径流深和侵蚀量与集水面积、坡度及降雨量关系研究

[目的]分析径流深、侵蚀量与集水面积、坡度等影响因子间定量关系,为土壤侵蚀物理模型构建及参数率定提供参考。[方法]基于不同下垫面措施野外径流小区天然降雨实测资料,构建了年降雨径流深、侵蚀量多参数非线性估算模型。[结果]降雨产流阈值随集水面积、坡度呈先减后增、先增后减的变化趋势。年径流深(Y_(1))和年土壤流失量(Y_(2))随面积呈先增后减变化趋势;Y_(1)随坡度呈先减小后迅速增加变化趋势,Y_(2)随坡度呈持续递增变化规律;Y_(1)和Y_(2)随年降雨量持续增加。当坡面面积为130 m^(2)时,Y_(1)和Y_(2)均达最大值;当坡度为13.5°时,Y_(1)达最小值。Y_(1)多参数非线性回归估算模型精度较好,70%数据点相对误差分布在±30%内。[结论]集水面积、坡度和年降雨量三者交互作用对年降雨径流深和侵蚀量影响作用最大;对于年降雨径流深和侵蚀量而言,均存在临界集水面积和临界坡度值。

蔡川水土保持示范区综合治理可持续发展评价与分析

以陕西省丹凤县蔡川水土保持示范区为例,运用科学的、简化的可持续发展评价指标,对其可持续发展能力进行评价与分析。结果表明,蔡川示范区2001年和2003年的可持续发展度分别为0.489和0.587,尚处于不可持续发展的状态,但已经逐步接近可持续发展的水平。可持续发展度增大的根本因素,在于社会发展能力和资源环境承载能力的增加。

流域尺度全球降水数据产品的相互比较

鉴于国家、大陆和全球尺度降水数据集之间的差异性方面的研究较多而很少考虑河流流域尺度上数据集的可靠性,采用最大/最小差异百分比法和TFPM-MK趋势分析法研究评估了12种广泛应用的降水数据集在全球6292个流域中降水估计和变化趋势等方面之间的差异。结果表明,降水数据集之间存在较大差异,数据集之间的年平均降水量差异超过500 mm/a的流域共有2469个,占地面积达4419.6×10^(4)km^(2),主要分布在格陵兰岛、非洲、大洋洲和西亚。现有数据产品不能对所有流域的降水趋势达成一致,难以为确保流域内的水利发电、生活供水、防洪和抗旱等方面有效政策的制定和实施提供合理的科学依据。

坡面水土保持措施效益评价--以贵州省冗雷河小流域为例

系统评价水土保持措施效益并查明水土保持措施在实施过程中存在的问题,对于水土保持工作的规划、管理和执行具有重大意义。最新发布的GB/T 15774—2008《水土保持综合治理效益计算方法》详尽描述了水土保持措施的各类效益和计算方法,但也存在指标过多、操作性差以及重复计算等问题。为了科学合理地评价水土保持措施效益,本研究以针对性强、可量化和避免重复三项原则筛选出调水保土效益和生态效益的计算项目,并基于生态系统服务功能计算生态效益价值。将这一方法应用于贵州省冗雷河小流域的综合治理试点项目(2008—2010)发现:该项目的坡面水土保持措施预计实现多年平均减流深11.0 mm/a,减蚀厚2.0 mm/a,生态效益总计107.1万元/a。本文是对水土保持生态效益价值化的一次尝试,结果可为当地水土保持决策提供参考依据。

基于深度学习的生产建设项目扰动图斑自动识别分类

扰动图斑是生产建设项目水土保持信息化监管基础数据。针对扰动图斑传统人机交互目视解译效率低、成果不统一等问题,基于深度学习原理,构建生产建设项目扰动图斑自动识别分类卷积神经网络模型,用以提高扰动图斑解译生产效率和成果质量。然后确定深度学习模型关键超参数-优化器算法、学习速率和批大小最优值。在此基础上经过150个训练轮次得到生产建设项目扰动图斑自动识别分类卷积神经网络模型,模型综合性能评价指标-精度值和损失值分别为0.9526和0.1670。模型在“检验样本集”应用效果表明:模型识别分类总体精度为97.52%,扰动样本查准率和查全率分别为72.44%和83.90%;模型识别分类结果与真实情况基本一致,漏分类、误分类比例相对较低,具有较强的泛化能力。这说明深度学习模型用于生产建设项目扰动图斑自动识别分类是实际可行的。研究成果为扰动图斑解译生产提供一种新方法,可为生产建设项目水土保持信息化监管提供重要技术支撑。

生产建设项目水土保持信息化项目监管实践与思考

近年来全国切实贯彻落实“水利工程补短板、水利行业强监管”的水利改革发展总基调,卫星遥感、无人机、移动终端等信息化监管手段在生产建设项目现场检查中被广泛运用,全面推进人为水土流失遥感监管。通过遥感普查、遥感详查、现场信息无人机采集、成果会商、技术培训,结合基础设计矢量资料,及时、精准地发现、依法查处人为水土流失违法违规行为,准确掌握水土保持重点工程建设管理情况,确保工程建设成效,水土保持监督管理效能和信息化水平得到进一步提升。

不同复绿技术模式对崩岗崩壁稳定性影响研究

采用不同草灌复合模式对南方崩岗崩壁进行了复绿研究,分析了各复绿技术模式下崩壁土壤侵蚀模数、含水量及崩壁稳定系数。结果表明:各复绿技术模式能显著降低崩壁土壤侵蚀模数(P=0.05),但各处理模式间崩壁土壤含水量无显著差异。崩壁土壤含水量与前期类降雨量间呈显著线性关系。各复绿技术模式处理崩壁稳定系数显著高于未处理崩壁稳定系数(P=0.05),但各复绿技术模式崩壁稳定系数间无显著差异。崩壁稳定系数与土壤含水量间呈开口向下的二次抛物线关系,基于二者函数关系计算了各处理崩壁稳定系数最大所对应的崩壁适宜含水量,未处理崩壁适宜含水量最小。总体而言,不同复合技术模式均减低了崩壁土壤侵蚀模数,提高了崩壁稳定性。

植被对南方红壤丘陵区土壤侵蚀的影响研究

本文以南方红壤区为研究对象,以传统径流小区观测为主要手段,共布设8个径流小区,每个径流小区设置不同的植被类型和植被盖度。本试验观测了36场次降雨条件下降雨量、径流量和泥沙量资料,分析了植被类型和植被盖度对减流减沙的作用规律,结果表明:①在减流作用中,乔灌木林>混交林>纯林;②林分结构越复杂,减沙效果越显著;③植被类型对减流减沙具有整体效果,而植被盖度更突出在影响其变化幅度上。

径流小区尺度土壤入渗率影响因子与估算模型研究

基于次降雨水文过程,确定了影响土壤平均入渗率(i_m)的多个因子;借助野外人工径流场观测资料,研究im与多个因子间定量关系,构建i_m估算模型。i_m与坡度之间呈二次抛物线关系,随坡度增加呈先升后降的变化趋势。i_m随坡长、降雨强度的增加均呈线性增加规律,随次降雨量增加呈指数增加趋势,随土壤颗粒分形维数增加呈线性降低规律。im与地表植被盖度、前期土壤含水率之间均存在双曲函数关系,随二者递增分别呈逐渐增加和降低规律。基于上述7个函数关系,采用多元非线性回归法建立估算im的回归模型,模型约72%的数据点相对误差不超过10%。采用上述7个因子作为输入参数,建立预测i_m的BP神经网络模型;通过灰色关联度分析法确定了模型最优训练算法为Levenberg-Marquardt、隐含层神经元结点最优个数为15;模型约81%的数据点相对误差不超过10%。

南方红壤区植被覆盖因子估算模型构建与验证

研究红壤区植被覆盖因子变化规律、构建植被覆盖因子计算模型可为该区域水土流失防治及动态监测提供科学依据。该研究基于广东省五华县水土保持试验推广站200余场降雨试验观测数据,分析了影响水土流失的各关键因子与次降雨土壤侵蚀模数(Individual Rainfall Event Soil Erosion Modulus,ISEM)间定量关系,基于中国土壤流失方程计算了系列次降雨事件不同植被覆盖度对应植被覆盖因子值,构建了植被覆盖因子值与植被覆盖度间数学模型,从点、面2个尺度对模型计算精度进行了验证。结果表明:1)ISEM随植被覆盖度增加而降低;ISEM与雨前土壤表层含水率间存在显著正相关对数关系;ISEM随坡度增加呈先增后减的变化规律;ISEM随次降雨量、次降雨侵蚀力和次降雨径流深呈显著正相关线性变化关系。2)构建了植被覆盖因子值与植被覆盖度间二阶指数衰减模型,该模型决定系数和纳什系数分别达0.947和0.876。点尺度验证结果表明90%样本模型计算值与观测值相对误差均小于0.30;面尺度验证结果表明,70%~80%的植被覆盖因子计算值相对误差不超过0.1。总体而言,该模型计算精度较为理想,但由于研究对象典型的时空尺度特征,仍需要更多观测数据对该模型进行完善和验证。研究成果可为深入理解红壤区土壤侵蚀规律、水土流失动态监测提供有益参考。

南方红壤区坡面次降雨产流产沙特征

研究坡面次降雨土壤入渗及产流产沙特征,对于坡地水土流失防治及水土资源管理利用具有重要意义。基于广东省五华县水土保持试验推广站野外径流场2014年的观测数据,研究不同下垫面条件下坡面入渗及产流产沙特征。次降雨入渗量与地表植被盖度间存在显著相关关系（P〈0.05,R=0.95）。入渗量随降雨强度增加,呈先增后减的变化趋势,存在入渗量达最大值的临界降雨强度;人工林及灌草地临界降雨强度为19.9~27.8 mm/h,均高于自然撂荒地。次降雨径流深和土壤流失量与地表植被盖度间,存在显著负相关关系（P〈0.05）,相关系数超过0.9。土壤侵蚀率随径流系数呈幂函数增加趋势,径流中泥沙浓度随径流系数、降雨侵蚀力呈对数函数增加趋势,土壤流失量随降雨侵蚀力及次降雨径流深均呈线性递增趋势。次降雨径流深20 mm为土壤流失量变化拐点,径流深超过20 mm后,土壤流失量随径流深递增速率较快。

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p<0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。

水土保持“天地一体化”项目监管技术体系构建与应用

为弥补传统生产建设项目跟踪检查和监督管理方式不足,满足新形势下监管工作中高要求、高效能和高精准的需求,急需探索新技术、新手段和新方式。主要探讨生产建设项目水土保持“天地一体化”项目监管技术体系及其在水土保持监督检查管理工作中的适用性,并以“大藤峡水利枢纽工程”为案例,详细阐明该监管技术体系在实际工作中的应用过程及效果。结果表明:1)经实践,应用高频次遥感普查技术、高精度遥感详查技术、无人机现场调查技术、监管系统和移动信息采集手持端等技术与设备形成的生产建设项目“天地一体化”项目监管技术体系,满足新形势下监管工作需求;2)应用项目监管技术体系,掌握了大藤峡水利枢纽工程的建设阶段、扰动面积、水土保持措施体系、弃渣场位置与防护以及历次监督检查整改落实情况等,为水行政主管部门开展监督检查提供了有效支撑;3)经测算,采用项目监管技术体系开展珠江流域2017—2018年生产建设项目水土保持监督检查工作,相比于传统方式平均每项目次节约经济成本55%,监管工作效率提高4倍,具有突出的经济效益和社会环境效益。

红壤区小流域次降雨产流产沙因素分析及模型构建

[目的]探索南方红壤区小流域降雨因子对产流产沙的影响及定量关系,为治理区域水土流失、优化水土资源利用提供参考。[方法]基于南方红壤区广东省五华县乌陂河和福建省长汀县朱溪河小流域3a自然降雨观测资料,采用回归及通径分析等因子分析法研究次降雨对径流泥沙的影响,构建次降雨径流泥沙计算模型。[结果](1)回归和通径分析结果基本一致:次降雨量、历时、最大30min雨强以及次降雨量与历时交互作用是次降雨径流的关键影响因子;次降雨量、雨强、最大30min雨强、降雨侵蚀力以及次降雨量与雨强交互作用是次降雨产沙模数关键影响因子。(2)多元线性回归模型可较为准确和定量地反映2个小流域次降雨各因子与径流泥沙动态变化关系。(3)利用Excel函数随机选取乌陂河流域25组数据和朱溪河流域23组数据验证模型,结果显示计算径流泥沙数据与实测数据的相关性非常显著(p<0.05),其中乌陂河产沙模数模型的相关性最为紧密,相关系数为0.950。[结论]多元线性回归模型是乌陂河和朱溪河流域主要降雨因子对径流泥沙定量影响的最佳模型。显著性检验结果表明,该模型达到了极显著水平。

水土保持治理工程保土效益评价指标及方法探讨

提出以"土壤侵蚀量减少比例"为核心指标的水土保持治理工程保土效益评价方法。该方法基于美国通用水土流失方程(USLE),借助遥感卫星和无人机等手段,获取研究区基础影像资料及数字高程模型,借助ENVI和Arc Gis软件,提取研究区USLE各关键因子(植被、坡度、坡长和水土保持措施因子);基于研究区不同时空尺度的基础资料,计算得到治理工程不同时空尺度的保土效益值。该方法确定了治理工程保土效益计算的关键指标和公式,构建了保土效益计算工作流程。该研究可为水土保持治理工程实施、管理及长期效益评估提供重要技术手段。

岩溶区与红壤区不同地类产流产沙特征分析

研究岩溶区和红壤区不同植物措施对坡面产流产沙的影响,揭示两区次降雨累积产流产沙变化规律,为区域坡面水土流失综合防治提供科学依据。基于西南岩溶区兴西湖小流域和南方红壤区山心小流域2015—2016年度观测数据,采用双累积曲线方法分析次降雨条件下不同雨强林地、草地、裸地的产流产沙变化规律,并基于多元线性回归分析方法研究降雨量对径流泥沙的定量影响。结果为:(1)岩溶区小流域裸地累积径流深分别是林地和草地处理的4. 1、2. 5倍,累积土壤流失量大小为:林地<草地<裸地;(2)红壤区小流域各级雨强径流量和土壤流失量均表现为:草地<林地<裸地,总径流深林地、裸地分别是草地小区的811%、3 229%,草地小区产沙量近乎为0;(3)岩溶区小流域累积产流量低于红壤区小流域,红壤区单位径流携沙能力是岩溶区的7. 22倍。岩溶区和红壤区林地、草地小区均具备较强的径流调蓄和保土减蚀功能,岩溶区林地措施最优而红壤区覆盖度较高的草地措施效果最好。

崩壁治理中几种稳定复绿技术对比研究

为探讨边坡治理常见工程技术与乡土植物不同组合措施对崩壁稳定复绿效果,筛选崩壁稳定复绿最优组合措施。采用崩壁人工径流小区定位观测试验,布置了9种不同组合措施:细沟喷播植草(灌)(RSS)、小台阶细沟喷播植草(灌)(SSR)、小台阶三维网喷播植草(灌)(SST)、三维网喷播植草(灌)(TDM)、土工格网喷播植草(灌)(GEG)、穴植草(灌)(HOP)、细沟喷播植灌木(RPS)、细沟喷播植牧草(RPG)和对照处理(CON)。乡土植物为百喜草(Paspalum notatum Alain ex Flüggé)、狗牙根(Cynodon dactylon(L.)Pers.)、山毛豆(Oxytropis hirta Bunge)与紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)。结果表明:(1)崩壁土壤含水量与前期累积降雨量间呈正相关线性关系;崩壁稳定系数随含水量呈先增后减变化趋势,其中处理TDM稳定系数最大,CON稳定系数最小且显著低于其余各处理(P=0.05)。(2)处理TDM和CON崩壁植被覆盖度分别为最大和最小,且显著高于和低于其余各处理(P=0.05)。(3)处理CON崩壁径流及侵蚀量均显著高于其余各处理(P=0.05);RPS和RPG处理崩壁径流侵蚀量小于CON处理,但大于其余各处理。(4)基于崩壁稳定系数、含水量、覆盖度、径流与侵蚀量数据,采用相对差距和评价法对9种组合措施进行了定量评价,处理TDM为崩壁稳定复绿最优组合措施。

韩江上游水土流失现状遥感分析

韩江上游是我国南方红壤区水土流失较严重的典型区域,需要摸清该区域的水土流失状况,为水土流失综合防治决策提供依据。本文以2008年10m分辨率的Alos多光谱遥感影像为数据源,采用人机交互解译方法,对韩江上游水土流失现状进行了遥感分析,结果表明:韩江上游土地利用以林地和耕地为主,植被覆盖状况良好,但地形陡峭,水土流失面积达5 102.56km2,侵蚀强度以轻度为主,主要分布于广东境内梅江及其支流两岸五华、梅县、兴宁和平远县的山丘区,以及福建境内汀江流域上中游上杭、长汀、武平和永定县的山丘区。

关于开发建设项目水土保持设施验收技术评估工作的思考

近年来,随着各级水行政主管部门大力推进开发建设项目水土保持设施验收工作,验收程序逐步规范,验收项目的数量逐年上升,但总体验收率还不高,建设单位申请验收的积极性还有待提高,技术评估工作中还有很多问题需要解决。针对存在的问题提出了相应的解决措施:一是强化前期审批,加强监督执法;二是理清思路,强化技术评估服务意识;三是提高评估水平;四是加强与地方各级水行政主管部门的沟通。

基于神经网络和粒子群算法产流量模型构建

为了研究坡面产流量与各影响因子间定量关系,分析野外多尺度人工径流小区实测数据,采用人工神经网络及粒子群算法,建立了坡面产流量预测模型,产流量与坡长、坡宽、坡度、前期土壤含水量间可采用二次抛物线关系进行描述,与植被覆盖度、降雨量间分别采用幂函数和线性函数进行描述.另外采用加权相对差距和法确定了产流量BP神经网络模型最优拓扑结构及网络参数,建立了产流量BP神经网络模型,该模型模拟值与实测相对误差在±20%以内,预测精度较高.同时基于产流量与各单因子定量关系,建立了产流量经验模型,采用粒子群算法推求了模型未知参数,该经验模型相对误差主要在±30%以内,其精度略逊于BP神经网络模型.