黄河中游典型流域林草生境适宜性及提质潜力评价

[目的] 为定量评价黄河中游复杂下垫面典型流域的林草生境适宜性及提质潜力。[方法] 综合地理探测器、空间分析、数理统计等多种方法,构建三川河流域林草生境适宜性评价指标体系及评价方法,评价流域现状土地利用条件下的林草适宜度及其提质潜力。[结果] (1)三川河流域影响林地适宜分布的主导因子包括光合有效辐射分量、海拔、土壤侵蚀强度和土壤类型等,影响草地适宜分布的主导因子包括海拔、光合有效辐射分量、土壤类型和土壤湿度等。(2)林地不同适宜度的面积由大到小依次为高度适宜、中高度适宜、不适宜、中度适宜,中度适宜以上面积占林地总面积的81.9%,流域林地布局较为合理;草地不同适宜度的面积由大到小依次为不适宜、中度适宜、中高度适宜、高度适宜,中度适宜以上面积占草地总面积的55.3%,流域草地布局仍有较大优化空间。(3)林地提质面积为223.2 km²,占中度适宜及以上区域总面积的15.4%,区域内大部分林地已达覆盖度阈值水平;各适宜度区域的林地Ⅰ级提质潜力面积占比均在89.0%以上,提质难度较低。草地提质面积为222.3 km²,占中度适宜及以上区域总面积的43.1%,区域内近四成草地仍未达覆盖度阈值水平;各适宜度区域草地Ⅰ级提质潜力的面积占比随适宜度增高而减小,提质难度随适宜度增高而增大。(4)林地可通过加强封禁管控,实施以自然恢复为主的弱干预措施;草地需针对不同适宜度的潜力等级,采取分区适度干预措施,实现草地覆盖度水平的总体提升。[结论] 三川河流域林地格局优于草地,草地提质潜力高于林地。研究构建的林草生境适宜性评价方法,可为黄河中游植物措施合理配置和提质增效提供科技依据。     

宁夏清水河流域淤地坝拦沙量分析

对淤地坝逐年拦沙量进行还原计算具有重要的理论及实际应用方面的意义。在对2012年清水河流域淤地坝拦沙量实测资料进行统计分析的基础上,引入坝控流域面积、平均侵蚀强度、拦沙率三个因素建立了淤地坝逐年拦沙量计算公式,计算了清水河流域1971-2012年间淤地坝的逐年拦沙量,并依据计算结果对淤地坝拦沙情况进行了初步分析。根据实测资料统计,至2012年清水河流域共有淤地坝302座,总拦沙量0.17亿m³,淤积比为47.39%。计算结果表明,2000年以前淤地坝拦沙量在70万t以下,2000年以后多数年份拦沙量在100万t以上, 2010年以后淤地坝拦沙量占流域侵蚀产沙量的比例超过11%。本计算模型建立在大量淤地坝均匀分布在流域内及拦沙率呈指数型分布的前提条件下,在不同条件下的运用还需要对模型做进一步地改进。     

新型亲水性聚氨酯对砒砂岩边坡抗降雨侵蚀的影响

通过人工模拟降雨试验,研究新型亲水性聚氨酯材料(W-OH)对不同坡度和降雨强度条件下砒砂岩边坡抗降雨侵蚀的影响。结果表明:(1)坡度和降雨强度两个因素均对砒砂岩边坡受降雨侵蚀影响明显,随着坡度和降雨强度的增加,侵蚀产沙量不断增加,其中降雨强度的影响较坡度更为显著;(2)W-OH处理以后,坡面侵蚀产沙主要由雨滴击溅造成,在所选用的坡度范围内,坡度对坡面侵蚀的影响基本可以忽略;(3)W-OH对砒砂岩边坡抗降雨侵蚀方面减蚀效果非常明显,不同条件下减沙比均超过了98%;(4)W-OH处理以后,在砒砂岩表面形成了一层稳定的保护层,不仅起到了隔离水与砒砂岩的效果,同时又增加了坡面的光滑度使得径流可以快速疏导。     

植被对土壤入渗和地表产流过程的影响研究进展

从不同层面全面阐述了植被对土壤入渗产汇流作用的研究进展,包括不同植被类型、植被覆盖度、植被种植方式条件下土壤特性、入渗能力、产汇流过程等水文特性的变化规律,指出了目前研究中存在的不足,提出了未来需要进一步研究的方向,包括植被覆盖下坡面降雨-入渗过程的定量描述、植被-径流耦合关系临界的揭示、植被-降雨-入渗-产流耦合关系的分析等,以期为科学评价植被的水文效应提供参考。     

黄土坡面侵蚀方式演变与侵蚀产沙过程试验研究

利用自行设计的双土槽径流小区系统和人工模拟降雨试验研究方法,研究了坡面侵蚀方式演变对坡面侵蚀产沙量的影响,分析了沟蚀发育不同阶段对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明,坡面侵蚀发育初期,沟头溯源侵蚀占主导地位,侵蚀产沙量呈增加趋势;坡面侵蚀发育中期,沟蚀的宽度和深度变化已属于切沟形态发育的范围,导致了侵蚀产沙量的急剧增加;坡面侵蚀发育后期,沟蚀发育过程处于后期稳定阶段,侵蚀产沙量变化伏动较小。在坡面侵蚀发育初期、中期和后期,沟蚀分别占坡面总侵蚀产沙量的28.7%,70.4%和37.1%。     

野外不同被覆坡面产流产沙特征

利用野外原型坡面开展径流冲刷模拟试验,定量研究9L/min和20°条件下裸坡坡面、人工草被坡面和自然修复坡面的产流产沙特征及变化规律。结果表明:(1)自然修复坡面比人工草被坡面减水减沙和增加入渗的作用更明显,和裸坡相比,自然修复坡面的产沙量比裸坡减少89.76%～98%,径流量减少46.97%～53.30%,坡面入渗率比裸坡高114%～126.54%;对于人工草被坡面来说,产沙量比裸坡减少约95%,径流量减少不足20%,入渗率比裸坡高约50%。(2)在3种立地类型条件下,产沙和径流、产沙和阻力系数的关系均呈负相关关系,但与裸坡和人工草被坡面相比,自然修复坡面的产沙径流关系、产沙和阻力系数关系的相关性较弱,这可能与其坡面近地表覆盖情况较复杂有关,因此其坡面水沙关系有待于进一步研究。     

黄河流域水土保持科研进展及展望

从黄土高原水土保持生态建设和黄河治理开发重大实践的需求出发,回顾了黄河水土保持基本理论方面的研究进展,包括土壤侵蚀规律、水土保持减水减沙作用、粗泥沙集中来源区界定等,介绍了水土流失治理技术发展和科研平台建设现状。根据黄河流域水土流失治理现状,提出了水土保持科研存在的问题和未来的发展方向,给出了研究手段、方法、对象、内容方面的发展建议。     

植被固土减蚀作用的力学效应

通过分析黄土丘陵沟壑区第一副区、第二副区和水蚀风蚀交错区不同植被坡面土壤的抗剪切力特性,研究植被固土减蚀的力学效应.结果表明,不同植被坡面土壤抗剪强度随垂直压力的增大而呈线性增大,抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;由于根系的固结作用,植被坡面土壤的抗剪强度明显增加,植被坡面的黏聚力和内摩擦角角度大于裸地坡面的黏聚力和内摩擦角角度;不同植被坡面的黏聚力是裸地黏聚力的1.04～2.11倍,不同植被坡面的内摩擦角角度是裸地内摩擦角角度的1.03～1.19倍;不同植被坡面黏聚力与侵蚀产沙量呈显著的负相关关系,随着黏聚力的增大,产沙量呈下降的趋势;不同植被坡面产沙量随径流切应力的增大而增大,具有较好的线性相关关系.在上述分析基础上,建立了临界径流切应力与土壤抗剪强度和黏聚力的关系,从力学层面认识了坡面侵蚀产沙的过程机理.     

宁夏清水河流域水库拦沙量分析

为了解宁夏清水河流域水库的拦沙作用,研究根据泥沙淤积总量来计算逐年拦沙量的方法。根据实测资料统计分析了清水河流域水库的基本情况,估算了水库的总拦沙量,并引入水库控制面积、土壤侵蚀强度、拦沙率3个因素建立了水库逐年拦沙量的分配计算模型。结果表明,至2012年,清水河流域共有具拦沙功能的水库100座,控制面积9 184.70 km~2,总库容12.23亿m~3,可淤积库容6.86亿m~3,拦沙总量5.71亿m~3,为同期泉眼山输沙量的78.25%。对模型计算结果的验证表明,在当水库数量比较多、分布比较均匀的条件下模型计算结果精度较好。根据计算结果,1979年以前时段水库拦沙量比较大,1980年以后由于水库建设速度减慢,水库的拦沙能力逐渐变小。自1960年以后水库的剩余可淤积库容一直处于下降的状态,2000年以后水库的淤积比处于83.00%左右,水库的拦沙能力已经十分有限。     

不同立地条件下坡面水土流失的差异性试验研究

耕作活动和植被建设是人类活动的重要组成部分,以裸地、农地、草地和灌木林地(刚栽植)为研究对象,以人工降雨试验为研究手段,研究不同立地条件下的水土流失差异,并对坡面侵蚀形态进行分析.研究表明:草地的减水减沙作用最明显,坡面产生跌坎和细沟的时间最晚,与裸地相比,减少产沙量97.24%～99.63%、减少径流量62.04%～80.46%,受栽植活动扰动影响,刚栽植的灌木林地没有水土保持作用,且坡面上栽植密度越大水土流失越严重,坡面侵蚀沟贯通且呈宽深的“V”型;农地的水土流失与裸地相比与降雨强度有关,小雨强条件下农地产沙量和径流量均小于裸地,大雨强条件下产沙量和径流量大于裸地;因此科学栽植并做好耕作或植被建设活动期间的水土流失预防工作十分必要.