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。     

贵州喀斯特区典型小流域坡面土壤侵蚀与主要影响因子的响应

为探讨贵州喀斯特区不同土地利用方式、地形及降雨等因子对坡面土壤侵蚀的响应,采取野外径流小区定位观测法,以贵州省龙里县羊鸡冲小流域及毕节市石桥小流域为研究对象,开展了典型喀斯特坡面土壤侵蚀观测试验。结果表明:龙里羊鸡冲小流域坡面3种不同土地利用方式中,撂荒地因植被的快速恢复,土壤侵蚀程度最轻,2014年全年土壤侵蚀量仅为4.7t/km~2,林地次之,91.3t/km~2,而坡耕地侵蚀程度最为严重,达629.5t/km~2,进一步的差异显著性检验表明,3种坡面土地利用方式土壤侵蚀在0.05水平上差异显著(p0.05);石桥小流域地形因子对土壤侵蚀响应关系表现为随坡长的增加土壤侵蚀呈增加趋势,但未达显著水平(p0.05);降雨量同土壤侵蚀关系密切,在0.01水平上呈显著正相关(p0.01),且以二次多项式拟合曲线效果最好(R~20.5)。     

子午岭林区林地和开垦地土壤侵蚀特征研究

利用大型坡面径流场和小流域的观测资料研究了子午岭林区林地开垦前后土壤侵蚀特征,其结果为林地土壤侵蚀很轻微,侵蚀强度小于15t/（km²·a）,径流模数小于2400m³/（km²·a）。地形和降雨特征对土壤侵蚀的影响不甚明显,植被和土壤成为影响土壤侵蚀的决定性因子。而当林地被开垦后,土壤侵蚀由自然植被覆盖下的自然侵蚀转变为人为加速侵蚀,侵蚀模数达1000t/（km²·a）以上,径流模数在27480m³/（km²·a）以上。降雨和地形特征对土壤侵蚀的影响非常明显。土壤加速侵蚀量与10min 或15min 最大雨强（Ⅰ₁₀或Ⅰ₁₅）的关系最为密切,坡面汇流增加,谷坡侵蚀产沙系数为27.7%。     

东北黑土区顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程对比

[目的]以无垄作坡面侵蚀过程为对照,研究顺坡垄作坡面土壤侵蚀过程及机理,为东北黑土区坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]基于人工模拟降雨试验,设计了3个降雨强度(50,75和100mm/h)以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°),进行顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程的对比研究。[结果]顺坡垄作坡面径流量和侵蚀量分别较无垄作坡面增加了1.2~1.7和1.3~2.1倍,径流和侵蚀过程也发生了变化。与无垄作坡面相比,顺坡垄沟的集中汇流作用使坡面水流流速增加了1.0~2.3倍,径流剪切力增加了0.7~1.2倍,其坡面侵蚀方式也由片蚀为主转变为以细沟侵蚀为主,细沟侵蚀量可占总侵蚀量的55.3%~65.6%。[结论]坡面水流流速增加和细沟侵蚀发生是导致顺坡垄作坡面土壤侵蚀增加的主要原因。     

近20年水蚀风蚀交错区小流域侵蚀及坡—沟产沙演变的粒径对比分析

以神木六道沟小流域为例,分析10座小型淤地坝年淤积沙量、产沙地层出露分布及其土壤粒径,基于“侵蚀—沉积”相关原理和粒径对比分析,探讨了近20年来该流域坡—沟侵蚀关系的演变方向及程度.结果表明:1992到2010年,该流域侵蚀模数由150 t/(hm2·a)减少到31.01 t/(hm2·a),减少幅度达80％.马兰黄土、离石黄土等各侵蚀产沙地层的侵蚀模数均大幅下降约80％.近20年前后,流域坡面和沟道侵蚀量分别由78.70,298.25 t/(hm2·a)减至21.23,50.74 t/(hm2·a).坡—沟侵蚀量相对比例由3.5∶6.5改变为4.6∶5.4.植被改善显著削弱了流域坡面的土壤侵蚀以及径流下沟对沟道侵蚀的增沙效应.     

陕北子洲"7?26"暴雨后坡耕地细沟侵蚀及其影响因素分析

细沟侵蚀研究多数基于模拟降雨条件,野外自然状态下的研究相对较少,而极端暴雨条件下的细沟侵蚀研究更为鲜见。该文对陕西子洲2017年"7?26"特大暴雨条件下坡耕地发育的细沟开展调查,研究坡位(距分水岭距离)、坡度和坡形对坡耕地细沟侵蚀特征的影响。结果表明:通过对35个样方的143条细沟统计,细沟宽度和细沟深度分别为0.5～60 cm和0.5～35 cm;细沟侵蚀强度、细沟密度和细沟割裂度分别为2 289～110 976 t/km~2、0.3～3.95 m/m2和0.002～0.441。随距分水岭距离(17～58 m)的增加,细沟先快速发育,坡面破碎程度加剧,距分水岭58m后,细沟发育减慢,坡面破碎程度减弱。坡度在不同的坡位对细沟侵蚀的影响程度不同:随坡度增大,上坡位(距分水岭20～40m),细沟侵蚀强度陡升,坡面破碎程度加剧;下坡位(距分水岭60～80m),细沟侵蚀强度增加较缓慢,坡面破碎程度减弱。凸形坡中部为细沟侵蚀(10 292t/km~2)最为严重区域,下部(8 141t/km~2)次之,上部无细沟发生;细沟密度、细沟割裂度和细沟平均宽度先增大后减小,细沟平均深度递增。浅沟地形细沟侵蚀随距分水岭距离的增加而增加,但退耕地的存在减缓了细沟侵蚀发育程度。直形坡因坡度最大其细沟侵蚀最严重,细沟形态同其他坡形基本相同,但最大沟宽和沟深均大于其他坡形。研究结果可为黄土高原坡耕地的水土流失防治提供参考。     

晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀及预报研究

细沟间侵蚀是指坡面上细沟未形成之前或细沟形成之后细沟间的土壤侵蚀过程。细沟间侵蚀量预报是整个坡面水土流失预报的一个重要组成部分。本文以晋西黄土丘陵沟壑区的土壤侵蚀为背景,以野外及室内试验资料为基础,论述了降雨动能、土壤抗剪强度、坡度、植被、表土结皮对细沟间土壤侵蚀的影响,提出了坡面一次降雨细沟间侵蚀总量的预报模型。本模型与径流及细沟侵蚀量预报模型结合,可形成一个较为完整的坡面水蚀总量预报模型。     

南方红壤区植被盖度对水土流失影响初探

以南方红壤区灌草边坡为研究对象,以坡面径流小区观测为主要方法,布设了不同植被盖度灌草边坡3个,分析不同植被盖度下水土流失规律。结果表明:12号小区年侵蚀模数为2 054t/km~2·a,3号小区年侵蚀模数为2 179t/km~2·a,4号径流小区年侵蚀模数为2 433t/km~2·a;3个小区植被盖度依次为4号3号2号,即在降雨量相同的情况下,植被盖度越大,减少水土流失效果越显著,两者必然存在一定的定量关系;2从全年土壤侵蚀情况分析,在降雨强度不同的月份,同一类型边坡植被盖度呈增长趋势,土壤侵蚀量呈减小趋势,植被盖度是减少水土流失的主要因素。     

草本植被覆盖对坡面降雨径流侵蚀影响的试验研究

通过野外人工模拟降雨试验,研究了草本植被覆盖对坡面降雨径流侵蚀的影响,并从径流侵蚀功率和降雨侵蚀力两个方面对比分析了草本植被对坡面侵蚀动力的调控效果,结果表明草本植被覆盖深刻影响降雨侵蚀动力,并最终对坡面径流侵蚀量产生较大的影响。植被覆盖度为0%～60%时,产流产沙量随植被覆盖度的增加迅速降低,植被覆盖度>80%时,覆盖度的增加不能引起产流、产沙量的大幅度下降,植被水沙调控作用趋于稳定,确定本研究的临界植被覆盖度为60%～80%;以径流深和洪峰流量模数表示的坡面径流侵蚀功率以及降雨侵蚀力等侵蚀动力指标均与侵蚀产沙量呈正相关关系,但径流侵蚀功率与产沙量具有更强的相关性,说明径流侵蚀功率能更好地模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示植被覆盖度对侵蚀结果的影响,反映了临界植被覆盖度的存在,可以作为评价植被侵蚀动力调控效应的一个指标。     

植被覆盖坡面土壤侵蚀的水动力学机理

[目的]研究植被覆盖坡面土壤侵蚀发生的动力学机制,为揭示华北土石山区植被覆盖坡面侵蚀机理提供理论支撑。[方法]从坡面径流水动力学特性出发,基于人工模拟降雨的方法,定量研究油松、侧柏、栓皮栎和酸枣覆盖坡面径流水动力学过程和侵蚀过程的相互关系。[结果]侧柏覆盖坡面的产流量最大,平均总产流量为56.85 L。而产沙量最高的则是栓皮栎覆盖坡面,平均总产沙量高达1 189.15 g。各植被覆盖坡面径流流速范围为0.803±0.213～4.276±0.430 m/min。栓皮栎覆盖坡面径流流速最快,平均流速为2.930 m/min。4种植被覆盖坡面径流雷诺数和弗劳德数范围分别为7.271～62.630和0.177～0.900,径流雷诺数与弗劳德数均随着降雨强度的增大而增大。[结论]坡面植被覆被具有良好的减流减沙效果。植被覆盖坡面径流水动力学要素与产沙率密切相关,是预测土壤侵蚀过程的重要因子。     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式下小流域侵蚀产沙特征

为进一步优化和合理配置水土保持措施,以黄土丘陵沟壑区3个不同土地利用方式下的坝控小流域为例,基于人工探槽取样、淤积层次甄别及与产流降雨事件的对应关系,结合1:10000早期地形图与全站仪测量,拟合库容曲线来估算淤地坝泥沙淤积量,进而反演坝控流域的产沙模数变化特征.结果表明:(1)延河马家沟3个不同土地利用方式下的洞儿沟...     

台风“利奇马”暴雨引发的流域产流产沙特征——以山东省临朐县为例

为了明确极端暴雨下不同尺度流域的产流产沙特征,为应对极端暴雨事件提供技术支撑。基于2019年9号台风“利奇马”导致的暴雨洪水事件,采用暴雨中心的辛庄控制站和弥河干流黄山水文站的水文数据,分析了本次暴雨中两个不同尺度流域的径流、泥沙总量及过程特征。结果表明:2019年8月10—17日,辛庄观测站次洪水径流总量为123万m³,实测洪峰为40.96 m³/s,洪水泥沙总量为4600 t,产沙模数为1285 t/km²。黄山水文站实测洪峰流量为2210 m³/s,是自1988年建站以来的最大流量,重现期为33.3年一遇。黄山水文站输沙量为36.23万t,输沙模数为966 t/km²。本次暴雨洪水的输沙量是多年平均输沙量(19.50万t)的1.65倍,与2018年夏季汛期洪水泥沙过程的水沙关系曲线相关性较好。综上,基于水沙关系的黄山水文站流域场次洪水输沙量预测方法是准确的,说明在极端暴雨事件中采用历史洪水泥沙关系预测输沙量是可行的。     

砒砂岩区小流域泥沙来源研究

砒砂岩区是我国土壤侵蚀最严重的地区之一。据在小纳林沟试验观测 ,该区农耕地、荒坡地、林草地的年土壤侵蚀模数分别为 64 2 4、5 95 6、12 10t/km2 ,汛期 6～ 9月份侵蚀厚度占全年侵蚀厚度的 68 3 5 % ,流域年土壤侵蚀模数为18670t/km2 ,其中沟谷地年侵蚀产沙量占流域年侵蚀产沙量的 84 89% ,沟间地年侵蚀产沙量占 15 11%。水蚀、重力侵蚀是该区主要的侵蚀方式。     

神木六道沟气候及地面组成物质特征对侵蚀产沙影响分析

在野外调查与试验研究的基础上,分析了六道沟及其相邻流域降雨、径流、气温、风力等气候因素及地面组成物质特征对侵蚀产沙的影响。认为暴雨强度大,疾风多、植被少,地面组成物质复杂松散,以及不良的土壤理化特性,是该区侵蚀产沙特别强烈的根本原因,该区的侵蚀具有复杂多样的特殊性,在时间与空间上差异较大,分布不均;地面物质粗、产沙量大、是粗沙的主要产区;掌握侵蚀特点,控制风沙直接入沟,入河及坡耕地的改造,防治沟头,沟壑崩塌,扩大草灌,发展多样性农业为治理重点。     

晋西黄土区不同植被覆盖小流域的产流输沙特性

为了进行不同植被覆盖小流域的产流输沙研究,以山西省吉县蔡家川流域内部嵌套的3个典型小流域为研究对象,采用对比分析的方法,探索降雨特性和植被覆盖条件对流域产流输沙的影响。结果表明:小流域产生的径流量和输沙量均随着降雨量的增大而增大,但并不成一定比例;小流域的径流量和输沙量也随降雨强度的增大而增大,泥沙量的增长幅度大于径流量;在黄土区,短历时的暴雨易产生严重水土流失,应该作为水土流失预防的重点;在不同植被覆盖条件下,以封禁植被为主的小流域产生的径流量和输沙量最小,人工植被为主的小流域次之,水平梯田为主的小流域最大;在封禁条件下自然恢复植被为主的小流域对黄土区典型暴雨的水土流失预防效果最佳。因此,如何在水土流失严重的黄土高原地区仿拟自然进行植被恢复,是有效控制水土流失的关键。     

基于RUSLE的北洛河上游流域侵蚀产沙模拟研究

以RS、GIS和RUSLE模型结合SEDD模型,分析了退耕还林前后北洛河上游流域1990年、2000年和2010年土壤侵蚀强度和产沙量的时空变化特征。结果表明:3个时期年平均土壤侵蚀模数分别为18189.72,7 408.93,2 857.76t/(km~2·a),年均输沙模数分别为14 093.31,5 997.65,2 394.37t/(km~2·a),均呈减小趋势。3个时期的土壤侵蚀量在地形上的分布表现出趋同性,即高程上均在1 475~1 575m内平均侵蚀模数和侵蚀量表现出最大值。随着坡度增加,平均侵蚀模数增加,流域内75%以上的侵蚀量均来自于坡度15°区域。3个时期平均侵蚀模数均遵循阳坡半阳坡半阴坡阴坡的规律。研究为该区域生态环境建设效益评价及水土资源合理利用提供有益信息。     

黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献

为探明淤地坝拦沙作用对河流输沙量变化的影响,依据淤地坝作用年限、坝控面积、坝控流域侵蚀产沙模数及淤地坝排沙率,确定淤地坝拦沙量的估算方法,并结合2009年淤地坝安全大检查数据,分析黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献.延河与皇甫川淤地坝在不同年代的拦沙量分别在92.48万～854.35万t/a与36.47万～1 138.75万t/a之间,淤地坝拦沙量占人类活动影响的比例在一级和二级突变后分别为29.1％、28.5％与8.4％、18.2％;2000年以后延河与皇甫川输沙量减幅均达到85％以上,而淤地坝拦沙量的贡献率分别小于10％和20％.淤地坝的拦沙作用已不是目前输沙量减少的主要因素,但由于土壤侵蚀环境的不同,淤地坝在皇甫川对输沙量减少的贡献比在延河要大.     

桑干河流域淤地坝沉积泥沙特征及其来源解析

[目的]为查明桑干河流域的泥沙主要策源地和侵蚀产沙变化。[方法]选取阳原县高墙乡典型淤地坝沉积泥沙为研究对象,利用复合指纹识别技术,测定沉积泥沙及其源地的土壤粒径、SOC、TN、¹³⁷Cs、低频质量磁化率等9种指纹因子,研究了不同淤积阶段的泥沙策源地及坝控小流域侵蚀产沙演变规律。[结果](1)沉积泥沙中¹³⁷Cs平均含量较低,与沟壁土壤无显著差异(p>0.05),但极显著小于林草地和耕地的¹³⁷Cs含量(p<0.01),这指示淤地坝沉积泥沙主要来源于沟壁;(2)由于沟壁中大部分¹³⁷Cs含量低于检出限,¹³⁷Cs较好地指示泥沙主要来源沟谷地中的沟壁,但难以用于小流域多种策源地的判别,经Kruskal-Wallis H非参数检验和多元逐步判别分析筛选,确定TN+X_lfb+SOC构成最佳指纹因子组合,有效地判别小流域2006—2017年泥沙源地的平均贡献率为沟壁(82.68%±8.20%)>耕地(15.36%±8.46%)>林草地(1....     

内蒙古十大孔兑西柳沟流域土壤侵蚀及水土保持措施调查

[目的]内蒙古十大孔兑地区属黄河中上游多沙粗沙区和生态脆弱区,对该区典型流域西柳沟的土壤侵蚀进行实地调查,分析流域土壤侵蚀特征及成因,为该区水土流失防治提供科学依据。[方法]于2022年9月19—26日和2023年6月21—26日沿X640解柴线(解家营—柴沟堡)和G109京拉线(北京—拉萨)2条公路分别布设15个调查点和14个集水区,对调查点及集水区植被、土壤、土壤侵蚀特征和水土保持措施等进行调查。[结果]流域内草地片蚀较为严重,耕地侵蚀不严重,沟谷内裸地风蚀较为严重。上游黄土高原丘陵区沟蚀严重,且溯源侵蚀、下切侵蚀及沟岸扩张未停止,伴随较为严重的重力侵蚀。中游风沙区以风水复合侵蚀为主,大幅增加了流域的产沙总量。流域内道路建设及边坡开挖等人为扰动进一步加剧了侵蚀风险。径流泥沙含量测定结果验证了流域泥沙的主要来源为上游地区。流域内水土保持措施以植被措施及工程措施为主,虽已起到一定水土保持作用,但由于形式单一而未能发挥理想效果。[结论]西柳沟短历时高强度的降雨特点叠加下层砒砂岩土壤条件共同加剧了该区土壤侵蚀,经济发展压力下的人类活动扰动加剧了生态风险,当地政府亟需持续增加水土保持投入,提...     

基于抽样调查资料估算区域土壤侵蚀量

区域土壤侵蚀量估算是土壤侵蚀调查的重点和难点,为了利用抽样调查数据定量估算区域土壤侵蚀状况,以2011年第1次全国水利普查中的水力侵蚀抽样调查资料为基础,利用中国土壤流失方程(CSLE),通过地理信息系统估算2011年辽宁省的降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形、水土保持措施等侵蚀因子及侵蚀量,在此基础上对全省的水力侵蚀强度进行分级和面积统计,并与抽样调查结果进行对比.结果显示:全省各土壤侵蚀因子的估算结果与抽样调查结果较为接近;土壤水蚀以微度和轻度侵蚀为主,每年全省约85％的土地处于微度侵蚀(＜1000t/km2),而强度侵蚀(＞5 000 t/km2)面积仅占2％;抽样调查得到的独立工矿用地、果园、旱地和其他土地的侵蚀模数较估算得出的侵蚀模数大,而在草地、其他林地等土地利用类型上抽样调查得到的侵蚀模数却较估算得出的侵蚀模数小,主要原因可能是省域和抽样单元计算地形因子的DEM数据精度不同.总体上,该研究为如何利用抽样调查数据估算全国土壤侵蚀状况提供参考.