大暴雨作用下黄土高原典型流域水土保持措施减沙效益研究

正确评估大暴雨条件下流域水土保持措施的减沙作用,可为科学揭示流域侵蚀产沙变化的驱动机理提供理论支撑。综合采用改进的水土保持成因分析法、林草植被减沙模型和分布式土壤侵蚀模型,对近10年大暴雨作用下4个典型流域的水土保持措施减沙作用进行了系统分析和研究。结果表明:佳芦河流域水土保持措施在“2012.7.27”大暴雨中减沙效益为65.4%;杏子河流域在“2013.7.12”“2013.7.25”和“2013.7.27”三场连续降雨中,水土保持措施减沙效益分别为56.5%、40.7%和36.5%;西柳沟流域上游在“2016.8.17”大暴雨中,林草植被措施减沙效益达84.2%;岔巴沟流域在“2017.7.26”大暴雨中,水土保持措施减沙效益为79%。大暴雨作用下水土保持措施减沙效益明显,但遭遇连续极端降雨情况,水土保持减沙效益会降低。

黄土高原植被固土减蚀作用研究进展

植被是控制和减弱水土流失的有效措施,具有保持水土的作用,在黄土高原生态环境建设中具有不可替代的作用。在系统分析黄土高原植被减水减沙作用研究现状的基础上,概述了植被改善土壤特性、植被与土壤抗冲性、植被与土壤抗剪强度、植被减蚀作用的动力学机理等方面的最新研究进展,并针对目前存在的问题以及今后有待深入研究的问题进行了探讨。该研究对于揭示植被固土减蚀作用的机理,为生态修复工程建设提供科学依据,具有一定的意义。

砒砂岩地区水土流失研究进展与治理途径

砒砂岩地区是黄土高原生态环境最脆弱、土壤侵蚀最剧烈的区域。从砒砂岩地区生态建设和治理开发的需求出发,回顾砒砂岩地区土壤侵蚀规律研究的主要进展,包括砒砂岩地区土壤侵蚀机理、水土流失动态监测、水土流失模拟评估。同时,对砒砂岩地区水土流失治理措施等方面的最新进展进行了分析,并针对目前存在的问题以及今后砒砂岩地区水土流失的治理途径进行了探讨。

2000—2014年黄土高原植被叶面积指数时空变化特征

研究植被叶面积指数(LAI)时空变化特征,对植被的水土保持效具有重要意义。利用MOD15A2H遥感产品,基于Mann-Kendall趋势检验与Sen斜率分析方法,提取区域尺度与像素尺度上的植被LAI变化特征,并基于不同子流域、坡度、坡向及植被覆盖类型,对植被LAI的变化特征进行分析。基于MOD44B遥感产品,利用线性回归和偏相关系数,分析植被LAI的变化原因。结果表明:1)黄土高原2000—2014年,植被LAI呈显著增加趋势,其年绝对变化幅度为0.042,年相对变化程度为2.71%。2)空间上,在黄土高原58.6%的区域,LAI呈现显著增加趋势,仅有0.9%的区域LAI呈现显著减少趋势。植被LAI剧烈增加,主要发生在河口—龙门区间,包括皇甫川、窟野河、无定河和延河。植被在15°~35°的坡度上,LAI变化程度最剧烈,其变化在各坡向上没有显著差异,农田和草地的LAI变化程度最剧烈。3)与植被总覆盖度相比,植被垂直维结构与黄土高原植被LAI的变化更为相关,其中树木覆盖度的增加,是植被垂直维结构变化的重要原因之一。

黄土高原吕二沟流域不同植被下的坡面径流特征

为研究不同植被下的坡面径流及其组分特征,选择黄土高原丘陵沟壑区第三副区典型小流域不同植被为研究对象,采用野外定位观测与室内试验相结合的方法,分析坡面上不同植被下的径流特征,以期为该区域的森林植被恢复与经营提供理论依据和技术支撑。结果表明:不同的林分由于其植被情况、土壤状况、根系等其他条件的不同,其对地表径流、壤中流等径流组分的影响有所差异,在相同的降雨条件下,4个不同植被类型的径流小区其产流量表现为灌木>混交>刺槐>油松,地表径流量也表现出相同的规律,表现为灌木>刺槐>油松>混交,而壤中流量则不同于上述两者,表现为混交>油松>灌木>刺槐。刺槐和灌木径流小区的坡面径流主要形式为地表径流,分别占总径流的95.61%和91.62%;混交径流小区的坡面径流主要形式为壤中流,占总径流的90.86%;而油松径流小区的坡面径流各组分所占比例较平均,地表径流和壤中流所占比例分别为61.99%和38.01%。降水是径流产流的最主要的来源,尤其是对于季节性降水明显的黄土高原地区,降雨量达到一定的阈值才会产生径流过程;降雨强度对地表径流和壤中流的影响有所差异;前期土壤含水量是影响坡面产流的一个非常重要的因素。

新时代黄河流域水土保持发展机遇与科学定位

黄河流域生态保护和高质量发展的国家战略对水土保持工作提出了新要求新使命,也为黄河流域水土保持事业高质量发展提供了重要机遇,水土保持事业将进入一个高质量发展的新阶段。根据国家战略对水土保持的新需求,在总结黄河流域水土保持发展成效与经验基础上,分析了新时期黄河治理国家战略实施中水土保持的作用与任务,剖析了目前黄河流域水土保持存在的问题及需要应对的挑战,提出了精准集中治理典型区水土流失补强短板、完善提升监测预测体系强化监管、建立新时期水土保持机制推动发展、建设以水土保持生态建设为核心的生态保护与高质量发展的国家战略示范区和加强水土保持科学研究等对策建议。

生态脆弱区建设活动水土流失特点及防治对策研究——以呼和浩特新机场建设为例

内蒙古呼和浩特市新机场是重点工程,地处黄河流域多沙粗沙区,做好各项水土保持工作对于推动项目建设和区域生态环境改善具有重要意义。文章结合工程扰动特点、建设过程中地表覆盖变化特点及水土流失潜在危险分析,剖析了因害设防、及时切实做好临时防护措施的重要性,并结合项目特点和区域自然条件,提出优化施工工序、加强水土保持措施管护等建议。

黄河流域砒砂岩区抗蚀促生技术试验研究

根据黄土高原水土流失防治与生态修复的需求，以黄土高原生态环境极度脆弱的砒砂岩区为研究对象，基于抗蚀促生新理念，研发了治理砒砂岩区水土流失的环保型抗蚀促生复合材料，并进行了野外试验研究。研究表明：砒砂岩中的蒙脱石、方解石和长石含量高，岩体孔隙微结构发育，是砒砂岩抗侵蚀性能差的主要原因；W－OH在砒砂岩表面具有良好的渗透性，通过添加紫外线吸收剂可以大幅度提高弹性固体的抗老化性能，具有抗蚀促生的功能；研发的抗蚀促生新材料具有明显的防治水土流失作用，根据野外天然径流小区试验观测，产流量减少70％～75％，产沙量减少90％～99％。

黄土坡面细沟形态变化及对侵蚀产沙过程的影响

为揭示细沟形态对侵蚀产沙过程的影响,选取66、94、127 mm/h三个雨强条件,对20°陡坡坡面进行了坡面水蚀精细模拟降雨试验,选取沟长、沟宽、沟深等指标刻画细沟形态随降雨历时的变化规律。结果表明:1)降雨强度对细沟长度的影响显著,细沟宽度变化受降雨历时的影响较大,细沟深度的变化对降雨强度表现出较强的分异规律。2)细沟形态参数之间不是相互独立的,存在明显的相关关系,说明细沟形态的演变是一个多维度过程。3)细沟的形成和发展与坡面水沙过程关系密切,细沟形态参数与含沙量、侵蚀速率之间均存在较显著的对数函数关系。该研究可以为细沟侵蚀动态模型的建立提供基础数据。

黄河砒砂岩单轴抗压性能与含水率关系研究

为研发砒砂岩改性材料、提高砒砂岩抗蚀能力,对黄河砒砂岩单轴抗压性能与含水率的关系进行了研究,研究对象为红白混杂、红色两种砒砂岩。结果表明:红白混杂砒砂岩、红色砒砂岩单轴抗压强度均随着含水率的增大而快速减小;在含水率基本相同的条件下,红色砒砂岩抗压强度的降幅比红白混杂砒砂岩的更为明显;在相同应力时,干燥状态下的红白混杂砒砂岩和红色砒砂岩的应变基本一致,在吸收一定水分后,红白混杂砒砂岩和红色砒砂岩应变的变化规律基本相同,但红色砒砂岩的应变明显大于红白混杂砒砂岩的;红白混杂砒砂岩的透水性较差,遇水时相对不易发生溃散,而红色砒砂岩的透水性较强,稳定透水率大于红白混杂砒砂岩的,遇水时更易发生溃散;当含水率达到9%时,红色砒砂岩单轴抗压强度接近0 MPa,随着含水率的继续增大,单轴抗压强度的变化已不明显。

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。

黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术研究

砒砂岩区是黄土高原生态环境极度脆弱、土壤侵蚀最为剧烈的区域,同时又是黄河粗泥沙集中来源区,研究砒砂岩区抗蚀促生技术具有重要意义。在对以往有关砒砂岩区水土流失治理技术研究成果综述的基础上,重点介绍了近年来的抗蚀促生技术,包括研发的适合于黄河中游砒砂岩地区的抗蚀促生材料、砒砂岩改性筑坝材料,以及砒砂岩地区抗蚀促生措施二元立体配置模式。据野外试验观测,抗蚀促生试验小区径流量减少70%以上、产沙量减少91%以上,表明研发的抗蚀促生材料和创建的二元立体配置模式达到了防治砒砂岩区水土流失和快速修复生态的目的。

黄河水沙变化及研究展望

黄河水沙变化是事关黄河治理开发与管理的基础性战略性问题,水沙变化研究也是我国水科学领域的重大科学问题。从黄河水沙变化研究的热点出发,总结了几十年来黄河水沙变化研究的主要成果,包括黄河水沙变化主要特征、水沙变化主要评估方法及原理、水沙变化成因及其影响因素贡献率,以及黄河未来水沙变化趋势预测等,分析了黄河水沙变化研究中存在的不足,在此基础上,考虑黄河流域复杂的水沙环境及水沙变化新情况,提出了利用复杂性科学的理论和方法开展黄河水沙变化研究的思路,以及需要进一步研究的主要问题。

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。

黄河流域水土保持科研进展及成效

从新时期黄河治理国家战略对水土保持工作的需求出发,回顾了黄河流域水土保持科研进展,包括水土流失规律研究、淤地坝拦沙减蚀作用研究、土壤侵蚀预测预报技术研究、水土保持减水减沙效益分析、水土流失治理技术研究、水土保持科研平台建设等。同时,对近年来取得的重大科研成果进行了系统总结,包括黄河多沙粗沙区分布式土壤流失模型、粗泥沙集中来源区界定与水沙变化、黄河流域砒砂岩区辨识与抗蚀促生关键技术及应用等。对黄河流域水土保持科研进展及成效进行了梳理,以期为保障黄河长治久安、推动黄河流域生态保护与高质量发展提供参考。

USLE/RUSLE中水土保持措施因子研究进展

通用土壤流失方程(USLE)及修正通用土壤流失方程(RUSLE)是目前世界上应用最为广泛的土壤侵蚀预报模型,水土保持措施因子(P)是USLE/RUSLE方程中的重要参数之一。依据国内外研究成果,归纳总结了5种估算P因子值的方法,包括小区和小流域资料法、美国农业部手册查询法、基于RS和GIS提取法、USLE/RUSLE方程反求法、经验模型方程法。分析了各种方法的优缺点,并对P因子的研究提出展望。

黄土丘陵沟壑区浅沟发育动态监测与形态定量研究

基于测尺法对野外浅沟发育过程进行长历时动态监测,并结合三维激光扫描和立体摄影测量技术,定量刻画了坡面浅沟集水区3条具有不同上方汇水面积的浅沟形态,揭示了浅沟发育动态变化过程,建立了浅沟沟槽跌坎间距与坡度的关系。结果表明:在2003—2015年观测期间,上方汇水面积分别增加34. 8%和159. 6%时,浅沟长度分别增加39. 6%和138. 8%,沟槽平均宽度分别增加19. 7%和75. 3%,沟槽平均深度分别增加32. 4%和71. 4%,说明上方汇水面积对浅沟发育具有重要影响。浅沟形态监测表明,与2003年相比,2015年3条浅沟长度分别增加26. 4%、12. 1%、29. 4%,增加速率分别为0. 82、0. 55、0. 52 m/a;浅沟沟槽断面面积分别增加22. 5%、65. 1%、45. 9%,增加速率分别为5. 0、15. 8、4. 1 cm^2/a。浅沟集水区春季的横向犁耕将沟槽两侧的表层土壤带入沟槽,使得沟槽两侧坡面高度每年平均下降2 cm;浅沟沟槽宽度和深度随坡长呈先增大后减小的趋势,且在距坡底约20 m处达到最大值。70%的浅沟沟槽跌坎间距均分布在10～25 cm之间。浅沟沟槽坡度主要分布在15°～40°之间,跌坎间距和坡度呈负指数关系。研究结果可为浅沟侵蚀防治提供科学依据。

建设活动中下垫面条件与水土流失关系探讨

认识不同立地条件的侵蚀特点是科学认识侵蚀分布和分区进行预防及保护的前提。本文结合实践中常见的几种扰动形式,结合已有研究成果对比分析了其侵蚀强度特点,同时对比分析了局部整地在植被恢复中的作用,研究结果可为生态保护和高质量发展大目标下的科学精准防护和植被恢复提供参考。

贵阳市水网建设研究

为推进贵州水网建设,以贵阳市为例,围绕新时期国家水网建设的新要求,从水资源配置、防洪减灾体系、水生态环境和水利信息化等4个方面分析了贵阳市水网建设基础条件及面临的形势,提出了水网规划总体布局、主要任务,并分析了水网建成后的效益。结果表明:贵阳市水网在水资源条件、水利工程建设情况、水利信息化等方面具有建设的基础条件,面临着水资源调配能力不足、防洪减灾存在薄弱环节、水生态环境不稳定、水利信息化仍未达到高质量发展要求的形势;围绕国家水网的“纲、目、结”3个层次提出了“一干八支、五横五纵、黔夹济筑、多库相连”的水网格局;贵阳市水网建设的主要任务是以重要河流为基础,重要引提水工程为重点,科学推进区域性供水和输水工程建设,实施中小河流治理和山洪灾害防治,加快推进中小型水库等重点水源工程建设;水网建成后具有全面提升供水保障水平、持续提升防洪减灾能力、加强水生态系统稳定性、大幅提升水网智慧化水平的效益。

黄土丘陵区小流域淤地坝泥沙沉积特征

了解淤地坝泥沙沉积特征是坝地泥沙输移过程及规律研究的基础和前提。该文通过对黄土丘陵区小流域淤地坝不同位置泥沙沉积剖面中各沉积旋回层厚度及粒径组成变化的分析,研究了淤地坝次洪水沉积过程中泥沙的再分布特征。结果表明:坝地内次洪水泥沙沉积过程为非均匀分布,各沉积旋回层厚度在纵剖面和横剖面都存在一定差异,早期沉积层厚度的起伏变化要大于后期的起伏变化。坝地泥沙粒径组成以粉粒为主,黏粒、粉粒和沙粒的平均含量分别为4.66%、58.78%和36.56%。坝地泥沙沉积过程中,各旋回层中黏粒、粉粒和沙粒的平均含量变化较小,但在坝地不同位置,土壤粒径组成发生了一定程度的分选。从坝尾到坝前,土壤质地粗化度显著下降,土壤粒径组成呈逐步细化的趋势。