径流小区集流桶含沙量测量方法研究

径流小区是研究坡面土壤侵蚀的重要观测手段,含沙量的测定是准确计算土壤流失量的关键。用传统方法很难测到粗颗粒,使测到的含沙量明显偏小。试验在密云石匣示范区坡面径流试验小区下面的分流桶内进行,用人工在径流桶内加沙的方法制备约4,12,30,60,90,120kg/m3不同含沙量。然后分别用传统测量方法和改进的分层测量方法进行了粗沙区的含沙量观测,并将观测结果与实际含沙量进行了对比。研究结果表明,传统测量方法所测得的含沙量远小于实际含沙量,平均相对误差为-83.05%;而分层测量所测得的含沙量基本上接近于实际值,平均相对误差为-2.77%。     

坡面径流泥沙计算中急需解决的认识问题

基于土壤侵蚀规律的研究特点，特别是坡面水蚀动力过程的研究需要，对已往传统的坡面径流泥沙计算方法进行了分析，结果表明，传统的计算方法误将土壤中的孔隙水当做坡面径流，导致误将坡面的侵蚀对象及搬运物当做坡面的侵蚀动力，给进一步分析坡面水蚀动力机制带来了困难，本文在上述分析的基础之上，提出了坡面径流泥沙的计算方法，与传统方法对照，进行了误差分析，结果表明，当土壤容重为１．２ｔ／ｍ＾３时，若含沙量达４００ｋ     

顺坡农业种植区坡面集流措施研究

在强降雨条件下的山区农业种植区常采用顺坡种植的方式来降低降雨侵蚀对农业生产的影响,但往往会将农业生产与生态环境带入恶性循环的发展过程,如采取等高固氮植物篱等田间水土保持措施会因占用一部分生产用地和影响农业活动而不被农户所接受。以金沙江干旱河谷典型顺坡农业种植区为研究区,在走访调查和资料收集的基础上,提出了建设坡面集流措施。近5年的试验结果表明:坡面集流措施不仅能有效控制田间水土流失,而且能提高单位面积农业年产值,对于改善山区生态环境和提高农业生产水平具有重要的现实意义。     

陡坡坡面雨水径流的机理

作为由森林覆盖的陡坡坡面构成的小流域的实际雨水径流机理,以往的可变产流源面积概念只重视地表径流的发生。本文提出了取代上述方法的叫作可变产流源体积概念的雨水径流概念模型。这一概念模型重视在“水文学的基础”上发生的饱和侧向径流的作用,同时认为发生区降雨的扩大、缩小控制着径流量。在新第3纪丘陵山地山坡坡面小流域,布设多个水位观测井,测定了降雨中该饱和带的体积,分析了与对应的流域径流量的关系,结果证明该概念模型是有效的。     

红壤地区集流桶机械搅拌含沙量测量误差研究

在江西水土保持生态科技园径流小区选择红壤作为研究对象,通过6个不同含沙量(1、5、10、50、100、300 kg/m3)及3个不同水深(30、60、90 cm)条件下的径流桶机械搅拌法模拟试验,探究机械搅拌法的含沙量测量精度,以及含沙量与水深对机械搅拌法含沙量测量误差的影响.结果表明:在试验设计水平下,机械搅拌法测量...     

降雨对弃渣坡面径流泥沙质量浓度变化的影响

受降雨类型、坡度、植被等多因素的影响,泥沙质量浓度与降雨量之间的关系特别复杂,没有明显的对应关系。通过对工程弃渣坡面径流泥沙质量浓度进行观测,对观测数据采用SPSS11.5统计分析软件进行分析处理,结果表明:降雨量与研究点径流泥沙质量浓度之间的相关性较差。通过分析,只有降雨量与原始弃渣径流泥沙质量浓度有显著的关系,相关系数为0.792;通过t检验,发现降雨量、原始弃渣径流泥沙质量浓度、客土覆盖径流泥沙质量浓度之间都有显著的差异。通过回归分析,根据非标准化系数B,建立的一个回归模型是:Y=10.093+13.134X1-0.386X2;根据标准化回归系数Beta,建立的一个回归模型是:Y=0.803X1-0.052X2。     

西白杨沟坡面径流观测场维修改造成效与经验

新疆乌鲁木齐西白杨沟坡面径流观测场维修改造项目建设中,坚持结合地方实际,科学设计,科学管理,精密施工,保质保量完成了监测点维修改造的建设任务.项目实施后,提高了该监测点观测数据的精度.对不锈钢材质径流桶设计、施工、分流孔调平、分流比例测定等经验进行了归纳总结,为同地区同类监测点的维修改造或升级改造工作提供了实践经验.     

晋西黄土丘陵沟壑区坡面径流预报模型研究

晋西黄土丘陵沟壑区坡面径流预报模型为R=[(P—z)—FTL-u]T_pC。本模型是为了满足晋西黄土丘陵沟壑区水土保持规划的要求而建立的。模型建立以晋西离石王家沟为试验研究区,考虑了降雨、植被拦截、土壤入渗、耕作方式、土地利用以及表土结皮等因素的影响,所用的资料均是在天然或人工模拟降雨条件下获得的。这一模型可用于预报晋西黄土丘陵沟壑区坡面每次降雨所产生的径流总量。据检验,模型变量设置基本合理,具有良好的预报精度。     

不同植被措施下红壤坡面径流变化特征

[目的]研究不同植被措施对坡面径流的影响,为南方红壤水土保持与生态恢复实践提供科学依据。[方法]以福建省长汀县2001—2010年香根草、胡枝子、类芦、百喜草等植被措施下的径流小区逐月径流量和降雨数据为基础进行分析研究。[结果]植被能很好地调控坡面地表径流,但由于植被的结构、根系以及地表枯落物的差异,各种植被的保水效益存在差异,观测期,各小区年均径流量的大小趋势表现为:空白对照区百喜草类芦香根草胡枝子,胡枝子的保水效益最佳。[结论]香根草、胡枝子、类芦、百喜草等植被均能有效地抑制坡面径流,减少水土流失,均可以作为水土保持措施的优良灌草在南方红壤区进行推广应用,尤其是要加大胡枝子的推广力度。     

坡面径流的水动力学特性研究进展

坡面径流不同于一般明渠水流，具有独特的水力学特性。详细论述了坡面径流产流理论、运动方程和水动力学特性等方面的研究进展情况，系统阐述了国内外对坡面径流的流态、流速测量和分析、水深确定、阻力表达以及径流分离挟沙能力等水动力学要素的研究，目的在于总结以往的研究经验和成果，促进相关研究的进一步发展。     

基于计时与光照法的坡面径流量及含沙量动态检测系统

针对坡面径流及泥沙含量传统测量方法存在精度不高且难以在坡面现场在线同步测量的问题,该文提出了一种基于计时法和光照法的径流量与含沙量测量方法,设计了坡面径流量及泥沙含量同步在线检测的自动检测系统。阐述了该系统中机械装置和电子测控的设计方案和工作原理,并设计了光照法测量含沙量的辅助试验系统。通过试验,发现影响含沙量测量精确度的主要因素为光源与光敏传感器之间的距离及溶液中泥沙分布均匀度,揭示了A/D转换值随含沙量变化而单调变化的规律。通过试验获得了溶液搅拌最佳电机转速为428 r/min,并运用最小二乘法和统计学理论对数据进行分析,确定了当该系统的光源和光敏传感器之间的距离为30 mm时,光照法测量含沙量的精确度最高。最后,将试验结果与理论计算值进行对比,结果表明除了浓度为1~3 kg/m3的溶液所测得的泥沙含量误差率较大外,其余溶度的误差率均小于1%,论证了光照法测量含沙量的可行性。该研究可为推进水土保持动态监测理论方法及技术提供参考。     

基于VFSMOD模型的黄土坡面生草带产流产沙动态模拟

利用微型径流小区和人工降雨试验,探讨运用VFSMOD模型评估和预测引入不同草种生草带后黄土坡面产流产沙动态特征的可行性。通过土壤物理性质参数和生草带生长状态参数的差异,模型还原了黄土坡面引入白三叶生草带与百脉根生草带后产流产沙特征的差异及其随生长时期的变化,模拟效果可靠,纳什系数:0.93(径流系数),0.98(修正后产沙量);归一化均方根误差:6.2%(径流系数),10.9%(修正后产沙量)。当生草带在降雨集中期(如本研究中百脉根草带9月上旬)不能保证较好的生长状态和地表覆盖时,其坡面产沙量急剧增大,且明显大于VFSMOD模型模拟值。在实际生草带设计时,应避免该情况发生。综上,VFSMOD模型适用于引入生草带后黄土坡面产流、产沙量的模拟和预测。     

坡面径流类型对侵蚀产沙及水沙传递关系的影响

降雨-径流格局对土壤侵蚀过程具有重要影响,以团山沟七号全坡面径流场1961-1969年间65次径流事件的径流泥沙数据为基础,选取历时、径流深和径流变率为径流过程的特征指标,采用K均值聚类和判别分析相结合的方法,将坡面径流划分为5种类型。其中,A型径流具有超长历时、低变率、小径流的特点,是较为特殊的类型,B、C型径流具有中长历时、中高变率、大径流的特点,D型径流具有短历时、低变率、小径流的特点,是最为普遍的类型。E型径流具有中历时、中变率、中径流的特点。不同径流类型下的输沙模数、平均含沙量及最大含沙量由大到小依次为:CBEDA,B、E、C型径流应是坡面径流调控的重点。不同径流类型输沙模数的差异主要来源于径流量(深)的变化,相同径流量(深)条件下,不同径流类型输沙模数的差异主要来源于由径流历时和径流变率所引起的水沙传递关系的改变;与A型径流相比,其作用使D、E、B、C型径流的输沙模数相对增大7.9、6.3、4.8和4.5倍,增大倍数随径流量(深)的增加呈逐渐减小趋势。通过构建包含主要径流特征指标的动力参数ξ,对不同径流类型及径流阶段的径流-泥沙传递关系进行数学描述,其最优回归关系均符合S=alnξ+b的一般形式,能合理解释不同径流类型及不同径流阶段含沙量变化的主要驱动因素。研究结果可为坡面径流类型划分、水沙传递关系构建、全面评估坡面径流调控系统的水土保持意义、进一步丰富坡面径流调控理论的内涵提供一定的参考。     

坡面水土保持措施的减沙水代价分析

水土保持措施在减少土壤侵蚀的同时也会减少地表径流,减沙水代价可以直观说明不同措施同步影响径流和泥沙的差异。根据黄土高原沟壑区西峰、天水的农地径流场多年观测资料,统计分析不同耕作措施及生物措施的减沙水代价。结果表明:不同耕作措施和生物措施减沙水代价受最大30 min降雨强度(I30)和坡度影响较大,呈显著负相关;对于耕作措施和生物措施,当I30分别大于0.29和0.48 mm/min时,坡度与措施减沙水代价表现出较好的指数函数关系;耕作措施减沙水代价表现为防冲沟>浅耕>深耕,防冲沟较深耕高33.8%;各生物措施减沙水代价表现为低秆作物和高秆作物玉米/黄豆间作>单作低秆作物扁豆>中高秆作物冬小麦/荞麦轮作。     

草地植被覆盖度坡度及雨强对坡面径流含沙量影响试验研究

为研究植被修复状态下径流含沙量变化。该试验运用人工模拟降雨试验方法,分析了径流含沙量草被调控效益变化。结果:1)不同降雨强度或坡度下,平均径流含沙量随草被盖度的增大而减小,草被盖度从30%~70%,含沙量分别降低约10或5 kg/m3,可用线性方程显著描述。草被消减雨强对径流含沙量影响大于草被消减坡度的。平均径流含沙量随降雨强度或坡度的增大而增大,分别可用幂函数或指数函数方程显著描述,决定系数在0.5或0.8以上。2)基于单位水流功率建立幂函数模型决定系数为0.940,模型有效系数为0.986,说明模型模拟精度都较高。3)基于坡度、雨强和盖度建立指数函数模型决定系数为0.937,模型有效系数为0.894,说明模型模拟精度都较高。该研究可以预测草地坡面含沙量,为生态建设和流域管理提供指导。     

基于GRNN的坡面径流输沙能力模型的试验研究

坡面径流输沙能力是建立土壤侵蚀过程模型的重要水力学参数,研究定量计算坡面径流输沙能力的实用模型具有重要的理论和实践意义.通过室内模拟径流冲刷试验,计算不同坡度和流量条件下的裸地坡面径流输沙能力,利用平均影响值(MIV)方法对影响坡面径流输沙能力的因子进行分析,建立以干密度、能坡、进口流量、出口流量、水力半径、流速为输入,以坡面径流输沙能力为输出的广义回归神经网络(GRNN)模型,并应用Adaboost算法对模型进行优化.验证结果表明,所建模型能够用于对坡面径流输沙能力的模拟预测.与BP神经网络模型进行对比分析的结果表明:在试验训练样本条件下,广义回归神经网络(GRNN)模型的模拟预测结果优于BP神经网络模型;Adaboost算法能够有效减小广义回归神经网络(GRNN)模型的模拟预测误差.     

玉米秸秆覆盖对坡面产流产沙过程的影响

通过室内土槽模拟试验,研究不同降雨条件下玉米秸秆覆盖对沙坡地产流时间和产流产沙过程的影响。处理分为8种降雨强度和5个水平的秸秆覆盖度:0、15%、30%、60%和90%。40组模拟降雨结果表明:华北保护性耕作研究区域沙壤土条件下的产流时间与降雨强度符合幂函数关系;秸秆覆盖能延缓地表径流的产生,自然降雨(雨强10~80 mm/h)过程中,15%、30%、60%和90%秸秆覆盖较无覆盖分别推迟产流时间1.0~15.4、2.1~22.1、3.4~48.2和5.9~73.6 min;秸秆覆盖对地表径流和产沙影响显著,降雨历时1 h,30%秸秆覆盖减少径流总量17.9~/o~38.7%,减少产沙总量34.1%~48.0%0 30%秸秆覆盖水土保持效果显著,考虑到过多的秸秆覆盖(80%)会造成播种机堵塞,所以在保护性耕作研究实践中,建议保持30%~60%(1 400~3 100 kg/hm~2)的玉米秸秆覆盖,以达到较好的水土保持效果和播种质量,该研究可为保护性耕作研究区域适宜的玉米秸秆覆盖量提供依据。     

交替冻融对坡面产流产沙的影响

冻融作用使土壤更容易成为侵蚀的物质来源,进而加剧土壤侵蚀程度。为了揭示冻融作用对坡面土壤水蚀的影响,该文通过室内交替冻融循环试验和人工模拟降雨试验,研究了交替冻融作用下坡面的降雨产流产沙特征。试验以未经过任何冻融作用的风干土壤为对照,设计了2种交替冻融循环周期处理(3和6)、2种土壤质量含水率水平(10%和20%)、4种降雨强度(25、50、75、100 mm/h)。结果表明,相对于对照,降雨强度相同时,2种土壤含水率下的交替冻融作用都可以使产流产沙强度增大,且产沙强度的增大幅度大于产流强度。交替冻融循环周期相同时,各降雨强度下的产流产沙强度随含水量的增加而增加。质量含水率相同时,各降雨强度下的产流产沙强度随冻融循环周期的变化相对较为复杂,当质量含水率为10%时,产流产沙强度随冻融循环周期的增加而增大,当质量含水率为20%时,产流产沙强度随冻融循环周期的增加而减小。当质量含水率为10%,交替冻融循环周期为3和6时,增流百分比分别为3.52%、4.71%,增沙百分比分别为6.13%、16.95%。当质量含水率为20%,交替冻融循环次数为3和6时,增流百分比分别为10.24%、5.01%,增沙百分比分别为81.99%、53.07%。相同降雨强度下,土壤质量含水率对产流产沙强度的影响大,交替冻融作用对产流产沙强度的影响小。该研究为冻融侵蚀机理的研究提供参考依据。     

The impact of tropical rainstorms on sediment and runoff generation from bare and grass-covered surfaces: a plot study from Singapore

The characteristically short, intense rainstorms of Singapore occur throughout the year. The impact of such rainstorms on runoff and sediment generation from bare and grass-covered slopes of urban Singapore is examined through observations made on an experimental plot for a representative sample of natural rainstorms. While the responses of the bare surfaces to the incoming rainfall are instantaneous and significant (runoff: up to 91 per cent of total rainfall), irrespective of the dimension of the rainfall, the grass-covered slopes respond more slowly and gently (runoff: 4·8 per cent–17 per cent of the total rainfall). The sediment generating potential under the two types of landcover is closely linked to the short-term intensities of the incoming rainfall, particularly on bare surfaces where high-intensity rainstorms of less than 10 minute duration are capable of generating measurable sediment and runoff. The sediment discharge from the bare surfaces during the long construction period is not only controlled by the episodic heavy storms, but also to a considerable extent by the more frequent, low-magnitude rainstorms, which contribute to a more sustained sediment movement. With a higher frequency of occurrence, such short-duration, high-intensity rainstorms have a significant impact on the sediment and runoff generation potential of the extensive bare surfaces at the construction sites in urban Singapore. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

径流小区产流过程量水堰自动测量系统

坡面径流小区是水土保持和相关领域研究的重要手段,流量观测是径流小区观测的主要内容.该研究设计开发了一种适用于径流小区流量过程的自动观测系统,该系统集成了量水堰、水位计和泥沙传感器,并配套了数据自动采集、存储和传输设备.通过水槽试验,标定了量水堰流量系数,建立了针对量水堰结构设计的近似流量模型并获取了模犁参数;模型验证和参数标定试验的结果表明:三角堰的水位与流量之间有着非常好的相关性,简化流量模型可以用于计算流量,简化模型回归分析的决定系数为0.98.此外,该文分析讨论了泥沙含量对流量观测的影响,提出了净产水(扣除泥沙体积的产水量)的概念和估计方法.该含沙水流自动测量系统具有很好的可靠性和观测精度,在水土保持监测方面具有广阔的应用前景.