不同土地利用方式砖红壤团聚体水稳性及其对前期含水率的响应

前期含水量是影响土壤团聚体稳定性的重要因素,而其对砖红壤结构稳定性的影响缺乏系统研究,本文以海南地区3种典型利用方式(林地、荒地、耕地)下玄武岩发育砖红壤团聚体为研究对象,测定其理化性质,干、湿筛团聚体组成及不同前期含水率(3%、5%、10%、15%、20%)条件下3~5 mm粒径团聚体破碎后粒径分布状况,采用冗余分析探究了土壤性质及前期含水率对不同土地利用方式砖红壤团聚体水稳性的影响。结果表明:(1)不同土地利用方式下,土壤部分性质存在显著差异,如土壤pH、有机碳、阳离子交换量及部分交换性盐基离子等,其余性质差异较小。(2)土壤水稳性团聚体组成总体呈现“单峰”或“双峰”分布,峰值主要出现在2~1 mm和0.5~0.25 mm处,对于表层土壤而言,林地土壤团聚体稳定性最高,而耕地土壤团聚体稳定性较弱,表下层土壤稳定性显著(P<0.05)低于表层土壤。(3)在风干条件下,表层土壤团聚体水稳性普遍较高(WSA>90%,MWD>1.5,GMD>1.2),随着前期含水率的增加,团聚体破碎后大团聚体(>2 mm)含量有不同程度的变化,整体呈现水稳性大团聚体含量随前期含水率增加而增加。(4)土壤有机碳是影响砖红壤团聚体水稳性的最主要因素,其对团聚体水稳性差异的解释率达80.6%。

前期土壤含水量对坡面产流产沙特性影响的模拟试验

为了研究黄土区降雨前期土壤含水量对不同土壤坡面降雨入渗、产流和产沙特性的影响,采用室内降雨模拟试验方法,探讨了前期土壤含水量从风干土状态至近饱和条件下塿土和砂黄土坡面降雨入渗、产流产沙的特征。研究结果表明:在雨强(80 mm/h)和坡度(10°)较大情况下,前期土壤含水量对塿土坡面产流时刻、入渗和产流过程影响不明显;砂黄土坡面产流时刻受前期土壤含水量影响显著,随着前期土壤含水量的增大先延长后缩短,其极差值达到28.91 min;前期土壤含水量在风干土～10%和15%～25%两段范围内,砂黄土坡面入渗产流规律差异十分显著。基于土壤水分累积入渗过程特征,塿土前期含水量可分成"三区",砂黄土则可分成"两区";利用前期土壤含水量与坡面土壤流失量的二次多项式关系,分别确定出塿土和砂黄土坡面土壤流失量最少的前期含水量值为11.25%和12.74%,为黄土区坡地水土管理提供理论依据。

泥石流预报中前期有效降水量的确定

前期有效降水量是泥石流预报的重要参数之一,对不同类型泥石流的形成有不同的影响形式,对土力类泥石流的形成主要是影响泥石流形成区土体的土壤含水量。在每次前期降水增加的土壤含水量和其有效降水量遵循相同衰减规律,以及每次前期降水的有效降水量和其增加的土壤含水量衰减过程都是相互独立的假设条件下,通过分析土壤含水量随时间的变化关系,可以得到前期有效降水量与前期降水量随时间的变化关系,从而可以确定前期有效降水量。通过对云南蒋家沟降水和土壤含水量的实际观测,对这个关系进行了分析研究,并利用最小二乘法得出了前期有效降水量的计算公式。

秸秆覆盖对干湿态红壤坡面流水力学参数的影响

秸秆覆盖对地表径流的水力学参数有重要影响。在江西省余江县中国科学院红壤生态实验站附近的坡耕地,利用人工模拟降雨研究秸秆覆盖对坡耕地干湿态红壤地表径流水力学参数的影响。结果表明,有无秸秆覆盖对土壤地表径流速度和曼宁系数影响明显：1）0~30%覆盖度之间,流速随着覆盖度的增大迅速降低,而曼宁系数随着覆盖度的增大迅速增大;30%~90%覆盖度之间,流速随着覆盖度的增大降低缓慢,但曼宁系数随覆盖度增大而在高位小幅振荡。2）在同一覆盖度下,湿态土壤流速比干态土壤流速大,在0、15%和30%覆盖度时,这种现象较为明显,当覆盖度大于30%时,这种现象不明显;在0~30%覆盖度范围内,干态土壤曼宁系数比湿态土壤大;在30%~90%覆盖度范围内,干态土壤曼宁系数比湿态土壤小。3）30%覆盖度秸秆覆盖可以有效降低地表径流流速,增大地表糙率。从经济实用和水土保持效果来看,30%的秸秆覆盖是该区农地水土保持的最佳选择。

秸秆覆盖对干态和湿态土壤产流过程的影响

秸秆覆盖是影响地表产流的重要因子,又是防治水土流失最有效的措施之一。利用人工模拟降雨研究秸秆覆盖对坡耕地干湿态土壤产流过程的影响。试验地位于江西省余江县中国科学院红壤生态实验站,土壤类型为红砂岩发育的红壤,试验小区长12 m、宽3 m,坡度为9%;人工模拟降雨历时1 h,降雨强度为60 mm/h;试验设置5个秸秆覆盖度（0%,15%,30%,60%和90%）和2种土壤前期含水量（干态和湿态）。结果表明,覆盖度为0%时,干态土壤径流系数在降雨30 min后达到稳定,覆盖度为15%,30%,60%和90%时,径流系数随着降雨时间推移都呈现逐步增加的趋势,1 h模拟降雨时段内没有达到稳定,其中,后30 min径流系数是前30 min径流系数的3.3倍。湿态土壤径流系数在模拟降雨开始后10~15 min内达到稳定,1 h模拟降雨时段内后30 min径流系数比前30 min径流系数增加不明显。5种秸秆覆盖度湿态土壤平均径流系数为0.76,干态土壤平均径流系数为0.26,湿态土壤平均径流系数是干态土壤的2.9倍。干态土壤径流系数对秸秆覆盖度敏感,湿态土壤对秸秆覆盖度不敏感。从经济实用和保水效果来看,15%~30%的秸秆覆盖是该区水土保持最佳的选择。

前期含水量对机械压实后黑土团聚体特征的影响

以东北典型黑土区耕地土壤为研究对象,通过对不同前期含水量下机械碾压处理后土壤干筛团聚体和水稳性团聚体粒级分布、破坏率(PAD0.25)、分形维数(D)、平均重量直径(MWD)、平均重量比表面积(MWSSA)等特征指标的测定和分析,对比研究了干湿处理条件下模拟机械作业过程中土壤团聚体特征的变化。结果表明:黑土耕作区0～30 cm范围内团聚体组成上干筛团聚体以>2 mm粒级的团聚体比例最高,而水稳性团聚体则随着粒级的减小,比例逐渐增加。不同前期土壤含水量能够对机械压实黑土的团聚体组成分布、分形等特征产生影响,低含水量时,机械碾压在一定程度上能够促进土壤团聚体的团聚,但同等负荷下多次积累压实会削弱土壤的水稳定性和机械稳定性;而在高含水量时,机械碾压相对更易对黑土团聚体产生负效应,加剧破坏、抑制团聚,降低其水稳定性和机械稳定性。同时发现,MWSSA与其他常用团聚体特征值PA0.25、MWD、D、PAD0.25的线性关系达到了极显著水平,说明MWSSA同样可以作为分析和研究土壤团聚体特征的有效指标。研究结果可为科学指导大机械作业提供理论依据。

土壤前期含水量对弃渣坡面侵蚀特性影响的模拟试验

利用室内人工模拟降雨试验,研究弃渣前期含水量在不同降雨强度条件下对土壤坡面入渗、产流和产沙特性的影响。结果表明:弃渣坡面入渗率随时间呈幂函数变化。在雨强较小(0.64mm/min)的情况下,含沙率在产流初期会出现峰值,之后随时间递减,前期含水量越高,峰值出现的越早,土壤前期含水量对土壤侵蚀量的影响符合幂函数变化规律。在1.05mm/min降雨强度条件下,含沙率变化呈波动性增长趋势,无明显峰值。土壤前期含水量对土壤侵蚀量影响呈二次多项式关系,计算得出土壤流失量最少的最优前期含水量为9.65%。

不同坡度和前期土壤含水率条件下裸地降雨产流试验研究

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为研究华北半干旱地区的降雨产流机制,采用人工模拟降雨的方法,进行了不同坡度(5°、10°和15°)和前期土壤含水率(0.20、0.25和0.30)条件下的降雨产流试验。结果表明:在整个降雨产流过程中,地表径流量随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,累积径流量与产流历时呈线性函数关系;土壤入渗率和产流滞时均随前期土壤含水率和坡度的增加而减小,且前期土壤含水率对土壤入渗率和产流滞时的影响较坡度更加明显;Horton模型对降雨入渗关系的拟合结果优于Kostiakov和Philip模型。

前期含水量对机械压实土壤结构特征的影响

使用美国MT865履带式拖拉机对东北典型黑土区耕地土壤进行1,3,8,13次的积累压实试验,通过对土壤硬度、广义土壤结构指数的测定及计算,并结合土壤三相的二维三系图对比分析了不同前期含水量条件下土壤机械压实特征。结果表明：由于表层0-10 cm含水量的不同,相对高含水量的土壤剖面受机械压实的影响范围较低含水量时深10 cm,且各个层次的土壤硬度增量的变化趋势也相对低含水量时滞后10 cm,从初次碾压开始就体现了积累压实作用,在其压实影响范围内硬度与对照相比提高了22.58%-753.85%;而低含水量的土壤则具有相对较强的抗机械压实的能力。同时发现,在土壤承受能力范围内,适当的压实可以有效调节土壤三相,改善土壤结构;秸秆还田不仅具有传统的蓄水保墒、培肥改土的效用,还可以缓解作业机械对土壤的压实。

暴雨山洪设计临界雨量不确定性研究——以湖南省涔水南支流域为例

介绍了山洪预警临界雨量计算的基本思路与分析方法,基于《湖南省暴雨洪水查算手册》等资料,以湖南省涔水南支流域为例,充分考虑流域土壤含水量和暴雨雨型因素,运用水文模拟方法,对该流域3个预警地点暴雨引发山洪的设计临界雨量进行了分析计算,探讨设计了临界雨量与流域土壤含水量和暴雨雨型之间的响应关系。研究表明,流域土壤含水量和暴雨雨型对山洪设计临界雨量估算影响巨大,不同设计状态导致临界雨量阈值变化范围很大,不确定性非常明显,增大了山洪识别及预警发布决策的难度。获取流域适时降雨信息,滚动计算临界雨量,尽量避免和减少因流域土壤含水量和暴雨雨型导致的不确定性,是增强山洪预警可操作性、提高山洪预警准确性的重要方向。

南方典型多雨山区山洪灾害预警指标分析

为研究山洪灾害对山区居民的影响情况,利用水位流量反推法,并考虑前期降雨及土壤含水情况,分别计算较干、一般和较湿3种工况下的临界雨量指标,综合分析得出山洪灾害影响区域的立即转移指标,同时结合涨洪历时,确定合适的提前时间,反推出相应的准备转移指标。以华南山区某典型小流域研究对象,计算分析了典型受山洪影响的沿河村落,确定出不同时段的预警指标,计算结果与山洪灾害现场调查情况较符,为制定防灾减灾对策和措施提供依据。

干湿交替作用对西南地区黄壤团聚体稳定性的影响

为了探究我国西南地区干湿交替作用对土壤团聚体稳定性的影响,选取重庆缙云山典型黄壤为研究对象,在4个前期含水率(风干,10%,15%,20%)水平下,对4组不同粒级团聚体(1~2,2~3,3~5,5~7mm)分别进行7个不同干湿交替过程(1,2,3,5,7,10,15次)模拟。采用Le Bissonnais法,对干湿交替作用后的团聚体在不同破碎机制下的稳定性特征进行了探讨。结果表明:(1)快速湿润(FW)对团聚体稳定性的破坏程度最大,且与机械扰动(ST)和慢速湿润(SW)存在显著差异;(2)小粒径团聚体相较于大粒径团聚体稳定性更高;(3)干湿交替过程对团聚体存在明显的破坏作用,且在不同含水率变化范围下其破坏程度不同;(4)干湿交替作用主要通过影响团聚体破碎后>2mm团聚体的百分比含量来影响团聚体的稳定性。该结果对于研究西南地区土壤侵蚀的发生机理具有一定的参考价值。

不同土壤前期含水率和坡度下黄壤分离临界水动力特性

土壤分离临界水动力学参数是侵蚀预报研究的基础内容,但关于不同近地表土壤水分条件下坡面侵蚀发生临界起动关键影响因子及其内在机制尚不清楚。本研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,试验设计5个土壤前期含水率(5%~23%)和5个坡度(1.0°~10.0°),利用冲刷槽实测土壤分离临界水动力学参数,探讨土壤分离临界水动力学参数对不同土壤前期含水率和坡度耦合作用的响应。结果表明:土壤分离临界流速、临界水深和流态均与坡度和土壤前期含水率呈幂函数减小关系;在坡度小于5.0°时,土壤分离临界水动力参数受坡度和土壤前期含水率耦合作用的影响;而在坡度大于5.0°时则主要受坡度的影响。因此,当坡度大于5.0°时,可直接采用简化幂函数方程对土壤分离临界水动力参数进行估算。在本研究试验条件下,坡面土壤分离临界水流流态基本属于层流、缓流,发生紊流、急流的概率很小。坡度和土壤前期含水率对坡面流阻力有重要的影响,阻力系数随临界单宽流量和雷诺数的增加呈幂函数下降趋势。

不同土壤前期含水量对土壤分离临界水动力学特性及其抗剪强度的影响

通过实测不同土壤前期含水量(5%~23%)和坡度(1°~10°)条件下黄壤坡面土壤分离临界水动力参数,并结合不同土壤含水量(3%~23%)对土壤抗剪强度的影响,综合分析及探讨不同土壤前期含水量、坡度和土壤抗剪强度与临界水动力特性的关系。结果表明:临界流量与不同土壤前期含水量和坡度呈幂函数减小关系,并提出一种能够体现土壤前期含水量和坡度共同作用对临界水动力参数影响的预测方程。在坡度小于5°时,土壤前期含水量对临界水动力学参数影响较小,可直接采用简化的幂函数关系进行计算。土壤黏聚力随土壤含水量的增加先出现峰值后逐渐减小至稳定;与土壤黏聚力的变化趋势不同,土壤分离临界水动力参数则逐渐减小。

Uncertainty on Design Critical Rainfall for Flash Flood Early Warning:A Case Study of South Branch Watershed of Censhui

Critical rainfall estimation for early warning of rainstorm-induced flash flood is an inverse rainstorm-runoff process based on warning discharge threshold for a warning station of interest in a watershed; the key aspects of critical rainfall include rainfall amount and rainfall duration. Antecedent moisture content and storm pattern affects highly the estimation of critical rainfall. Using hydrological modeling technique with detailed subbasin delineation and manual for design rainstorm-runoff computation,this study first introduced basic concept and analysis methods on critical rainfall for flash flood early warning,and then investigated the responses of flash flood warning critical rainfall to antecedent moisture content and storm pattern. Taking South Branch Watershed of Censhui in Hunan Province as an example,critical rainfall in scenarios of typical antecedent moisture content and storm patterns was estimated at 3 warning stations of interest in this watershed. This research illustrates that both antecedent and storm pattern play important role in the estimation of critical rainfall and enough attention should also be paid to these factors when a decision to be made on whether a warning to be issued or not.