降雨条件下黄土坡面溶质随地表径流迁移实验研究

根据西北黄土坡面溶质随地表径流迁移的特点，研制了黄土坡面溶质随地表径流迁移实验系统，并利用此系统进行了室内模拟实验，根据实验资料分析了土壤中各种离子随地表径流迁移特性，详细分析了土壤溶质随地表径流迁移机理。     

降雨-径流条件下混合层深度模拟试验

混合层深度是非点源污染模型中一个重要参变量,在模拟土壤溶质随地表径流迁移流失过程中,它决定了参与径流迁移的土壤溶质的范围及其具体流失量,为现有模型参数校正提供一定的数据支持。通过设计3种水文条件即自由排水状态（-5?cm）、土壤水分饱和状态和土壤渗流状态（5?cm）,采用人工模拟3种降雨强度（3,6和9?cm/h）,及同时分别外加模拟相对于降雨量的0,2,4和10倍径流量,研究土壤溶质迁移到地表径流过程中混合层深度。试验结果表明混合层深度与降雨强度呈线性增加关系;自由排水条件下,与地表径流量呈复杂正比例增加关系;土壤饱和条件和土壤渗流条件下,混合层深度与地表径流量均呈线性增加关系。研究结果发现混合层深度的实质是一个多向、复杂的动态溶质迁移变化量。     

降雨—地表径流—土壤溶质相互作用深度

在对国内外有关降雨－径流－土壤学质相互作用深度研究成果综合分析的基础上,利用试验资料对各种模型进行比较分析,并根据黄土地区特点,提出了等效迁移度概念,分析了等效迁移深度确定方法。     

土壤溶质随径流迁移基本特征分析

土壤溶质随地表径流迁移是一个复杂的过程,受到多种因素的影响。在总结国内外相关研究成果的基础上,分析了土壤溶质随地表径流迁移的主要物理过程,以及各个物理过程的具体特征。同时分析了影响土壤溶质随地表径流迁移的主要因素的影响程度和特点,为建立描述土壤溶质随地表径流迁移过程的数学模型,以及发展控制措施提供参考。     

土壤溶质迁移至地表径流过程的室内模拟试验

关于土壤溶质迁移到地表径流,现有研究大多是概念性的认识,对迁移过程中各个部分的定量研究却很少。该文为了量化研究土壤溶质迁移流失过程及其作用机理,通过设计2种水文条件即土壤水分饱和和土壤渗流条件,其中土壤渗流条件设置了2种水头（5 cm,10 cm）,采用人工模拟5组不同地表径流流速,分别研究土壤溶质迁移到地表径流过程中4种途径：土壤侵蚀、伯努利效应、扩散和对流。试验结果表明了伯努利效应导致土壤溶质迁移量增加;特别是在土壤水分饱和条件下,当地表径流流速从55 mL/s升到 200 mL/s时,伯努利效应引起的土壤溶质流失通量占总流失通量的比例从14%升到53%,在土壤水分饱和条件下,混合层深度小于5 mm;但是在土壤渗流条件下,混合层深度随着水头的高低和径流流速的大小而变化。土壤溶质迁移过程同地表径流流速和地下水位高低有着重要关系。     

土壤容重对溶质迁移过程的影响

土壤在径流作用下发生流失、土壤溶质迁移等现象,是一个受径流、土壤性质、下垫面特性、土地利用方式等多种因素综合影响的复杂过程.利用斜坡土槽,采用一定的坡度和实验流量,对不同容重的土样进行了室内放水实验,研究了在土壤饱和条件下,土壤容重对土壤溶质迁移过程的影响.实验结果表明:(1)随径流作用时间的增加,单位时间内土壤溶质迁移量逐渐减少,其关系可用幂函数来描述;(2)土壤溶质发生迁移是受地表径流和壤中流共同作用的结果;(3)土壤容重对土壤溶质迁移过程影响总体表现为土壤容重越大,随径流迁移的土壤溶质量越少;(4)土壤容重增加相同幅度,但同时刻随径流迁移的土壤溶质递减量逐渐减少.     

模拟降雨条件下黄土坡地土壤溶质迁移特征试验研究

土壤质地和溶质性质对土壤溶质地表迁移过程有较大影响.通过室内模拟降雨试验,以杨凌壤土、安塞黄绵土和神木绵砂土为研究对象.研究了土壤NO3-、NH4+、PO43-、K+和Br-的迁移特征.结果表明,塿土的溶质地表流失量均高于黄绵土和绵砂土.尤其是吸附性强的NH4+和PO43-、NO3-与Br-坡面流失以随地表径流流失为主,且主要集中在产流开始的初期阶段.3种土壤处理中径流溶质最高浓度ρmax(mg/L)大小顺序为:ρmax塿土＞ρmax＞黄绵土＞max绵砂土,土壤溶质随入渗水分的迁移能力由大至小依次为:Br-＞NO3-＞K+＞NH4+＞PO43-.塿土等效径流迁移深度EDR最大,黄绵土次之,砂绵土最小,各溶质EDR与溶质垂向迁移能力无明显相关性.     

黄土区农田溶质径流过程模拟方法分析

根据黄土区土壤溶质向地表径流传递并随地表径流迁移的具体特点,结合室内模拟实验研究分析结果,探讨了土壤溶质随地径流迁移的影响因素和建立模拟模型的方式。同时传递了质量传递模型,并对模型中的参数确定方法进行了分析。利用室内模拟结果,对模型进行了初步验证。     

模拟降雨条件下污染土壤中重金属元素径流迁移特征

探明污染土壤中重金属元素随地表径流迁移特征,对于防控重金属污染物的迁移扩散具有重要意义。通过室内模拟降雨试验,研究不同降雨强度下(55,100,120mm/h)污染土壤中Cd、Pb和Cr随地表径流迁移的特征。结果表明:径流中3种重金属元素总量在产流的前20min内逐渐降低,随后趋于稳定;产流初期(产流10min内)颗粒态重金属占径流重金属总量的比例均在80%以上;随产流时间延长,颗粒态Cd和Cr对径流重金属的贡献率快速降低,其颗粒态/溶解态的比值范围分别为47.0～0.4和12.9～0.4,而Pb则主要以颗粒态的形式存在,溶解态Pb对其随径流迁移的贡献率可忽略不计;随降雨强度增大,径流中总Cd和Pb含量显著降低,而径流中总Cr含量以及溶解态重金属含量无明显变化规律。     

人工降雨条件下黄土坡面养分随径流迁移试验

降雨条件下坡面农用化合物随地表径流迁移既是农业问题,又是水环境问题。利用室内人工降雨模拟试验,研究了黄土坡面不同坡度下土壤氮、磷和钾随地表径流迁移的特征。研究结果表明,在定坡长土槽坡度变化为5°～25°范围内,初始产流时间随坡度增大呈先变小后增大的趋势;产流15 min内,径流量均急剧增加,随后趋于稳定。随着坡度增加,水土流失程度加剧,径流溶质浓度增高,土壤侵蚀对径流溶质浓度的贡献增大。基于指数函数和幂函数拟合试验数据的结果,表明了幂函数模型更适合模拟黄土坡面非饱和条件下径流溶质浓度变化过程,也可描述径流磷和钾的流失过程,但其初始阶段的拟合不太令人满意。该研究为进一步完善黄土坡面径流养分迁移模拟模型提供了参考。     

室内小流域降雨产流过程试验

该研究采用新型的小水流流量自动观测系统,在室内小流域模型上进行了不变雨强和变雨强模拟降雨试验,实时观测了模型流域各沟道的产流过程。试验进行了不同降雨强度(25、50、75、120mm/h)和不同降雨历时(5、10、15min)组合的12次降雨试验,同时进行了30-70mm/h和70-30-70mm/h的变雨强降雨试验。在不变雨强的条件下,仪器与人工测量所得稳定流量的最大平均相对误差仅为2.02%。测量得到的流量过程线呈现出起流、稳定和退水3个明显的阶段。其中,起流和退水过程涨落的剧烈程度、稳定阶段的流量大小随雨强增大而增大,稳定阶段的持续时间与降雨历时成正比。空间上,主沟出口的产流过程明显滞后于支沟出口的产流过程,且其两者之间具有一致的流量过程。在变雨强的情况下,流量过程线没有稳定的阶段,流量随雨强变化而变化。该研究对于深入理解流域产流过程具有重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持。     

土壤结皮对降雨入渗和产流产沙的影响

 依据250场次人工降雨和相应的径流、泥沙资料,采用对比法,分析结皮与无结皮土壤对降雨入渗和产流产沙的影响。结果表明,非结皮土壤的平均入渗率是结皮土壤的1.25倍,平均产沙总量为1.28倍,而结皮土壤的平均产流总量是非结皮土壤的1.15倍。因此,土壤结皮具有减缓降雨入渗、增大地表径流和抑制产沙的作用,且雨强愈小影响作用愈大,雨强愈大,影响作用愈小。     

南方红壤区坡面次降雨产流产沙特征

研究坡面次降雨土壤入渗及产流产沙特征,对于坡地水土流失防治及水土资源管理利用具有重要意义.基于广东省五华县水土保持试验推广站野外径流场2014年的观测数据,研究不同下垫面条件下坡面入渗及产流产沙特征.次降雨入渗量与地表植被盖度间存在显著相关关系(P ＜0.05,R=0.95).入渗量随降雨强度增加,呈先增后减的变化趋势,存在入渗量达最大值的临界降雨强度;人工林及灌草地临界降雨强度为19.9 ～ 27.8 mm/h,均高于自然撂荒地.次降雨径流深和土壤流失量与地表植被盖度间,存在显著负相关关系(P＜0.05),相关系数超过0.9.土壤侵蚀率随径流系数呈幂函数增加趋势,径流中泥沙浓度随径流系数、降雨侵蚀力呈对数函数增加趋势,土壤流失量随降雨侵蚀力及次降雨径流深均呈线性递增趋势.次降雨径流深20 mm为土壤流失量变化拐点,径流深超过20 mm后,土壤流失量随径流深递增速率较快.     

降雨强度对黄土坡面矿质氮素流失的影响

利用室内模拟降雨试验，研究了黄土区土壤矿质氮素随地表径流迁移流失和入渗的动态变化，初步探讨了径流与土壤矿质氮素的作用深度EDI，并提出了EDI深度的确定方法。结果表明：土壤矿质氮素流失是降雨、径流与表层土壤矿质氮素作用的结果，随径流流失量显著高于随泥沙流失量，地表产流过程径流养分浓度呈现高—低—较高变化；降雨(降雨强度)和径流是土壤溶质迁移的动力，对土壤矿质氮素随径流流失和入渗有着重要影响。雨强增大，土壤矿质氮素流失量、径流作用深度(EDI)和土壤硝态氮入渗锋值深度均增加；同一坡面不同坡位土壤NO^－₃-N与径流有效作用深度(EDI)和浓度锋值深度不同，坡中下部最深，坡顶部和坡底部较浅；土壤NO^－₃-N和土壤NH⁺₄-N入渗和再分布过程截然不同。     

考虑水迁移率动态变化改进土壤溶质地表流失模型

农田土壤溶质的地表径流流失是农业面源污染的重要组成部分,为了更加有效预测和控制农田土壤溶质的流失,该文将水迁移率考虑为随土壤侵蚀变化而变化的函数,并修改Hydrus-1D代码数值求解土壤溶质的地表径流浓度值。利用两组已经发表的试验数据对改进的模型进行校验,研究结果表明该文模拟值与观测数据的相关系数r≥0.81,残差绝对均值和均方根差与原模型的模拟值相比,分别平均减少了35.42和60.77 mg/L,该文改进的模型能更好地模拟土壤溶质的地表径流流失规律。该文的研究成果将为实际预防和控制农业面源污染提供参考。     

黔西高原坡面次降雨产流产沙特征

利用野外径流小区径流泥沙观测数据与降雨特征资料,定量研究黔西高原地区降雨对坡面产流产沙的影响.结果表明:1)黔西高原地区年均侵蚀性降雨为22次,中、低降雨强度型降雨次数占降雨次数的93.0％;2)坡面产流产沙特征与降雨的年内分布密切相关,5-8月坡面产沙量占总产沙量的99.2％,产流量占总产流量的95.8％;3)坡面产沙量与降雨量存在显著的指数相关关系,其指数方程为M=0.346e0.109P;4)坡面产流产沙与中、高降雨强度型大雨和暴雨密切相关,4次暴雨事件产生的径流量占总径流量的57.3％,产沙量占总产沙量的91.5％.     

雨强和坡度对红壤坡耕地地表径流及壤中流的影响

地表径流和壤中流是坡面重要水文过程,雨强和坡度是影响坡面地表径流和壤中流产流主要因素。为研究降雨强度和地表坡度对坡耕地地表径流和壤中流的影响,该文采用人工模拟降雨试验法,在长3.0 m、宽1.5 m、深0.5 m土槽,设计4个不同坡度(5°、10°、15°、20°)和3个不同雨强(30、60、90 mm/h)对红壤坡耕地地表径流及壤中流产流过程进行模拟试验。结果表明:1)壤中流开始产流时间滞后于地表径流,降雨强度从30到90 mm/h,地表径流、壤中流产流开始时间均随雨强增大而减小,壤中流比地表产流开始滞后时间随着雨强增大先增大后趋于稳定;2)地表径流强度随雨强增大而增大,壤中流初始径流强度随雨强增大而增大,不同雨强下壤中流径流峰值相近;3)地表径流和壤中流产流过程曲线有明显差异,地表径流产流过程线先增大后趋于稳定,壤中流产流过程线呈抛物线型即先增大后减小;4)从5°到20°,地表产流开始时间随坡度增大而减小,壤中流产流开始时间随坡度增大先减小后增大;5)从5°到20°,地表径流强度先增大后减小,10°为转折坡度,壤中流产流峰值随坡度增大而减小,并且随着坡度增大达到壤中流峰值时间不断减小。     

坡度和刺槐覆盖对黄土坡面产流产沙影响的模拟降雨研究

 选用处于黄土高原的山西省吉县蔡家川刺槐覆盖坡面的表层土壤,栽植刺槐幼林后进行人工降雨模拟试验,对比研究不同坡度对刺槐覆盖坡面和裸露坡面的产流和侵蚀产沙的影响。结果表明:当降雨强度一定时,在一定的坡度范围内,随着坡度增加,开始产流时间提前,径流的速度加快,树冠截留率减小,径流量增大,侵蚀量、含沙量增加;刺槐林树冠截留率与坡度的关系为I=29.556α-0.311（R2=0.9874）;刺槐覆盖坡面侵蚀量与坡度之间的关系为W=0.116 84α3.005 9（R2=0.9795）;同一坡度条件下,裸露坡面比刺槐覆盖坡面径流平均速度高15%～25%,径流量高15%～48%,侵蚀量高10%～117%,平均含沙量高55.5%～133.0%。