产流积水法测量降雨侵蚀影响下坡地土壤入渗性能

坡地土壤降雨入渗性能与下垫面对降雨的再分配过程密切相关。该文提出了测量坡地降雨条件下土壤入渗能力的产流积水法。由水量平衡原理,根据径流在坡面上推进的过程和积水情况下积水深度随时间变化的过程,推导得到了计算土壤入渗性能的数学模型。采用两种工况：1)雨强为60 mm/h、坡度5°、径流面与入渗面长度比为1∶2;2)雨强30 mm/h、坡度20°、径流面与入渗面长度比为1∶1。进行室内试验,计算得到了两种工况的入渗性能曲线。分析了这种新型测量方法和计算模型的合理性。将时段降雨量和累计入渗量进行对比,估计了两种工况的测量误差。该方法可以克服传统的降雨器和双环入渗仪方法的不足,用于测量坡地降雨、径流、土壤侵蚀等因素影响下的整个降雨入渗性能过程曲线。为相关研究提供有力的工具。     

黄土区坡地降雨入渗产流中的滞后机制及其模型研究

滞后作用的存在,不但影响降雨过程中的入渗特性,而且影响产流量。该文通过对入渗产流中的滞后机制分析,建立了考虑滞后作用的坡地降雨入渗产流模型。利用黄土高原沟壑区典型小流域坡地天然降雨入渗－产流的实测资料对模型进行了检验,结果表明：在降雨入渗－产流过程中,滞后作用加快入渗速率,减少径流量;滞后模型使土壤含水量、产流过程接近实测值。因此,在降雨入渗产流过程中考虑滞后作用的影响是必要的。     

坡地单元降雨产流分析及平均入渗速率计算

分析了坡地农田和草地生态单元降雨产流过程,提出了一种利用降雨产流资料计算坡地单元平均入渗速度的方法,此方法克服了双环法测定坡地土壤入渗速率的固有缺陷,为研究坡地水量转化提供了便利手段,计算结果表明,农田,草地生态单元土壤平均入渗速率随坡度的增加呈指曲线下降。     

红壤坡地降雨入渗、产流及土壤水分分配规律研究

选取农作区和荒草区两个不同利用模式下的红壤坡地，研究了降雨的入渗、产流及对土壤水分分布的影响。结果表明：（1）农作区和荒草区的径流系数都随着年限的延长而降低并达到稳定。降雨量成为影响径流量的唯一主导因素；农作区的径流系数显著高于荒草区（r〈0．05）。（2）农作区的入渗比率（入渗量／降雨量）低于荒草区；在持续降雨的情况下。农作区60cm以上土壤蓄水增量降低，但渗漏量保持不变．因此使入渗比率降低，而荒草区则在60cm以上土壤蓄水增量降低时，通过提高土壤的渗漏量保持较高的入渗比率。（3）降雨对土壤水分分布的影响受土壤初始含水量和垫面的影响。土壤初始含水量越低，降雨使土壤水分含量增量越大。在同等降雨置下，农作区只有40cm以上的土壤水分含量增加，而荒草区则为90cm以上。     

丘陵赤红壤降雨入渗产流模型及其变化特征

在分析南亚热带丘陵赤红壤降雨入渗和产流过程基础上 ,依据田间实测资料 ,建立了丘陵赤红壤降雨入渗产流数学模型 ,分析了南亚热带丘陵赤红壤地表径流的动态变化特征及其影响因素。结果表明 ,丘陵赤红壤区 ,4～ 9月每次降雨产生的径流量变化范围为 0 .2～ 5 1.0 4m m,径流率变化范围为 0 .5 6 %～ 47.5 8% ,10月至次年 3月一般不产生地表径流 ;地表径流量与降雨量拟合关系式为 R0 =0 .0 2 5 9.Pn1 .40 34 ,径流率与土壤表层初始含水量拟合关系式为 R′0 =9.8788W7.770 2 ,而降雨强度对径流量的影响要比降雨量、土壤表层初始含水量小得多。     

太行山低山丘陵区坡地人工刺槐林降雨入渗及造林技术研究

对太行山低山丘陵区坡地人工刺槐林降雨入渗及造林技术研究结果表明,降雨后短时间内(10~30cm)上层剖面水势很快由初始值增至最大值,当降雨停止后水势逐渐降低。随入渗进行而下渗锋面向下扩展,水势分布曲线由较陡直逐渐变为相对平缓。降雨初期有林地入渗速率慢于无林地,随降雨进行有林地入渗锋前移速率明显快于无林地,有林地植被及枯落物的存在阻缓了地表径流和壤中侧向流,增加了垂直一维入渗。     

粤北石漠化地区坡地入渗产流规律试验研究

在粤北山区石漠化地区的裸地、草坡地和耕地等3种类型土地的坡面上,采用0.3,0.48,0.72,1.08mm/min4种降雨强度进行了36场人工降雨模拟试验。结果表明：在岩溶发育的石漠化地区,受基岩的非均质性因素影响,出流过程均呈现出具有一定波动性质的较为曲折的峰谷相间的特点;初期波动性较大,后渐趋稳定;达到稳定的坡面径流量与雨强之间具有十分明显的线性正相关关系。3种土地利用类型的坡面径流量的增幅随雨强增大而显著增加;增幅最为明显的是裸地。其入渗率虽也随雨强的增加而增加,却在增幅上明显小于前者,其中,裸地的增幅最小,基本上能保持稳定。在土壤前期含水量影响较小的情况下,产流时间均随着雨强的增大而迅速缩短,表现为十分明显的幂函数关系,3种土地利用类型均需达到一定降雨量后才能产流。     

野外模拟降雨条件下坡面降雨入渗、产流试验研究

利用野外模拟降雨试验,研究了植被类型、降雨强度、地表结皮、覆盖杂草等对荒草地和裸地降雨入渗、产流的影响。结果表明:裸地因降雨易产生地表结皮,产流时间主要取决于降雨强度,两者的关系可用幂函数描述,达显著水平;荒草地由于植被覆盖度较高,产流时间主要取决于土壤初始含水量,两者的关系可用线性公式描述,达极显著水平;与裸地相比,荒草地能延缓产流,并有效拦蓄径流;裸地形成地表结皮后,产流提前,平均入渗率降低,但坡面覆盖杂草(尤其是坡中下部覆盖杂草)能有效拦蓄径流、延缓产流、增加入渗,并促进土壤水分向深层的运移,而雨后采用抑制蒸发的措施能起到类似的效果     

缓坡耕地降雨、入渗对产流的影响分析

以彬县、永寿、西峰、黄龙和淳化径流场近30年的598组小区观测资料为样本,对缓坡耕地降雨、入渗与产流的关系进行了统计分析。得出:降雨量、降雨历时与径流模数呈幂函数关系,平均降雨强度与其呈对数函数关系;P60、I60与产流关系密切,降雨组合参数则为PI15;下渗是导致径流量随坡度增大而增加,随坡长加长呈波浪式变化的内在原因之一,并给出了产流预报模型。     

施加PAM的坡地降雨入渗过程及其模型研究

作为一种新型高效的土壤结构改良剂 PAM,在一定条件下能显著地提高土壤入渗能力 ,减小坡面径流。采用室内人工模拟降雨试验 ,研究了不同 PAM覆盖度下降雨产流随时间的动态变化及其与雨强、坡度的关系 ,以及入渗率随时间的变化规律 ,分析了 PAM、坡度、雨强对入渗率的影响。结果表明 ,地表施加 PAM后土壤的入渗率及稳定入渗率都比未施 PAM显著提高。通过对比施加 PAM后 Kostiakov入渗模型与 Horton入渗模型的显著性 ,表明 Horton入渗公式的适用性更好     

用修正的Green-Ampt模型确定土壤入渗性能的速算方法

土壤入渗性能的确定对水文过程及其相关研究与应用具有重要的意义。该文在土壤入渗性能的水平土柱测量方法和Green-Ampt修正模型的基础上,推导出了Green-Ampt模型与修正模型之间的比例关系,进而提出了土壤入渗性能的速算模型。该计算模型在保证土壤入渗性能计算精度的前提下,计算过程较修正Green-Ampt模型有了很大的简化。将3种方法计算得到的土壤入渗率进行了比较,快速方法计算得到的土壤入渗性能与Green-Ampt修正模型计算得到的土壤入渗性能非常接近。在水量平衡原理的基础上得到3种方法计算结果误差分别为11.5%（Green-Ampt模型）,0.66%（修正模型）和2.68%（快速计算模型）。表明快速计算方法具有很高的精度。新方法大大简化了修正模型的计算步骤。该文提出的土壤入渗性能速算法与水平土柱试验相结合,可以方便地应用于室内土壤入渗性能的测量,为水文循环/地表产流等相关研究提供便捷的土壤入渗性能计算工具。     

用水平土柱和修正的Green-Ampt模型确定土壤的入渗性能

土壤入渗能力和降雨产流过程及地下水密切相关。土壤入渗过程决定了灌溉/降雨过程中水分进入土壤的过程,影响了化肥、农药及其他污染物随水分迁移过程以及坡面水文与土壤侵蚀过程等。该研究根据水流在水平土柱中运动的能量要求以及实际测量得到的土壤水分分布,对Green-Ampt模型中含水率分布呈活塞运动推进(即湿润锋内部土壤水分为恒定值)的假定进行了修正。采用更符合实际的呈线性分布的土壤水分分布模型,基于水量平衡和土壤水动力学原理,提出了对应的土壤入渗性能的计算模型。给出了利用修正模型估计土壤入渗性能的方法,计算模型以及计算过程。结果表明,利用修正模型估算得到的土壤入渗性能回归的入渗水量与实际供水量的相对误差为0.66%,说明该修正模型和计算方法具有很高的精度。该文提出的修正模型很好地描述了水分在土壤中的分布,较Green-Ampt入渗模型中的活塞模型更符合土壤水动力学中关于土壤水分运动的分析。将该修正模型与水平土柱试验结合,可以大大地提高土壤入渗性能计算的精度,为以后的土壤水分运动,地表产流计算以及土壤侵蚀等方面的研究提供非常有效的工具。     

降雨和上方来水条件下工程堆积体坡面土壤侵蚀特征

定量分析降雨和上方来水共同作用下堆积体坡面产流产沙过程,对于完善多驱动力条件下堆积体坡面土壤侵蚀特征具有重要意义。该研究运用人工模拟降雨和冲刷试验,在野外径流小区（7 m×1 m×0.5 m,坡度36°）上分别开展5个降雨强度（40、50、70、100、120 mm/h）、4个上方来水强度（10、15、20、25 L/min）单独作用及共同作用下坡面土壤侵蚀过程试验,比较2种驱动力单独作用及共同下堆积体坡面土壤侵蚀与形态特征。结果表明：1）降雨条件下,堆积体坡面侵蚀过程呈现阶段性差异发育,中小雨强（40、50和70 mm/h）条件下,产流率和产沙率随历时延续呈现2个不同阶段（波动、平稳）,侵蚀形态为不连续跌坎,大雨强（100和120 mm/h）条件下,产流率和产沙率随历时的延续呈现3个不同阶段（波动、平稳、剧烈）,坡面侵蚀形态为细沟。2）上方来水条件下,堆积体坡面侵蚀过程呈现相对平稳发育,坡面侵蚀形态均为细沟。3）上方来水与降雨共同作用下,堆积体坡面侵蚀过程呈现剧烈波动发育,产沙率随历时的延续呈现持续\     

应用自动测量系统研究流量对土壤入渗性能测定的影响

土壤入渗对水文过程研究与农林业生产等具有十分重要的意义。将土壤入渗性能自动测量系统应用于室内试验,研究不同供水流量对土壤人渗性能测定结果的影响,以检验测量方法和系统及其对流量的反应。试验包括3个流量（0．75、1．02、1．92L／h）,每个流量设置3次重复。测量系统在计算机控制下,自动获取地表湿润面积随时间的变化（增大）过程,然后分别应用数值算法和近似算法计算土壤入渗性能。结果表明：测量系统使用方便,计算过程简便;供水流量对土壤入渗性能的测量结果影响不显著,不同流量的测量结果均可以准确表达土壤人渗的全过程。试验测量结果为该方法应用的流量范围提供了参考,同时为进一步理解土壤人渗过程提供了工具。     

用水平土柱与Green-Ampt模型方法测量土壤入渗性能的原理与误差

土壤入渗是自然界水循环中的一个重要环节。研究提出了一种新的方法,根据水量／物质平衡原理和水平土柱中土壤剖面含水率分布所遵循的Green—Ampt模型中的活塞假定,测量和计算土壤入渗性能。用天然容重下的风干砂壤土,通过室内水平土柱试验,说明了获取数据的实验方法、过程,并利用提出的数学模型计算得到土壤入渗性能曲线。利用测量得到的土壤入渗性能回归计算得到的入渗水量分别与实际供水量和由土壤含水率的实际分布计算得到的入渗水量进行对比,得到相对误差分别为11．5％、15．89％,而实际供水量与由土壤含水率实际分布计算得到的水量之间的相对误差只有1．02％,说明了该方法的测量精度以及方法精度有进一步提高的可能性。该方法与传统的土壤入渗率测量方法相比,可以测量出土壤初始很高的入渗率,而且试验操作简单,省水,省时,为相关研究提供了有力的工具。     

土壤入渗性能自动测量系统原理与应用研究

土壤入渗性能对水资源转换利用、农业水管理等方面有着十分重要的作用。该文运用机器视觉及数字图像处理技术,开发了一套以线源入流方法为基础的土壤入渗性能自动测量系统。完成了对该系统的硬件设计、组集和系统软件的开发。利用数字摄像头对表征土壤入渗性能变化过程的线源水流在地表的推进过程进行实时采集截取图片,并对图片进行处理和分析,提取水流在地表推进过程中的湿润面积。根据测量土壤入渗性能的线源入流方法中的数学模型自动计算土壤水入渗率,并实时显示入渗性能曲线的变化过程。采用该系统进行了土壤入渗性能的室内验证试验,取得很好的效果,系统实现了实时测量、后台计算、实时显示土壤入渗性能曲线,结果表明测量误差为5.27％,说明了该测量系统的合理性和准确性。为土壤入渗性能的高效、自动化测量提供了工具。     

室内模拟降雨条件下土壤水分入渗及再分布试验

降雨入渗对城市绿化、防洪排涝、农业生产等方面有着重要的意义。采用室内模拟降雨,使用时域反射仪采集相关数据,从土壤含水率变化特征和湿润锋运移特点等方面,研究了在垂向一维条件下不同雨强降雨对水分入渗的影响,探讨在降雨条件下土壤水分的再分布情况,从而确定试验所用砂壤土保水性最优土层范围。结果表明：降雨结束后,土壤水分的再分布主要受土水势控制,随着时间的延长,蒸发作用逐渐占据主导地位;试验所用砂壤土的最佳保水性土层深度为20～35 cm,可为植物的选栽提供参考。     

土壤初始含水率和降雨强度对黏黄土入渗性能的影响

为研究初始含水率和降雨强度对土壤入渗性能的影响,采用径流-入流-出流法和双环入渗法测量比较,采用不同降雨强度（20、40和60mm／h）和3种土壤含水率（2．60％、10．4％和19．5％）进行试验比较。结果表明：土壤入渗性能随着降雨强度的增加而降低,随着初始含水率的增加而降低;双环法测量的土壤初始入渗率随着含水率增加而增加,稳定入渗率则随着含水率的增加而降低。同时,通过Kostiakov、Horton和Philip入渗模型对试验结果进行回归分析,径流-入流-出流法测量结果均优于双环法测量结果,而且Horton入渗模型回归结果优于其他人渗模型。     

植物篱-农作模式坡耕地土壤综合抗蚀性特征

土壤抗剪强度、抗蚀性与抗冲性不仅反映了土壤对水力侵蚀不同发育阶段（雨滴溅蚀、薄层水流片蚀与股流沟蚀）的侵蚀力大小,还通过共存、耦合决定对抗水力侵蚀的综合能力（综合抗蚀性）的大小。利用植物篱控制水土流失的长期定位试验,采用数理统计法研究了植物篱-农作坡耕地土壤综合抗蚀性特征。结果表明,由于植物篱模式下土壤理化性质得以改善,加之网状植物篱根系的固结等作用促使土壤综合抗蚀性增强。紫穗槐、香根草、紫花苜蓿和蓑草植物篱-农作模式土壤综合抗蚀指数分别比常规横坡农作模式增加102.9%、91.9%、87.9%、82.9%。不同植物篱模式增强土壤综合抗蚀性效应的大小为,20o坡地紫穗槐>香根草,13o坡地紫花苜蓿>蓑草。植物篱模式也增强了各坡位土壤综合抗蚀性,改善了土壤综合抗蚀性的过大坡面异质性。该论文为进一步探究植物篱模式控制水土及氮磷等污染物流失提供参考。     

降雨条件下地表糙度对片蚀的影响及其变化

为了进一步明确地表糙度在片蚀过程中的效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就场降雨和连续降雨条件下,地表糙度对片蚀的影响及其变化进行了研究。结果表明,场降雨条件下,实施人为管理措施坡面的径流与产沙量均低于对照坡面;在雨强0.67 mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与侵蚀量呈先减小、后趋于稳定的变化趋势;而在雨强1.63 mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与产沙量却呈一直减小的变化趋势。在雨强0.67 mm/min条件下,耙耱地、人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度均呈减小的变化趋势,而人工锄耕坡面的地表糙度呈增加的变化趋势;在雨强1.63 mm/min条件下,人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度呈减小的变化趋势,人工锄耕、耙耱地坡面的地表糙度却呈增加的变化趋势;对照坡面地表糙度的变化,与耙耱地相反。连续降雨条件下,在前二次降雨作用下,坡面的径流量与产沙量随地表糙度的增加而逐渐减小,且均低于对照坡面;在第三次降雨条件下,径流与侵蚀产沙量变化较为复杂,且实施人为管理措施坡面均高于对照坡面。不同降雨条件下,实施人为管理措施坡面地表糙度对片蚀具有一定的抑制效应,且坡面片蚀的发展与地表糙度间的变化表现出相应的互动作用。该文研究结果为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也为黄土高原坡耕地的水土流失治理奠定理论基础。