三峡库区森林植被坡面产流特性

以重庆缙云山4种不同植被类型坡面为研究对象,对2002年降雨和地表产流实测值进行对比分析,结果表明三峡库区4种坡面在相同的降雨条件下,产流量依次为：混交林地（65.18 mm）〉毛竹林地（64.72 mm）〉灌木林地（30.52 mm）〉阔叶林（18.71 mm）,并且产流量集中分布在4-9月份,阔叶林这一时期的产流量所占比例76.84%,为4种植被类型坡面中最低,表明阔叶林相对于其它坡面在调节径流方面的作用最大;地表特性各因素与产流量间的灰关联度大小依次为：土层厚度〉枯落物量〉林份郁闭度〉坡度,地表特性各因素对产流量的影响均较大,其中土层厚度对产流量的影响最大,而坡度对产流量的影响最小;产流量与降雨量都表现出了较好的线性相关关关系,且土层厚度直接影响着起始产流雨量。     

土体干缩开裂影响水分入渗和坡面产流的研究进展

以Web of Science核心合集2008—2021年数据和CNKI数据库1936—2021年数据为基础,通过综合分析土体干缩裂隙的发育过程、干缩裂隙对土壤结构影响的研究进展,总结了土体干缩开裂对土壤水分入渗和坡面产流的作用,以期为理解气候变化对土壤水分入渗、坡面产流及土壤侵蚀的影响提供参考。     

坡面产流机制研究刍议

随着水文学的发展,坡面产流问题越来越受到水文学领域的重视。对坡面产流机制(这里的坡面产流包括地表径流产流和壤中流产流两个部分)的研究现状详细进行了回顾与分析,并提出了目前产流机制所面临的问题,以期推动降雨产流计算方法和流域水文模型机构的发展。     

森林与坡面产流研究

20世纪以来，森林与坡面产流的研究取得长足进展，尤其是在我国研究得比较深入与广泛。观测实验仍然占绝对优势，径流小区实验仍是最广泛采用的方法。森林对坡面产流机制、坡面流态、产流量、产流过程、产流I临界值、地表径流与地下径流分割都有影响，以及森林枯落物层对径流都有重要影响。同时，坡面产流模型在森林水文学领域得到了应用。     

不同石漠化程度土地坡面产流特征分析

采用人工模拟降雨试验,研究了不同石漠化程度土地坡面产流特征。结果表明:中度和重度石漠化土地地表径流特征相似,但其与潜在、轻度和极重度石漠化土地差异明显。当雨强小于40 mm/h时,潜在石漠化土地难产生地表径流,当雨强达到55 mm/h,连续降雨34 min其开始产流;当雨强在51～60 mm/h之间时,其径流强度围绕3 mm/h小幅波动,当达到61 mm/h以上时,其径流强度随着降雨时间的延长而增大。轻度石漠化土地产流时间随着雨强的增大而变短,但其径流强度差异不大,介于2～5 mm/h之间。中度和重度石漠化土地地表径流呈现峰谷相间的特点。极重度石漠化土地裂隙、节理极为发育,洼地内多漏斗、落水洞,集流面积小,雨强增大后产生的径流变化幅度不明显。     

重庆四面山植被类型对坡面产流的影响

 为研究长江三峡库区植被类型对坡面产流的影响,在重庆四面山布设针阔混交林、阔叶林、楠竹林、灌丛和农耕地5种不同植被类型的标准径流小区。对天然降雨过程和由降雨产生的地表径流进行观测。结果表明:不同植被类型林地地表径流量的平均值,从大到小依次为农地、灌丛、楠竹林、阔叶林和针阔混交林,分别是6·45、4·12、2·91、2·34和1·57mm。3种以乔木为主的林地地表径流量,均小于农地的地表径流量,不同乔木林地地表径流量差异不显著。不同植被类型林地地表径流量与降雨量存在显著的相关关系,与降雨强度也存在极显著的相关关系,并且都表现为多项式或幂函数关系。在同一降雨条件下,不同植被类型林地(包括农地),地表径流变化趋势存在一定差异,且均是农地地表径流量最大。     

坡面入渗的人工神经网络模型研究

根据野外人工模拟降雨试验得到的不同耕作措施下坡面土壤入渗实测资料，引入人工神经网络建模方法，建立了不同耕作措施，如等高耕作、人工掏挖、人工锄耕和直线坡条件下坡面入渗BP网络模型，并利用实测资料对网络进行了训练和预测，取得了较好的结果，说明该模型的建立与求解为复杂坡面土壤入渗规律的研究提供了一条新途径。     

典型喀斯特坡面产流过程试验研究

通过人工降雨模拟典型喀斯特裸坡面径流过程试验研究,结果表明;在相同坡度和基岩裸露率的喀斯特地表、地下双层空间开放水文系统条件下,不同降雨强度和地下孔裂隙度的地表、地下径流分配呈负相关并具有临界点和交叉平衡点;二者随降雨过程的变化具有同步性;与降雨强度、地下孔裂隙度和降雨历时呈多元线性相关,相关程度分别是降雨强度＞地下孔裂隙度＞降雨历时,其中地表径流与降雨强度及降雨历时星正相关,与地下孔裂隙度呈负相关,地下径流与降雨强度及地下孔裂隙度呈正相关,与降雨历时呈负相关.     

流域坡面综合产流数学模型的研究

从流域坡面产流机制出发,依据Horton入渗曲线,建立起一个可适用于不同流域的综合产流模型,模型以降雨强度和土壤蓄水量为控制条件,同时兼顾超渗产流和蓄满产流,适应下垫面条件较为均一的流域或单元区域在不同条件下的产流计算。     

太行山南麓鱼鳞坑坡面产流特征及其影响因素

[目的] 通过研究太行山南麓鱼鳞坑坡面土壤产流特征,探讨其影响因素,为该区水土流失治理及生态环境保护提供科学依据。 [方法] 以太行山南麓鱼鳞坑坡和自然荒坡为研究对象,测定草本、灌木、乔木群落下坡面产流特征并分析其影响因素,运用地理探测器统计学方法量化各因素单独和交互作用对坡面产流的影响力。 [结果] ①鱼鳞坑坡草本、灌木、乔木群落的平均径流深之间没有显著性差异,自然荒坡灌木群落和草本群落的平均径流深显著大于乔木;与自然荒坡相比,鱼鳞坑坡草本群落、灌木群落、乔木群落的平均径流深分别减少了56.61%,72.80%,39.58%;平均径流深随着砾石含量的增加呈减少趋势;砾石覆盖度对坡面产流的控制作用有一个阈值,当砾石覆盖度为6%～9%时,坡面径流深最小。 ②太行山南麓鱼鳞坑坡面产流单因子影响力最大的是砾石覆盖度(0.31),其次是植被盖度(0.29)。 ③坡面产流影响因子交互作用后大多表现为非线性增强和双因子增强作用;降雨因子与非降雨因子交互后均表现为非线性增强作用。 [结论] 大量砾石的存在导致了太行山南麓坡面产流过程的复杂性,增加植被盖度是减少该地区鱼鳞坑坡面产流的重要措施。     

鲁中花岗岩山区人工林土壤水分物理性质

在济南市南部山区圣泉寺林场内,以5种人工林为研究对象,对其土壤物理结构和土壤水分特征进行研究,以其为北方石质山区人工林的科学经营与抚育管理提供依据。结果表明:①各种林分的土壤密度、孔隙度和渗透速率等表征土壤水文物理性质的指标明显好于无林地,其中混交林好于纯林,刺楸纯林好于黄连木、栾树纯林。②在旱季和雨季,随着土壤深度的增加,大部分林地土壤含水量呈现递减趋势,其变动幅度小于无林地。③随着土壤深度的增加,各林地土壤饱和持水量逐渐减小;混交林表层土壤蓄水功能最好,其它林分各层次差异较小。混交林对水分的贮蓄和调节能力较强,但各林分供水性能差别不大。在涵养水源和水分有效性方面,混交林优于纯林,纯林中以刺楸大阔叶树种较好,栾树较差。建议在今后的森林经营中,首先考虑营造混交林分,林种组成以刺楸×黄连木较好;若营造纯林以刺楸林分较好。在现有林分的经营管理中,对黄连木和栾树纯林应注重对其地表植被和枯枝落叶层进行保护,对残次林分采取封山育林措施,有条件时尽量改造为混交林。     

太行山区不同人工林林冠截留降水的比较研究

林冠截留降水是林地水分循环中重要的水文过程。通过穿透降雨和树干径流自动采集系统对太行山区油松和侧柏两种典型人工林在天然降雨条件下林冠截留降水的生态水文过程进行了分析。结果表明,两种林分林冠截留和树干径流的过程都与林外降雨呈正相关关系。油松林冠截留降水的能力明显强于侧柏,而截留降水转化为树干径流流量则小于侧柏。油松林冠次降雨截留降水率约为18.9%,其中大约3.5%的截留降水转化为树干径流,大约81.7%的降水到达地面;侧柏林冠次降雨截留降水率约为13.3%,其中大约8.9%的截留降水转化为树干径流,大约88.9%的降水达地面。从林冠截留功能的角度分析,在太行山区进行人工造林时,坡度较缓山丘地区适宜种植侧柏,坡度较陡的山岭地区适宜种植油松。     

神东矿区堆积弃土坡地入渗规律试验研究

选择了神东矿区内土壤类型一致、土壤初始含水率、坡度相似而弃土时间分别为2002～2003年、1996～1997年、1990～1991年的小区和原状土,以及弃土时间为1990～1991年、植被覆盖度相似的不同坡度及坡度、植被覆盖度相似而坡长不同的10个试验小区进行强度为2.0 mm/min人工降雨模拟试验。通过对各场降雨进行入渗率计算,获得10场入渗率变化曲线。结果表明,不同时间堆积弃土具有不同的稳定入渗率,新堆积坡地入渗率要明显高于原状土,达到稳定入渗时间要比原状土长。随着堆积时间的延长,稳定入渗率逐渐下降到原状土水平。坡度、坡长的变化影响弃土坡地入渗过程。坡度越大,产流越快、入渗过程越不稳定;坡长越长,产流越慢、入渗率变化越大。但在其它条件相似的情况下,坡度、坡长的改变对稳定入渗率的影响较小。     

土壤生物工程在北京山区公路绿化中的应用

山区公路边坡绿化不仅可以保护边坡,防治水土流失,而且还可以改善公路施工过程中对环境造成的创伤,已经成为公路边坡治理的重要内容。以北京市怀柔区琉璃河岸坡为试验示范区,以旱柳(Salix matsudana)作为主要的绿化植物,采用扦插、埋根、灌丛垫、柳篱挡墙、梢捆等土壤生物工程措施,对沿河公路路基边坡进行治理,并对施工完成5个月后的生长状况、护坡效果等进行观测调查。结果表明:5种土壤生物工程中旱柳的成活率均在90%以上,在试验区具有很好的适应性;在不同的工程类型、水淹与否等条件下,旱柳的生长状况表现出明显的差异,各措施按旱柳生长状况由好到差排序依次为梢捆、灌丛垫、埋根、扦插、柳篱挡墙;水淹1个月的旱柳基径和株高较未水淹的平均值分别小13.2%和21.4%。     

太行山区侧柏林地人工降雨下的入渗特性

对降雨入渗的研究是揭示华北地区水源地来水量变化研究的基础。运用人工模拟降雨,在2个2m2的径流小区(编号为P1、P2,坡度分别为19.6°,11.7°)上研究了太行山区侧柏林地的入渗特性,分析了雨强、土壤前期含水量和坡度对入渗的影响。结果表明:(1)入渗过程经历了供水控制阶段和剖面控制阶段,在供水控制阶段,降雨全部入渗,雨强越大,初始入渗率越大;在剖面控制阶段,表观入渗率逐渐降低并直至稳定,而P2小区的首场降雨中表观入渗率却呈现出"先降低后升高"的特点且供水控制阶段时间更短;(2)雨强越大,初始入渗率越大。在P1小区,表观稳定入渗率随雨强增大而增大,这一现象并没有在P2小区出现;(3)土壤前期含水量越大,供水控制阶段的时间越短;对比场次降雨下的土壤负压势变化表明湿润锋运动速度随土壤前期含水量的增加而增快;(4)坡度较大的P1小区(19.6°),其平均表观稳定入渗率较大(0.57mm/min),P2小区(11.7°)的平均表观稳定入渗率较小(0.35mm/min)。     

辽西低山丘陵区坡地砾石含量及粒径对土壤入渗性能的影响

基于室内土柱模拟试验对比分析辽西低山丘陵区坡地不同粒径及砾石含量的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了含砾石土壤对传统土壤入渗模型的适用性。结果表明:粒径一定时,随砾石含量的增加土壤累积入渗量减少,随累积入渗量的增加土柱湿润锋变化速率由小变大;砾石含量小于20%时,湿润锋前进到一定深度下,土壤累积入渗量随粒径的增加而增大;当砾石含量增大到一定值时,砾石含量相同直径不同的土壤累积入渗量与湿润锋随时间的变化基本无差异。累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系。利用Green-Ampt模型、通用模型、Horton模型和Kostiakov模型对入渗率与入渗历时的关系进行拟合,其中砾石含量为5%时,Horton模型拟合效果最好,砾石含量为10%~30%时通用模型适用性更强,Horton模型拟合效果最差,其他模型拟合效果因砾石含量及粒径等因素的不同而异。     

山东石灰岩山地不同林分类型土壤入渗特征研究

为探索山东石灰岩山地不同林分类型对土壤入渗性能的改良作用,采用野外测定与室内分析相结合的方法研究了7种不同林分类型的土壤入渗过程。结果表明:(1)不同林分类型均具有显著改善土壤入渗性能的作用,其改善程度为侧柏五角枫混交林、侧柏皂角混交林、五角枫纯林的改良效果最好,皂角纯林、侧柏黑松混交林的改良效果次之,侧柏纯林、黑松纯林的改良效果相对较差;相对应的各林分类型初始入渗速率分别是对照地的1.86,1.80,1.79,1.65,1.63,1.48,1.42倍,稳定入渗速率分别是对照地的3.03,2.95,2.94,1.95,1.81,1.28,1.28倍。(2)经霍顿(Horton)模型、通用(幂函数)模型和菲利普(Philip)模型参数拟合得出,霍顿(Horton)入渗模型在山东石灰岩山地不同林分类型的土壤入渗过程具有较高的实用性。(3)土壤渗透性能与土壤容重呈显著负相关关系,与土壤总孔隙度、非毛管孔隙度均呈显著正相关关系,且与非毛管孔隙度的相关关系达极显著。     

喀斯特地区块石出露坡面入渗特征

为探明喀斯特地区不同块石出露坡面土壤入渗对降雨的响应特征,通过野外人工模拟降雨试验,研究喀斯特坡面4种块石出露条件和5种雨强对入渗的影响。结果表明:(1)在雨强一定的情况下,除在雨强为30 mm/h时块石裸露率的大小对坡面入渗无明显影响,在其余较大雨强下,块石裸露率为5.4%对入渗影响较小,块石裸露率为13.1%抑制入渗,块石裸露率为42.9%促进入渗,在降雨前期,块石的存在对入渗均有促进作用。(2)在块石裸露率及降雨量一定的情况下,随着雨强的增大,坡面的入渗量呈明显下降趋势,而平均入渗速率整体呈现先增大后减小随后又增大的趋势;在降雨前期,随着雨强的增加,入渗量呈先减少后增加的波动性变化,前期入渗率随着雨强的增大而增加,拐点均出现在雨强为90 mm/h。(3)在对入渗过程进行模拟后发现,方正三公式在有块石出露坡面上的的拟合效果比Kostiakov公式的拟合效果更好。     

黄土丘陵区油松人工林水分生态效益研究

林内透过降水量占同期林外降水的78.3%,林冠截留量占19%,树干径流量占2.7%,枯枝落叶层截留量占9.5%.林分密度对林内透过降水量影响很大,二者呈负相关关系。日平均相对湿度林外大于林内;日平均相对湿度垂直变化由大到小为冠层中部>林内1.5m处>林冠表层;坡向和坡位对相对湿度变化过程有显着影响。油松林地3～10月的平均含水量为11.46%,约相当于田间持水量的50%;采伐4年后的迹地的土壤水分恢复能力较强,各月土壤含水量均高于林地。     

坡度影响下的砒砂岩区裸露坡面水分入渗特征及模拟

为探究不同坡度(5°,10°,20°,30°)条件下,不同质地砒砂岩土壤(灰白色、混合色、紫红色)的水分入渗特征及最优入渗模型。通过室内模拟土柱法对土壤的水分入渗特征和拟合结果进行对比分析。结果表明:(1)研究区不同坡面土壤容重在1.513~1.737 g/cm³,30°坡面下的灰白色砒砂岩土壤入渗能力较强,5°坡面下的紫红色砒砂岩土壤入渗能力较弱。(2) 在砒砂岩土壤一维垂直 入渗过程中,初始入渗率为2.000~8.600 cm/min,入渗时间3.500~5.000 min后达到稳定入渗率(0.160~1.800 cm/min)。入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系。坡度的大小、砒砂岩的质地均影响砒砂岩土壤入渗能力,坡度越小、颜色越深, 入渗率、累计入渗率越低,湿润锋运移越慢;且初始入渗速率、稳定入渗速率、初始湿润锋运移速率、稳定湿润锋运移速率的值均随着坡面坡度的减小、砒砂岩土壤颜色的加深呈现减小趋势。(3)Kostiakov模型、Philip模型对于砒砂岩区土壤水分入渗结果拟合较好,决定系数均在0.900以上。Kostiakov模型 决定系数的平均值0.948拟合效果最优;Philip模型决定系数的平均值0.937拟合效果其次;Horton模型决定系数的平均值0.688拟合效果较差。通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)、纳什效率系数(NSE)验证Kostiakov模型和Philip模型模拟值与实测值的差异性小、两者吻合程度高。