喀斯特土石异质坡面产流产沙规律

侵蚀性降雨是引起喀斯特黄壤坡面水土流失的主要动力因子。采用贵州省遵义市浒洋水流域2018—2020年4个径流小区92次侵蚀性降雨产流产沙实测数据,研究次降雨条件下,裸露坡面和块石出露小区对产流产沙的影响。结果表明：(1)侵蚀性降雨可以分为A、B、C 3类,A类降雨是造成喀斯特黄壤坡面土壤侵蚀的主要雨型。侵蚀性降雨的标准为次降雨量>6.6 mm或I₃₀>3.6 mm/h。(2)裸露坡面63.27%的侵蚀性降雨径流深<0.4 mm, 66.30%的侵蚀性降雨土壤流失量<1 g/m²,坡面土壤侵蚀量主要是由个别的次降雨所贡献。比较3类降雨,产流产沙的规律总体上表现为A雨型>C雨型>B雨型。(3)土壤流失量主要是由径流深决定,径流深直接决定着坡面产沙的多少。A类降雨中20 mm降雨量是喀斯特黄壤坡面径流深和土壤流失量明显增加的突变值。(4)3类降雨下,块石出露增加了坡面产流量,产流量随着出露率的增加而变大。但产沙量的变化比较复杂,A类降雨下,产沙量随着块石出露率的提高呈明显增加。研究结果对喀斯特坡面水土流失治理和土...     

桂西北喀斯特峰丛不同土地利用方式坡面产流产沙特征

由于缺乏长期定位观测资料,西南喀斯特山区坡地水土流失规律一直不明确,严重影响了该区石漠化综合治理和水土流失防治工作的成效和进程。该文基于13个大型径流小区(宽20m、投影面积>1000m2)5a(2006-2010年)的定位观测资料,分析了桂西北喀斯特峰丛洼地不同利用方式坡面降雨产流规律和地表侵蚀产沙特征。结果表明:观测期内年降雨量为1300～2000mm,无论平水年还是丰水年,不同利用方式坡面次降雨径流系数<5%,地表产流很少,降雨几乎全部入渗。不同利用方式地表侵蚀产沙模数虽有较大差异,但土壤侵蚀以微度(<30t/(km2a))为主,部分甚至只有0～5t/(km2a)。植被类型、土地利用方式对坡面降雨产流的影响较小,但人为干扰会增加地表侵蚀产沙量。该文为喀斯特坡地植被恢复重建和水土流失防治提供参考。     

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。     

下垫面变化对喀斯特坡地地下产流产沙的影响

通过人工模拟降雨试验,探索表土剥离对喀斯特坡耕地侵蚀产沙的影响。采用钢槽装填土石模拟喀斯特坡地的二元结构,通过正交试验分析了下垫面类型(坡耕地、裸坡地)、雨强(0.5,0.8,1.3mm/min)和地下孔(裂)隙度(1%,2%,3%,4%,5%)对坡地地下产流、产沙的影响。结果表明:表土剥离导致下垫面土壤物理性质改变,是影响坡地产流、产沙特征变化的主要因素。降雨强度主要影响坡地地下产流量和产沙量,地下孔(裂)隙度主要影响径流和泥沙在地表和地下的分配比例。表土剥离后表层土壤的容重和土壤颗粒分形维数呈显著性增大,导致土壤透水性、孔隙大小等发生改变。相比之下,在0.5mm/min雨强下,裸坡地的地下产流量、产流系数、产沙比重均大于坡耕地,雨强增大至0.8,1.3mm/min后,则是坡耕地大于裸坡地。同时,随着降雨强度的增大,坡耕地产流量和产沙量随雨强的变化顺序为0.5mm/min雨强0.8mm/min雨强1.3mm/min雨强。而裸坡地的产流量大小随雨强的变化顺序为0.8mm/min雨强1.3mm/min雨强0.5 mm/min雨强,产沙量大小随雨强的变化顺序为0.5 mm/min雨强0.8mm/min雨强1.3mm/min雨强。增大地下孔裂隙度能显著(p0.05)的增大两种坡地的地下产流、产沙的贡献量。地下孔裂隙度为1%~3%条件下,2种坡地地下侵蚀产沙比重存在极显著差异(p0.01),随着地下孔(裂)隙度增大至4%和5%,两者间的差异缩小。虽然裸坡地的地下侵蚀产沙量小于坡耕地的,但是其地下产沙比重更大。在喀斯特地区进行开发建设时,应注重地下漏失的防治工作。研究成果能够为喀斯特坡地土壤侵蚀研究和水土流失防治提供重要参考。     

喀斯特槽谷区岩石与坡面夹角对产流产沙过程的影响

为明确喀斯特槽谷区岩石与坡面夹角对坡面产流产沙过程的影响,在6个岩石与坡面夹角(30°,60°,90°,120°,150°,180°)、3个坡度(10°,15°,20°)和3个流量(5,7.5,10 L/min)组合条件下,开展室内放水冲刷试验。结果表明:(1)地表产流率随冲刷历时呈先增加后稳定的趋势,而含沙量和地表产沙率随冲刷历时均呈波动性减小趋势;(2)各岩石与坡面夹角下,地表产流率无显著差异(P＞0.05);但含沙量与地表产沙率均差异显著(P＜0.05),表现为含沙量和地表产沙率在60°夹角下与30°和120°夹角下差异不显著(P＞0.05),但显著高于90°,150°和180°条件下的含沙量和地表产沙率(P＜0.05);(3)地表产流率与含沙量在60°,90°,120°夹角下均呈显著幂函数正相关(R²=0.32~0.56,P＜0.05),而在其他夹角下二者关系不显著(P>0.05)。地表产流率与地表产沙率在60°,90°,120°,150°,180°夹角下呈显著线性正相关(R²=0.35~0.86,P＜0.05)。研究表明喀[JP]斯特槽谷区岩石与坡面呈一定夹角时,可加剧坡面产沙,并改变产流与产沙关系。     

施加PAM和PG对坡地产流产沙的影响研究

在人工降雨条件下,研究吕梁地区混合施加不同量的聚丙烯酰胺(PAM)和磷石膏(PG)对坡地产流和产沙的影响,结果表明:单独施加PAM可以明显减少产流量和产沙量,施加1、2 g/m~2PAM处理分别比CK总产流量减少58.6%和21.2%,总产沙量减少41.7%和54.1%;单独施加PG对产流量影响不明显,而且产沙量会增加,施加100、200 g/m~2PG处理比CK总产沙量增加7.8%和10.3%;PAM与PG混施可提高土壤的稳定入渗率,具有比单独施加等量PAM更佳的减流效果,但产沙量会有所增加;1 g/m~2PAM和200 g/m~2PG混施具有最优的减流、减沙综合效果,相比CK总产流量减少71.2%、总产沙量减少33.2%。实践中建议采用1 g/m~2PAM和200 g/m~2PG混施以达到最佳的蓄水减沙效果。     

贵州省喀斯特地区坡面产流产沙特征

土壤侵蚀和石漠化严重影响了贵州喀斯特地区的可持续发展。为了有效防治该地区的土壤侵蚀,利用径流小区观测法,通过布设经济林地(梨树)、水保林地(香樟、柏树)、坡耕地(农作物)和裸地(对照)5种径流小区,对该地区不同地类坡面产流产沙特征进行研究。结果表明:坡度为13°的坡耕地和经济林地减流减沙效果显著,产流量分别减少了47.5%和25.8%,产沙量分别减少了78.5%和58.9%,香樟、柏树减流效果不明显,但产沙量分别减少了44.7%和79.3%;坡度为18°时,经济林地(梨树)、水保林地(香障)、水保林地(柏树)、坡耕地(农作物)4种地类的产流量减少45.8%,4.9%,3.8%,16.6%,产沙量分别减少了91.3%,81.1%,77.4%,61.6%。25°的坡耕地产沙量是对照的8.9倍,土壤侵蚀量大幅度增加。产流产沙量与降雨量(P)、最大30min雨强(I30)和坡度(s)均呈幂函数关系,产沙量与产流量呈线性关系。     

裸露岩石对喀斯特坡地水土流失及水动力特征的影响

[目的] 裸露岩石如何影响坡地产流产沙及水动力特征尚需进一步深入研究。[方法] 通过室内模拟试验,设置不同岩石裸露率(0,10%,30%,50%,70%)的坡地,开展不同雨强(30,60,90 mm/h)条件下的人工模拟降雨试验,旨在探究雨强与裸露岩石对坡地产流产沙及水动力特征的影响。[结果] 坡地地表产流产沙随雨强增大呈增大趋势,而随岩石裸露率的增加呈减小趋势。在不同雨强条件下,0岩石裸露率坡地与10%岩石裸露率坡地的产流产沙差异多呈不显著(p>0.05),而与其他岩石裸露率坡地之间呈显著差异(p<0.05)。低岩石裸露率坡地(10%)与高岩石裸露率坡地(50%及以上)间产流产沙差异显著(p<0.05)。流速(V)、水深(h)、雷诺数(Re)、弗罗德数(Fr)、水流剪切力(τ)及水流功率(w)随雨强增大呈增大趋势,阻力系数(f)随雨强增大呈减小趋势。流速(V)、弗罗德数(Fr)随着岩石裸露率增加呈减小趋势,而水深(h)、阻力系数(f)随着岩石裸露率增加呈增大趋势,雷诺数(Re)、水流剪切力(τ)与水流功率(w)在不同雨强下变化规律有差异。水动力参数变化在不同坡地间具有一定差异性。产沙与水动力参数数量关系以指数函数拟合效果最好,流速(V)(R²=0.819,p<0.05)、水流剪切力(τ)(R²=0.858,p<0.05)及水流功率(w)(R²=0.890,p<0.05)预测坡地产沙效果较好,其中水流功率(w)为最佳预测参数。[结论] 研究结果进一步丰富了岩溶坡地土壤侵蚀理论,并可为建立适合于岩石裸露坡地的水蚀预测模型提供参考。     

秸秆覆盖对西南喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响

喀斯特坡地幼龄橘园人为扰动剧烈,容易发生土壤侵蚀。秸秆覆盖是坡地常用的水土保持措施,但其在喀斯特坡地橘园的水土保持效益还不清楚。通过人工土槽模拟降雨试验,研究了水稻秸秆覆盖对喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响,试验设置了2个雨强(60 mm/h和120 mm/h)和4种水稻秸秆覆盖度(0,20%,50%和80%)。结果表明:(1)秸秆覆盖减小地表径流的效果受降雨强度控制。在中雨强(60 mm/h)条件下,秸秆覆盖可以有效降低地表径流系数。在大雨强(120 mm/h)下,只有20%覆盖度可以减少地表径流系数;(2)在中雨强(60 mm/h)条件下,20%和50%的秸秆覆盖显著增加壤中流和地下径流量; 在大雨强(120 mm/h)条件下,20%的秸秆覆盖显著增加了壤中流量,50%和80%秸秆覆盖度对壤中流量影响不显著;(3)秸秆覆盖可以有效减少地表土壤侵蚀总量,地表土壤侵蚀总量与秸秆覆盖度呈负相关。(4)秸秆覆盖减弱了地表径流的携沙能力,在50%和80%秸秆覆盖度时地表径流的携沙能力得到显著减弱。结果可为喀斯特坡地幼龄橘园合理布设秸秆覆盖措施提供科学依据。     

喀斯特坡地裸露心土层产流产沙模拟研究

通过人工降雨探索表土剥离后喀斯特坡地侵蚀产沙特征及机制,为该地区开展地下水土流失研究及指导水土流失防治工作具有重要的理论和现实意义。试验采用钢槽装填土石模拟喀斯特地区表土剥离后坡地的"二元结构",通过人工模拟降雨揭示了雨强(30、50、80mm h~(-1))、坡度(10°、15°、20°、25°)和地下孔(裂)隙度(1%、2%、3%、4%、5%)对坡地土壤侵蚀的影响,并在此基础上进一步讨论了各因子对剥离表土后的坡地造成的影响。结果表明:(1)表土剥离后地下漏失的隐蔽性增强,小雨强的坡地土壤侵蚀容易被忽视,30、50 mm h~(-1)雨强条件下,仅当坡地坡度≥15°时地表出现径流,坡地侵蚀产沙以地下流失为主,地下产流量、产沙量随雨强先增大后减小。(2)喀斯特地区坡地土壤侵蚀治理不应只重视地表水土流失,更应关注垂直方向上的土壤侵蚀——地下漏失,低坡度(坡度≤15°)条件下,地表近乎无产流产沙,坡地侵蚀产沙集中在地下孔(裂)隙,而坡度为20°、25°的坡地,其地下产沙比重仍分别高达0.85~0.97、0.59~0.84。剥离表土后的坡地水土保持应从地表、地下两个方向进行,避免由地下漏失引起的岩溶塌陷。增大地下孔(裂)隙度能显著提高地下产流量和产流系数,并促进地下孔裂隙产沙量和产沙比重的增加。     

喀斯特地区坡面径流对产沙的影响

贵州省关岭县蚂蝗田小流域属典型喀斯特流域,根据小流域2009—2012年6个坡面径流小区的定位观测资料,研究了乔木林（黄花梨）、灌木林（女贞）、撂荒草地三种不同植被类型下坡面径流对产沙的影响。结果表明:三种植被类型的产流次数相同,但产沙次数存在较大差异,表现为荒草地 > 乔木林 > 灌木林;灌木林与乔木林的年均径流量相差不大,荒草地的年均径流量是它们总和的2倍;荒草地的年均产沙量最大,为55.17 t/km²,是灌木林的11倍,乔木林的6倍;乔木林的产流量与产沙量无明显相关关系;灌木林表现出线性关系,拟合方程为y=0.1707x+0.2526,R²值为0.48;荒草地表现为幂函数关系,拟合方程为y=0.3246x^1.2965,R²值为0.64。     

喀斯特地区不同降雨和植被覆盖的坡面产流产沙特征

[目的]分析不同降雨类型下的径流和产沙量特征,及其在不同植被覆盖类型和植被覆盖度下的响应,为喀斯特地区黄壤坡面在不同降雨和植被覆盖条件下的产流和产沙量动态特征研究提供理论基础。[方法]以贵州省黔南州龙里县羊鸡冲小流域2014—2018年径流小区实测数据为基础,基于均值分类的方法,将研究区降雨类型划分为4类,对各指标进行相关性分析、回归模型模拟以及指数函数分析。[结果]不同降雨对研究区产流产沙的影响程度不同,不同植被覆盖类型下降雨特征对产流产沙的影响存在明显的差异。总体上A型降雨(极强雨强,极大降雨量、中等降雨历时的低频次降雨事件)更容易造成侵蚀性危害,该条件下坡面产流和产沙量之间显著相关,并且经果林表现出极好的水土保持效果;B型降雨(强雨强,中等降雨量、短降雨历时的高频次降雨事件)为该地区主要降雨类型;在4种降雨条件下,混交林的水土保持效果优于其他植被覆盖类型。产沙量与雨强、径流深正相关,和植被覆盖度负相关,对产沙量的影响为:径流深平均雨强植被覆盖度。当植被覆盖度到达80%左右,其削减径流以及减沙的效果处于稳定的状态。[结论]在降雨一定的前提下,植被是影响坡面产沙量的关键因子。对于喀斯特地区黄壤坡面而言,增加地表覆盖度是减少产沙量的基础,也是防治水土流失的一项重要举措。     

Effects of Underground Pore Fissures on Soil Erosion and Sediment Yield on Karst Slopes

Underground pore fissure is one of common ways of soil leakage, and the soil loss in underground pore fissure would aggravate the development of rocky desertification in karst areas. A designed steel tank with varied underground pore fissure degrees was used to measure how underground pore fissure affected soil erosion and sediment yield on karst bare slope. We found that sediment yield rates and its distribution ratios obviously differed between the surface and underground. Surface sediment yield rate greatly responded to rainfall intensity conditions, while underground sediment yield rate rarely changed. Both bed rock bareness and underground pore fissure degree had an insignificant effect on both surface and underground sediment yield rate, but the former greatly influenced sediment distribution between the surface and underground. With increasing of bed rock bareness rate, both the average surface and underground sediment yield rates first increased and then decreased. The later posed an effect on underground sediment yield rate, which increased with increase of underground pore fissure degree. With increase of underground pore fissure degree, critical rainfall intensity for producing surface sediment would increase from 0.8–1.3 mm min⁻¹ to 1.3–2.0 mm min⁻¹. The results provide a mechanistic understanding of how underground pore fissure affects soil erosion and sediment production. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄土高原南部地区人工模拟暴雨条件下不同坡度谷子坡耕地产流产沙过程

以谷子坡耕地为研究对象,通过人工模拟降雨试验,探究不同生育期谷子在不同坡度下对坡耕地坡面侵蚀过程的影响,揭示黄土高原地区坡耕地侵蚀过程特征和机理.根据试验区现行退耕还林(草)政策、降雨特点及谷子生长特性,在80 mm/h降雨强度和4个坡度(3°,5°,10°,15°)条件下分别对4个生育期(幼苗期、拔节期、抽穗期、灌浆...     

植物篱措施对紫色土坡耕地产流产沙及微地形的影响

基于遂宁水土保持试验站坡耕地2012—2016年次降雨和径流输沙数据,定量分析了自然降雨下植物篱对坡耕地产流产沙及微地形的影响。结果表明:植物篱小区总径流深是对照小区的80%~84%,总冲刷量是对照小区的34%~44%,植物篱减沙作用优于减流。对照小区(Ⅱ小区和Ⅴ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均极显著相关(P0.01);植物篱小区(Ⅰ小区、Ⅲ小区和Ⅳ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均呈正相关,其中径流深与降雨量极显著相关。各雨型间产流产沙差异不显著,其中植物篱对A型雨(大雨强、短历时)减流减沙效果优于B型雨(中雨强、中历时)和C型雨(小雨强、长历时)。定植植物篱后,篱带前出现泥沙淤积带,15°香根草(Ⅰ小区)、10°香根草(Ⅲ小区)和10°新银合欢(Ⅳ小区)平均坡度分别演变为11.97°,7.73°和7.89°,香根草植物篱的效果较明显,植物篱使得坡耕地梯田化发展。     

不同雨强对我国西南喀斯特山区土壤侵蚀影响的模拟研究

选取我国西南喀斯特地区作为研究区域,通过资料查询、野外考察,设计加工满足该区域雨强范围的针管式人工降雨装置,在不同地表覆盖情况下,针对不同雨强对土壤侵蚀的影响进行了16场室内模拟试验,结果表明(1)坡面径流率在产流后180～300s之后保持稳定.随着雨强的增大坡面径流率增大,同雨强时坡面覆盖的植被或岩石均有明显的减流效果.(2)坡面输沙率变化可分为快速增大、迅速减小、增大、缓慢减小和趋于稳定5个阶段.坡面平均输沙率均随雨强的增大而增大.同雨强时坡面覆盖的植被或岩石的减沙效果显著.(3)坡面总径流量随雨强的增大而增大,同雨强时裸地坡面总径流量最多.裸地、植被覆盖(70%)地、植被一裸岩覆盖(70%～60%)地坡面总侵蚀量随雨强的增大而增大.裸岩覆盖(60%)地坡面总侵蚀量随坡度的增大而先增大后减小,在60～114mm/h之间存在土壤侵蚀的雨强转折点.同雨强时裸地坡面总侵蚀量最大,植被或岩石覆盖的减沙量均在71%～88%之间.     

不同土壤坡面产流产沙特征对比分析

通过不同坡度(5°,10°,20°)、不同质地土壤(粘土、砂土)的人工模拟降雨试验,对比研究粘土和砂土在不同坡度条件下的坡面产流产沙规律,并建立试验条件下坡面土壤侵蚀模型。结果表明:(1)粘土坡面和砂土坡面的产流规律相似,在相同试验条件下随着产流时间的延长粘土坡面和砂土坡面的产流率均先逐渐增加最后趋于稳定,同时随着坡度增大,粘土坡面和砂土坡面的产流率均逐渐变小,但粘土坡面达到稳定产流率的时间早于砂土坡面;(2)粘土坡面和砂土坡面的产沙规律相似,在不同坡度条件下粘土坡面和砂土坡面的产沙率均随产流历时呈先增大后降低的趋势,但粘土坡面的产沙能力小于砂土坡面,且在坡度为5°时两者之间的差别达到最大;(3)随着坡度增加,粘土坡面和砂土坡面的总产沙量的变化幅度均大于总产流量的变化幅度,即坡度对坡面侵蚀产沙的影响大于对径流的影响;(4)统计得出试验条件下粘土坡面和砂土坡面的土壤侵蚀量与坡度、产流时间的回归方程,并据此得出试验条件下粘土相对于砂土坡面的减沙能力方程。     

坡长对贵州喀斯特区黄壤坡耕地土壤侵蚀的影响

为揭示坡长对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响作用,根据贵州省毕节石桥小流域水土保持监测点监测资料,研究了坡长为5,10,15,20,25 m的径流小区在次降雨条件下土壤侵蚀随坡长的变化规律。结果表明:喀斯特坡耕地坡面年内径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小;次降雨量小于30 mm时,径流深随着坡长的增加先增大后减小;次降雨量大于30 mm时,径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小。年内平均土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现一次函数关系的增长,拟合度R²=0.9217;次降雨量小于30 mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现先急剧增加后减小的趋势,峰值出现在10 m;次降雨量大于30 mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化亦呈现一次函数的增长关系,拟合度R²=0.9146。在最大30 min雨强为25 mm/h和41.4 mm/h条件下,随着坡长的增加,径流深均表现为先减小后增大再减小,土壤侵蚀模数均表现为先增大后减小。