著,可以作为工程建设区水土流失防止措施。     

连续降雨下岩溶区含砾石石灰土坡面径流产沙特征

为明确砾石含量对岩溶区石灰土工程堆积体坡面径流产沙特征的影响,以土质坡面为对照,采用室内模拟降雨试验方法,研究了递增型降雨（0.5—1.0—2.0—2.5—3.0 mm/min）条件下偏土质（砾石含量30%）和偏石质（砾石含量70%）石灰土坡面的径流特性及侵蚀特征。结果表明：（1）0.5 mm/min雨强下,土质、偏土质和偏石质坡面均未产流;随雨强增大,各坡面径流率呈稳定增长—波动的变化趋势,且土质坡面径流率整体小于两种含砾石坡面;偏土质和偏石质坡面产流量较土质坡面增加了0.49倍和0.37倍;（2）1.0～3.0 mm/min雨强下,土质坡面侵蚀速率变化范围为0.16～5.4 g/(m2?s),整体呈稳定—波动增加的变化趋势;偏土质和偏石质坡面分别为0.16～5.4 g/(m2?s)和0.06～0.74 g/(m2?s),前者侵蚀速率变化范围大且波动剧烈,后者变化范围小且稳定;随砾石含量的增加,各坡面侵蚀量呈先增后减的变化趋势,偏土质坡面侵蚀量较土质坡面增加了2.5倍,而偏石质坡面则较其减少了0.9倍;（3）各砾石含量坡面侵蚀速率与径流率均呈极显著正相关（P＜0.01,n=76）,土质坡面相关性最好,径流率对侵蚀速率具有显著影响;土质、偏土质和偏石质坡面的侵蚀速率与径流率分别呈极显著幂函数、线性函数和线性函数关系;结果可为桂西北岩溶区弃渣场水土治理提供一定的科学依据。     

江苏省沿海平原沙土区典型河沟边坡土壤侵蚀试验研究

为探明江苏省沿海平原沙土区河沟边坡土壤侵蚀过程并建立预测模型,在4个坡度和2个雨强条件下,对江苏省沿海平原沙土区典型河沟边坡土壤开展人工模拟溅蚀试验和微区模拟降雨试验,了解河沟边坡土壤溅蚀特征,明确河沟边坡产流产沙过程,并利用传递函数方法分别建立了溅蚀率、产流强度和产沙强度的估算模型.结果表明:(1)河沟边坡土壤溅蚀率...     

(土娄)土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区。本文基于室内坡地降雨实验,分析了塿土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓。雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显。     

雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响

为探究雨强和植被覆盖度对花岗岩红壤坡面产流产沙的影响,通过室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(0.5,1.0,1.5 mm/min)和植被覆盖度(0,20%,40%,60%)下坡面侵蚀的产流、产沙规律及相关关系。结果表明:(1)同一雨强下,初始产流时间随植被覆盖度增加而延迟,并随雨强增大而提前,雨强越大,产流时间提前越明显;(2)各坡面径流率、侵蚀率随植被覆盖度增加而减小,且植被覆盖度越高,径流率和侵蚀率波动范围越小,侵蚀过程越稳定;(3)有植被覆盖的坡面,产沙主要以0.25 mm的水稳性团聚体为主,侵蚀泥沙中0.25 mm水稳性团聚体比重随雨强增大而增加,且增加的幅度随覆盖度的提高而减小;(4)雨强、植被覆盖度均与产流时间、径流率、侵蚀率呈现极显著相关关系(P0.01),且坡面产流过程与雨强变化的相关性大于其与植被覆盖度变化的相关性,坡面产沙过程与植被覆盖度变化的相关性大于其与雨强变化的相关性,不同雨强下植被覆盖坡面累积径流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R~20.98)。研究结果可为南方红壤丘陵区水土流失治理与生态恢复提供科学参考。