黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对径流-泥沙-氮素排放影响的模拟研究

针对黄土丘陵沟壑区沟道土地整治工程对水资源和水环境的影响难以评价的突出问题和现实需要,通过不同雨强和不同沟道土地整治比例的模拟降雨试验,研究了沟道土地整治工程对地表和地下径流过程的影响,分析了地表和地下径流氮素排放对沟道土地整治工程的响应,探讨了沟道土地整治工程对降水分配和氮素排放的作用机制。结果表明:沟道土地整治能调节降水分配、拦截地表径流、促进降水向地下径流转化,降水分配的调节程度随沟道土地整治比例的增加而增加;与无整治工况相比,在不同的降水强度下,30%和60%的沟道整治平均将降水的地表径流、土壤持留和地下径流比例从62∶21∶17分别调整为45∶22∶33和27∶23∶50。沟道土地整治减少地表径流中泥沙、硝态氮和铵态氮的输出,却有增加地下径流中硝态氮输出的风险;60%的沟道土地整治分别降低地表径流泥沙输出69%~82%、铵态氮输出63%~74%、硝态氮输出31%~48%,增加地下径流中硝态氮输出160%~337%,对地下径流铵态氮输出无影响。     

土壤固化剂集流面不同施工工艺比较

土壤固化剂以土壤为固结对象,具有就地取材、减少砂石量和节省工程造价等优点,在集雨工程特别是集流面建设中具有广阔的应用前景。该文在提出固化剂集流面施工工艺分类的基础上,阐述了干硬性－整体施工－固化剂浆液收光、干硬性－整体施工－自然收光、干硬性－砌块施工、塑性－整体施工－自然收光等4种不同施工工艺的技术要求。通过测定集流面的集流效率和粗糙系数,认为固化剂集流面的集流效率达到90％以上,表面粗糙系数在0.011～0.014之间。与混凝土集流面比较,固化剂集流面的建造成本可节约40％以上。试验结果表明：砌块施工工艺在未来固化剂集流面的发展应用中具有重要的地位和价值;单一用途的集流面应考虑塑性施工工艺;表面采用固化剂浆液收光有利于降低集流面的粗糙系数和表面干缩裂缝。     

小流域径流调控模型降雨特性模拟研究

基于小流域模型降雨试验研究中存在的不足,在模型模拟试验的基础上,将计算机矢量化软件和色斑法相结合,分析了模型人工降雨雨强率定、雨滴取样、雨滴大小组成分布、降雨能量等降雨特性参数,得出不同喷头组合、不同水头压力条件下模型雨强在0.114~1.33 mm/min之间各场降雨雨滴中数直径为1.122 7~2.139 4 mm,模型降雨总动能为188.74~3 980.03 J/mm。     

坡面薄层含沙水流水动力学参数提取的方法

针对坡面径流水深浅(1～5mm)和水动力学参数(流速、水深等)提取困难,给坡面侵蚀径流水流结构、能量耗散及泥沙输移等的深入研究带来困难的问题,基于水动力学原理和相似性理论,通过"非常规比尺模型"将径流水深进行放大,来研究坡面薄层含沙水流的水流相似过程。结果表明:(1)当薄层含沙水流水深放大2.5倍,含沙量在10～320kg/m~3时,薄层含沙水流原型和模型的水面线(阻力)、流速、侵蚀地形的误差分别为0～0.1%,0.1%～5.3%,0.9%～4.9%,误差均在允许范围之内,原型和模型满足几何、运动等相似比尺转换关系;(2)水深在0.5～1.25cm时,薄层含沙水流为紊流,原型和模型的流速垂向分布满足对数分布,可以用同一方程进行表达;(3)"非常规比尺模型"可以作为一种方法应用到薄层含沙水流的水动力学参数提取、水流结构、能量耗散、泥沙输移等的深入研究过程中。     

基于Google Earth的一种浅沟侵蚀量的测算方法

针对黄土高原丘陵沟壑区浅沟侵蚀量测量费时耗力的问题,提出一种新的浅沟沟道侵蚀量测算方法。基于传统的"三棱柱"侵蚀量测算法及Google Earth所提供的公共数据图像源,利用Google Earth地形工具快速精确地测得浅沟侵蚀量。以在2013年延安极端降雨中,安塞马家沟流域多级梯田出现的典型浅沟侵蚀为算例,运用此方法,与实测值相比,田面高程相对误差23.2%,田面面积相对误差2.7%,侵蚀沟深度相对误差14.8%,侵蚀量相对误差4.8%,虽然在侵蚀量的一系列测算中存在误差,但完全可以通过数学方法进行削减。基于Google Earth的浅沟侵蚀量的测算方便快捷,是一种利用公共数据测量浅沟侵蚀量的新方法,可为高效开展黄土高原丘陵沟壑区坡面水土流失调查及治理提供技术参考。     

基于作物需水与降雨径流调控的隔坡梯田结构优化

 针对黄土高原丘陵沟壑区坡地作物普遍存在的干旱缺水与水土流失问题,基于作物需水过程和降雨径流调控理念,利用WEPP模型对不同梯田模式下春玉米生育期的降雨、径流、入渗、蒸发、土壤水进行作物生育期需水耗水过程计算。结果表明:研究条件下,单一模式隔坡梯田不能完全解决春玉米需水与天然来水在时间上的错位问题,且一般情况下需要1∶6～1∶8平坡比收集降雨径流,土地资源浪费严重;结合水窖,不但能大量节约土地资源、满足作物需水,且隔坡梯田作物年产量、作物水分利用效率和降水利用效率较无隔坡条件均增加50%以上,基本实现作物增产和减少水土流失的双重目标;得出的典型模式隔坡梯田平坡比取值参考表可供黄土丘陵沟壑区隔坡梯田设计规划参考。在黄土高原丘陵沟壑区,隔坡梯田与水窖蓄水配合,不但可满足作物生长过程需水,而且又可防止水土流失,是适宜推广的坡地降雨径流调控方式,这对坡地水土资源高效利用具有实际指导意义。     

基于GIS的黄土高原生态系统服务价值对土地利用变化的响应及生态补偿

以黄土高原为研究对象,基于GIS技术,采用土地利用转移矩阵、土地利用动态度方法,研究1985-2005年黄土高原地区土地利用变化对生态系统服务价值的影响以及相应的生态补偿标准。结果表明：1）1985-2005年,黄土高原地区土地利用类型主要为草地和农地,占土地利用方式的75％以上,但农地面积总体在减少,林地面积在不断增加;2）聚落为最活跃的土地利用类型,聚落和湿地＋水体呈扩张的发展趋势;3）土地利用变化引起区域生态环境效应,20年间黄土高原地区生态系统服务总价值上涨约0．01％,其中森林增加最多,约为0．09％,农地的生态服务价值下降最多,约为-0．02％,而生态服务功能中,除了与农地和荒漠相关的废物处理和食物生产服务功能下降外,其他生态服务功能均表现为增加;4）根据黄土高原生态系统服务价值,确定该地区的生态补偿标准约为4亿2732万元。     

不同材质水窖贮存雨水水质变化特征

针对劣质水贫困地区解决饮水安全存在的集雨水窖材质对水质影响研究薄弱的问题,通过对不同材质的水泥砂浆抹面水窖、固化土水窖、橡塑水窖3种水窖贮存雨水的浊度、pH值、COD等指标的变化过程进行分析,研究了雨水集蓄生活型水窖水水质变化趋势。结果表明:贮存雨水初期水质各指标波动较大水质难确定,而后在长期贮存中水质各指标逐渐趋于稳定平衡。浊度、COD、微生物指标之间互相关,收集低浊度的雨水对水的自净、微生物生长的限制及消毒有重要作用,建议应加强集流面管理,或通过过滤池实施应用,将浊度降低在初期。不同材质水窖对雨水水质净化各有优劣,基本能满足饮用水标准,实际采用时应因地制宜。     

一种新型橡塑水窖的水质变化监测分析

通过对一种新开发的橡塑水窖窖水的水质化学、感观、毒理学和细菌学等指标变化进行监测,分析了新型橡塑水窖对水质变化的影响。研究结果表明,窖水的大部分指标均符合《地面水环境质量标准》规定的Ⅱ类以上标准,橡塑水窖不会对窖水造成污染,窖水可以作为饮用水水源和灌溉用水水源。根据研究结果,提出了使用活性炭、絮凝剂、优化水窖结构设计、熟石灰、灭菌药物等橡塑水窖窖水处理的措施与方法。     

21世纪中国水土保持科学的创新与发展

 根据我国水土流失综合治理实践以及当今水土保持生态环境建设的技术需求和目标,对我国水土保持科学研究进展与研究思路进行了剖析和反思。认为急待创新我国水土保持科学研究,调整研究工作思路,将水土保持科学的研究重点从土壤保持转变为水土资源的保护与安全高效利用,并尽快建立以地表径流调控与水土资源同步高效利用理论为核心的、具有中国特色的中国水土保持科学与技术创新体系;同时,强调以地表径流调控为手段,同步实现水土资源高效利用为核心的现代水土保持科学技术体系将是21世纪中国水土保持科学的创新与发展方向。