植被缓冲带对地表径流阻控效果调查及模拟

为了定量分析和评价植被缓冲带对地表径流的阻控效果,对大沽河流域两岸典型植被进行了现场调查及取样,并利用VFSMOD模型初步探讨了植被缓冲带的作用。根据实地调查,获得了大沽河8个典型位置的缓冲带参数。结果表明:大沽河流域植被缓冲带主要由杨树、松树等高大乔木,罗布麻、碱蓬等灌木植物和结缕草、野艾蒿等草本植物组成;这些植被对地表覆盖度较高,可有效地拦截泥沙、增加地表粗糙度,对地表径流具有良好的阻控效果。利用VFSMOD模型对北岔河村、仁兆镇拦河闸、程家小里村和后路家村4个缓冲带的地表径流阻控效果进行了模拟,结果表明:4处植被缓冲带分别可以拦截0.8,0.7,0.7,0.4 mm/min以下降雨强度产生的地表径流;在植被缓冲带宽度和源区宽度同时变化的情况下,4处植被缓冲带宽度分别达到8,20,1,5 m时,对泥沙拦截率达到0.95以上。因此,大沽河两岸现存植被缓冲带可以对泥沙起到较好的阻控作用。     

水分环境、林相与泥石流灾害发生的关系

进入雨季,在泥石流易发区,常诱发泥沙灾害。那么,在发生山地灾害地区中,其水分环境、林相结构、植被盖度等下垫面条件与发生泥沙灾害究竟有怎样的关联度,2009年日本学者清水靖久等人研究了日本长野县林相结构、植被盖度、水分环境等下垫面条件与发生泥沙灾害的关系。其结论是:在靠近泽地的山脊源头部多发生崩塌。所有的崩塌都发生在被树冠覆盖的林地内。在立木密生的壮龄林内多发生崩塌。崩塌规模虽小,却有大量的水流出的痕迹。流出的泥石流冲倒立木,卷起土石,气势凶猛,灾害更大。渗透到厚亚黏土层处于饱和状态,是崩塌的导火索。若是荒废林地,崩塌面积就扩大。沟谷呈现出具有"圆形剧场型"的地形特征,喜欢湿润环境的林地,是多发区。基岩层中有来自地下径流通道,是多发区。     

不同入流条件下草本缓冲带对污染物削减作用

草本缓冲带能够有效拦截坡面径流中泥沙、总氮、总磷等污染物,是农业面源污染防控的主要措施之一。通过人工配水模拟地表径流,研究不同径流量对草本缓冲带截污能力的影响。结果表明:草本缓冲带对污染物都有一定的削减作用,草本缓冲带对泥沙削减效果最好,对总磷削减效果最差,白三叶对污染物的削减能力总体较黑麦草强。径流量对草本缓冲带总氮、总磷削减率影响较大,对泥沙削减率影响较小;当流量从0.08 L/s增加至0.24 L/s时,草本缓冲带对总氮、总磷削减率减少至9%和6%,而泥沙削减率为34%。随着放水冲刷时间增加,出流总氮、总磷、泥沙浓度不断降低并逐渐达到稳定,流量增大至0.24 L/s时,总氮、总磷浓度范围为11.5~24.7,1.6~2.3 mg/L,泥沙浓度在不同流量下无明显差异。草本缓冲带对总氮、总磷去除作用受流量影响较大,在大流量时缓冲带对总氮、总磷基本无去除作用,但缓冲带对泥沙去除作用受流量影响较小。     

依据河床比降、河宽的侵蚀模拟

评价预测泥石流泛滥区域和沟壑坝系等防御泥石流措施效果,最有效的方法是数值模拟。2009年日本学者铃木拓郎等人具体研究了伴随坡度变化、河床束窄区域及坝系工程的泥沙堆积过程。其结论:在侵蚀与堆积初期,在坡度变化点的下游发生侵蚀与堆积。在同等的水与泥沙总供给量、流量、持续时间的条件下,侵蚀与堆积过程在短时间内,由大流量供给,在下游有泥沙侵蚀与堆积现象。在固定坡度的条件下,河道宽度变化时,首先在狭窄部位上游发生堆积后,下游发生侵蚀,并慢慢上朔,最终出现全部发生侵蚀的结果。泥石流在冲击坝体的瞬间,泥沙急剧的堆积。流量变大,堆积坡度变小,坝下游的泥沙流出相应提前,更多的泥沙向下游流出。模拟结果符合现实发展的自然规律。     

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。     

关于泥石流规模预测的研究

本文利用日本全国14年的泥石流灾害资料，对泥石流发生区域的地形、地质特征进行了分析，阐明了径流泥沙量与各有关因子间的关系，并用逐步回归分析法导出泥石流规模的预测方程：Vd＝2．78A0·651（fr）0.364，为预测泥石流的发生规模提供了理论依据。     

植物过滤缓冲带减少径流泥沙及养分输移效果

在美国中西部,家畜放养是造成产沙产流量增加、N流失增大、造成水体表面污染加重的主要原因。通过牧区连续放牧、轮牧和禁牧3个处理的对比试验,对自然水力条件下,放牧管理措施和植物缓冲带对径流、泥沙、NO3-N和PO4-P流失量进行了量化分析。结果表明,植物缓冲带可能导致新建的多年生草场系统在至少3个生长季内产生泥沙和营养物损失,并使径流下渗特性发生明显变化。     

湖滨林草复合缓冲带对泥沙和氮磷的拦截效果

通过田间试验设置3种林分密度的杨树-草复合缓冲带,即杨树株行距分别为:2 m×5 m(T1)、4m×5m(T2)、6m×5m(T3),研究了不同林分密度杨树-草复合缓冲带在自然降雨条件下对地表径流中泥沙和氮磷的拦截效果。结果表明,杨树-草复合缓冲带能显著减少地表径流量以及泥沙和氮磷的径流流失通量,且流失通量随林分密度的增加而减少;林冠截留量随林分密度的增加而增大;缓冲带减少了47.1%~58.7%的地表径流量,拦截了径流中74.4%~86.3%的泥沙,54.5%~68.1%的总氮和62.3%~77.5%的总磷;缓冲带T1对径流中泥沙和颗粒态氮磷的截留效率明显高于缓冲带T2和T3,而对径流中NH4+-N、NO3--N和PO43--P的截留效率与缓冲带T2相比差异不显著;降雨强度对缓冲带截留效率的影响要比降雨量大。这表明缓冲带植被栽植密度对其截留效率的影响与污染物的类型和形态有关,即对泥沙和颗粒态氮磷的影响要大于对可溶态氮磷的影响,且林分密度对缓冲带截留效率的影响主要归因于林冠的截留作用。     

关于河岸缓冲带拦截泥沙和养分效果的研究

河岸缓冲带被广泛地应用于拦截农地中流失的非点源污染物质。美国学者K.H.Lee等人通过设置田间试验对复合缓冲带在天然降雨条件下从农地上拦截氮、磷和泥沙的能力进行了研究。实验结果表明,设置7.1m宽的柳枝稷缓冲带拦截了径流中95％的泥沙、80％的总氮、62％的硝基氮、78％的总磷和58％的PO4-P。设置16.3 m宽的柳枝稷/林木复合缓冲带拦截了径流中97％的泥沙、94％的总氮、85％的硝基氮、91％的总磷和80％的PO4-P。缓冲带的拦截能力与降雨强度和总降雨量呈显著的负相关关系。虽然7.1 m宽的柳枝稷缓冲带在拦截营养物质方面的效果较好,但若其加宽到16.3 m的柳枝稷/林木复合的缓冲带拦截可溶解营养物质的效力将增加20％。运用浓密的、本地的暖季草与木本植物相结合的缓冲带,拦截非点源污染物质的效力将更高。     

植被缓冲带对农业面源污染物的削减效益研究进展

农业面源污染对环境安全的影响已超过城市生活污染和工业污染,成为水污染的最主要来源。植被缓冲带能够有效拦截农业面源污染物,减少污染物向水体的排放。通过搜集国内外学者对缓冲带的研究结果,对缓冲带削减农业面源污染物能力、缓冲带最佳宽度等方面的研究进行总结分析。结果表明:(1)5 m草本缓冲带对污染物的拦截作用最好,当缓冲带宽度超过5 m时,推荐使用灌草缓冲带,而乔灌草缓冲带需要超过30 m才能发挥作用;(2)当缓冲带宽度相同时,悬浮物和磷素相较于氮素更容易被拦截,悬浮物及磷素去除的缓冲带最佳宽度推荐为15 m(削减率70%以上),但去除氮素的最佳宽度推荐为30 m(削减率为80%);(3)植被缓冲带拦截污染物受缓冲带宽度、坡度及植被类型等因素影响,但缓冲带宽度与削减率之间的关系并不总是呈正比例,当缓冲带宽度增加到一定大小时,缓冲带对污染物的削减率将不再有明显改变;缓冲带坡度与削减率之间也并不总呈反比例,轻微的坡度能够促进径流下渗作用从而增加缓冲带的削减率。     

中国泥石流与山区土地荒漠化

我国是一个多山的国家,泥石流灾害数量多,分布广.泥石流不仅是一种严重的突发性自然灾害,同时又是一种剧烈的水土流失形式.泥石流以强烈的坡面侵蚀和沟道侵蚀以及泥沙堆积等方式破坏山区土地,造成山区土地荒漠化,加剧山区人地矛盾,同时又将大量的泥沙输入主河,给主河下游带来不利影响.通过土木工程和生物工程相结合的方法防治泥石流,在泥石流得到有效控制后,充分开发利用泥石流堆积扇形地和主河河滩地,增加山区耕地面积,陡坡耕地得以退耕还林,使山区土地开发利用与环境保护、泥石流防治、水土保持以及防止土地荒漠化相得益彰.     

不同宽度草皮缓冲带对农田径流氮磷去除效果研究

在前期调查及试验研究的基础上,通过设置不同宽度的混播草皮缓冲带,研究其对农田径流总氮、总磷的去除效果。结果表明:在总氮、总磷进水平均浓度分别为17.89,1.04 mg/L的试验条件下,3～12 m宽度的混播草皮缓冲带对总氮、总磷具有一定的去除效果,且随着缓冲带宽度的增加而不断提高,其中对渗流水总氮、总磷的去除效果优于地表径流水,当草皮缓冲带宽度为12 m时,对农田径流中总氮、总磷的去除率可达80%。最后通过数值拟合的方法计算当总氮、总磷去除率均达70%时,混播草皮缓冲带所需的适宜宽度。     

辽河重污染支流招苏台河径流和泥沙模拟研究

在3S技术和基础信息数据库的支撑下,应用SWAT模型对招苏台河流域径流和泥沙进行了模拟研究,利用2004—2009年的日径流量、输沙率等水文实测数据对模型进行校准和验证,评价参数满足要求。模拟结果表明:研究区年平均径流量和输沙量为1.64m3/s、6.90万t,土壤侵蚀模数为62.93t/(km2·a),侵蚀强度为微度侵蚀,耕地的土壤侵蚀模数最大,是该河泥沙的主要来源;径流量和输沙量在时间分布上具有季节性特点;根据研究区的水土流失特征,提出拟采取的水土保持措施,并模拟了河流两岸不同尺度植被缓冲带控制情景条件下的水文响应。该研究揭示了招苏台河流域径流和泥沙产生的规律和特征,为研究区水土保持和重污染河流的治理提供数据和管理决策支持。     

日本泥沙灾害与水土保持

日本由于地势狭长陡峭 ,地质条件较差 ,极易发生土沙灾害。全国共有泥石流溪流 190 130条 ,滑坡危险区 92 390处 ,陡坡地崩塌危险区 1170 2 5处 ,活火山 86座 ,每年发生台风 2 0余次 ,雪崩也是日本多发的灾害。日本的水土保持工作始于 4 5 0年前 ,1897年实施治水三法 ,以后相继出台了《滑坡防治法》、《治山治水紧急措置法》、《陡坡崩塌防治法》、《土沙灾害防治法》。日本的砂防管理体系日臻完善 ,技术已达到世界先进水平     

基于GIS的植被缓冲带地表径流拦截效果评价

在农业生产中,为了增加作物产量而大量使用化肥和农药,由此造成农业面源污染,对土壤和地表水的健康产生不利影响。在农田边缘建立植被缓冲带能够有效减少农田土壤养分和泥沙流失。然而,目前沿农田长度方向设计的植被缓冲带(VFS)拦截效果并不理想。因此,需要研究新的植被缓冲带设计方法,提高拦截效率。利用GIS和三维激光扫描生成5 m×5 m数字高程模型(DEM)数据,对农田植被缓冲带的径流拦截累积进行建模和分析,能够准确确定最佳布设位置和实施设计。并提出径流拦截系数(ε),评估3个研究点不同植被缓冲带的拦截效果。     

山体崩塌后对流域输沙量的影响

山体发生崩塌等山地灾害,改变了流域运动形态。定性分析其危害远远大于常规的水土流失。但定量分析,究竟危害到什么程度,目前还没有相关的详细研究报道。2008年日本学者Laurentia DHANIO等人根据2004年3月26日发生在印尼的山地灾害相关资料,定量研究了因山体发生崩塌、滑坡,对流域输沙量的影响。其结论是:山地灾害的发生,不仅造成河流的泥沙大量沉积,且崩塌前径流深为降水量的60%,而崩塌后下降到45%。浑浊度比崩塌前提高了400倍。此项研究揭示了流域内一旦发生滑坡,必然产生大量的水土流失,增加了流域治理难度。但也提示我们应利用这种改变规律,决策流域治理手段。此项研究成果对我国研究山体崩塌、滑坡或泥石流等山地灾害的防治,具有一定的借鉴作用。     

小秦岭矿区泥石流灾害特征及其防治

小秦岭矿区矿山开采中矿渣尾沙无序堆放,是造成泥石流灾害频繁发生的主要原因。介绍了区内泥石流灾害发育现状,对人类活动引起的泥石流灾害发育程度进行了评价预测。区内目前有可能发生泥石流灾害的冲沟22条,其中中等易发程度的泥石流沟7条,提出了对泥石流灾害进行防治的措施和建议。     

南方红壤区不同利用土地产流产沙特征试验研究

研究不同类型降雨下土地利用/覆被对水土流失过程的影响,对于科学指导植被建设和控制水土流失具有重要意义。采用人工模拟降雨的方法,对南方红壤区典型小流域8种不同利用土地的径流、泥沙在不同降雨条件下的流失特征进行了研究。结果表明,不同利用土地的径流和泥沙流失差异明显,且各利用土地的径流和泥沙流失的变化对雨量雨强变化的响应不同;相同降雨条件下径流调控排序为果园>旱平地>油茶>弃土场>水保林>坡耕地>水田>裸地,泥沙调控排序为果园>油茶>旱平地>水田>裸地>水保林>坡耕地>弃土场。因此,具有水土保持措施的果园保水保土最好,而裸地产流最大,坡耕地和弃土场泥沙流失最多,产流和产沙没有完全的对应关系,该研究结果为南方红壤区的水土保持规划与水土流失综合治理提供了基础数据和科学依据。     

碱坪沟地震次生泥石流形成特征与发展趋势

＂5.12＂汶川地震后,龙溪河碱坪沟流域内堆积了大量的松散固体物质,成为参与泥石流形成的主要物源。碱坪沟于2009—2010年先后3次暴发大规模泥石流灾害。通过对碱坪沟的地形、水源和物源条件的分析发现,该流域地形和水源条件满足泥石流形成的条件,且在地震前后未发生显著变化,而物源条件已经成为影响该区域泥石流形成与发展的主要因素。基于流域物源量与物源固结效应的研究结果表明,在5a内碱坪沟泥石流灾害较活跃,可能暴发大规模泥石流灾害。5～10a后,在降雨条件不发生较大变化以及不暴发大地震的情况下,流域内泥石流规模和频率会逐渐减小,只有在低频率暴雨作用下才可能暴发大规模泥石流灾害。     

小秦岭矿区泥石流灾害特征及共防治

小秦岭矿区矿山开采中矿渣尾沙无序堆放，是造成泥石流灾害频繁发生的主要原因。介绍了区内泥石流灾害发育现状，对人类活动引起的泥石流灾害发育程度进行了评价预测，区内目前有可能发生泥石流灾害的冲沟22条，其中中等易发程度的泥石流沟7条，提出了对泥石流灾害进行防治的措施和建议。