全风化花岗岩路堑边坡降雨侵蚀时空分布特征测试与评估

为了测试及评估全风化花岗岩路堑边坡降雨侵蚀时空分布特征,选取在建云南墨临高速公路某全风化花岗岩路堑边坡某段开展现场测试。首先结合三维激光扫描测试及电测量技术,获取边坡坡面形态特征参数及边坡电阻率剖面;然后引入高斯分布模型及分位数图示法实现边坡材料属性定义,通过电阻率差异映射边坡侵蚀状态。结果表明:边坡底部及坡中部(y=0~40 m)区域呈现大面积侵蚀特征,在各级边坡平台处则呈现多点集中高侵蚀特征,侵蚀影响深度达5 m左右;随着植被防护等措施的施加,大面积侵蚀特征变为多点集中侵蚀特征,评估结果与坡面形态信息具有较好的一致性。该研究成果对于该边坡降雨侵蚀灾害防治具有重要的实际意义,并对同类研究具有借鉴作用。

三峡库区坡地林草植被阻止降雨径流侵蚀

为了研究林草调控措施对坡面降雨径流侵蚀的影响及其对坡面侵蚀动力的调控效果,该文在重庆开县选择栾树+黄花槐、传统农作、植物篱、封山育林、自然恢复、经济林以及裸地对照7种林草治理措施并修建标准径流小区,通过观测产流产沙状况,分析比较其水土流失特征。结果表明:林草调控措施深刻影响降雨侵蚀动力,并对坡耕地径流侵蚀量产生较大的影响。林草调控措施中,均以裸地对照样地产流、产沙量最大,而以栾树+黄花槐和植物篱措施的产流、产沙最小,水土保持效果最为明显。以洪峰流量模数和径流深表示的坡面径流侵蚀功率与侵蚀产沙量呈正相关关系,说明径流侵蚀功率能够较好的模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示不同林草调控措施对侵蚀结果的影响,可以成为评价植被侵蚀动力调控效应的指标。在未来三峡库区植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种林草调控措施的逐步实施,重视和发展植被的恢复与重建,对于当地生态环境的改善和水土流失的治理具有重要的意义。

赣北红壤坡地土壤流失方程关键因子的确定

土壤流失方程是开展水土流失监测,指导水土流失防治的重要技术工具。针对红壤坡地土壤流失方程因子算法和取值研究薄弱的问题,基于野外径流小区观测资料,采用80%经验频率法确定了赣北红壤区侵蚀性降雨标准为降雨量10.0 mm、平均雨强1.3 mm/h、最大30 min雨强5.0 mm/h,区内次降雨侵蚀力采用总动能和最大30 min雨强乘积计算最佳。通过建立基于年降雨量的逐年侵蚀力简易算式,测算土壤可蚀性因子以及6种生物措施因子、5种工程措施因子取值,选定适宜的地形因子算式,构建了赣北红壤坡地土壤流失方程体系。经检验,模型能良好预报赣北红壤坡地多年平均土壤侵蚀强度;年际尺度预报的精度整体较高,但对于降雨较多年平均水平浮动较大或地表出现沟蚀等侵蚀类型时,预报精度将有所降低。有关因子的确定可为土壤流失方程在南方红壤坡地水土流失监测和水土保持规划中的应用提供技术支撑。

降雨条件下地表糙度对片蚀的影响及其变化

为了进一步明确地表糙度在片蚀过程中的效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就场降雨和连续降雨条件下,地表糙度对片蚀的影响及其变化进行了研究。结果表明,场降雨条件下,实施人为管理措施坡面的径流与产沙量均低于对照坡面;在雨强0.67mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与侵蚀量呈先减小、后趋于稳定的变化趋势;而在雨强1.63mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与产沙量却呈一直减小的变化趋势。在雨强0.67mm/min条件下,耙耱地、人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度均呈减小的变化趋势,而人工锄耕坡面的地表糙度呈增加的变化趋势;在雨强1.63mm/min条件下,人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度呈减小的变化趋势,人工锄耕、耙耱地坡面的地表糙度却呈增加的变化趋势;对照坡面地表糙度的变化,与耙耱地相反。连续降雨条件下,在前二次降雨作用下,坡面的径流量与产沙量随地表糙度的增加而逐渐减小,且均低于对照坡面;在第三次降雨条件下,径流与侵蚀产沙量变化较为复杂,且实施人为管理措施坡面均高于对照坡面。不同降雨条件下,实施人为管理措施坡面地表糙度对片蚀具有一定的抑制效应,且坡面片蚀的发展与地表糙度间的变化表现出相应的互动作用。该文研究结果为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也为黄土高原坡耕地的水土流失治理奠定理论基础。

TRMM数据在中国降雨侵蚀力计算中的应用

长时间序列降雨过程资料的获取一直是降雨侵蚀力计算中的一个难题。尝试利用地面实测站点数据分别对TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）卫星的3B43和3B42数据进行回归建模和订正,并采用订正后的3 h平均降雨强度代替30 min最大降雨强度,同时基于TRMM数据的EI180的降雨侵蚀力算法,计算出了全国南北纬50°范围（TRMM覆盖区）内2013年月、季和年降雨侵蚀力;最后分别计算了省域和区域尺度下的降雨侵蚀力对全国尺度下的结果进行对比验证。结果表明：（1）TRMM降水数据比地面站点观测的降水量略大,但与实测站点数据具有很好的线性回归关系,其季尺度决定系数R2均较高,由此也说明了TRMM数据可以很好地反映全国范围内降雨的季节性变化。（2）利用订正后的TRMM3B42数据计算出研究区内的年均降雨侵蚀力为536.02 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1,其降雨侵蚀主要集中在5-8月份。（3）2013年全国降雨侵蚀变化趋势由东南向西北方向逐渐降低,且沿海省份较内陆省份降雨侵蚀较高。（4）通过对年降雨侵蚀力结果与实测站点降雨量以及订正的TRMM降水数据分析表明,降雨侵蚀力与降水之间存在着紧密的二次非线性关系。（5）通过尺度验证,其中省域尺度验证误差为8.34%,区域尺度误差仅为0.24%,由此说明了TRMM数据在不同尺度下均具有良好的适应性,同时也验证了方法在不同尺度下的有效性。该方法为有效解决土壤侵蚀中降雨强度计算资料缺乏的瓶颈,同时也为降雨侵蚀力的计算提供了一条有效的途径。

不同耕作措施对黑土坡耕地土壤侵蚀的影响

针对黑龙江省西部半干旱区土壤流失情况,在坡耕地径流小区通过野外人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度、不同耕作措施下降雨产沙产流特征和过程。试验结果表明:降雨强度越大,对地表径流量和侵蚀量的影响越大,即雨强与径流量和泥沙量呈正相关,各种耕作措施的土壤流失顺序是顺坡垄裸地>横坡垄裸地>等高种植地>深松地>秸杆覆盖地>垄向区田地,植被覆盖地能有效控制水土流失,垄向区田地是这几种耕作措施中减少坡耕地水土流失的有效措施。

典型草原煤矿排土场边坡不同治理措施次降雨水蚀过程分析

以典型草原露天煤矿的排土场边坡为研究对象,利用野外原位径流小区观测设施研究了不同治理措施条件下排土场边坡次降雨的产流、产沙规律。结果表明:在边坡治理初期,首次降雨的土壤侵蚀产沙量均较大,达到中度以上的侵蚀强度,其中铺设植生带措施次降雨产沙量最大,为6 469t/km^2,生态袋一字型布设措施产沙量最小,为2 543t/km^2,分别是裸地产沙量5 640t/km^2的1.15倍和0.45倍;随治理恢复年限的增加,恢复第3年时,生态袋一字型治理措施(生物+工程措施)的年径流量比沙地柏+绣线菊灌丛恢复7a(纯生物措施)的年径流量小;当边坡治理措施的植被盖度>35%时,各治理措施的产沙量均小于未治理裸地的产沙量,且雨强越大,生物+工程治理措施的阻沙能力越明显;生态袋一字型布设措施年土壤侵蚀量由治理当年的5 179t/(km^2·a)下降到治理第3年的1 260.35t/(km^2·a),减少75.7%。因此,在草原矿区的排土场边坡采取生物与工程相结合的治理措施明显优于单纯的生物治理措施,可有效控制排土场边坡的水土流失。

燕山土石山区降雨和下垫面条件对坡面侵蚀产沙的影响

为了揭示燕山土石山区水土流失规律,基于坡面径流小区定位观测资料,对坡面尺度一定降雨和下垫面条件下土壤侵蚀产沙状况进行了分析,拟为区域水土流失防治提供参考。研究结果表明:平均降雨强度和产流降雨量是引起坡面土壤侵蚀的主要因素,降雨历时和坡面土壤侵蚀产沙量之间的相关性不明显;坡面径流小区的土壤侵蚀模数随着坡度的增加呈指数增大趋势,当坡度超过20.42°后坡面土壤侵蚀模数呈快速增加趋势;坡面径流小区的侵蚀模数随着坡长的增加呈先增大后减小的趋势,在坡长为22.26 m处达到最大值,说明该区域坡面侵蚀可能存在临界坡长,在22 m左右;坡面土壤侵蚀模数随着植被覆盖度的增加呈减小趋势,但是覆盖度为60%的草地和覆盖度为90%的草地的侵蚀模数差别不大,说明水土流失治理中存在着临界植被覆盖度;梯田、鱼鳞坑、水平阶等整地工程由于改变了下垫面条件,能够有效蓄水拦沙,减弱坡面土壤侵蚀。

^7Be示踪法估算土壤侵蚀速率模型计算结果比较

在总结现有7Be示踪法估算土壤侵蚀速率模型的基础上,通过坡耕地径流小区野外模拟降雨实测侵蚀资料,比较了Walling、杨明义和Wilson等所建的利用7Be示踪法估算土壤侵蚀速率模型的计算结果,并验证各模型的准确度。结果表明,对于不发生细沟侵蚀的小区,3个模型的计算值都有较高的准确度,但Wilson模型相对其它两个模型计算结果误差较大;对于发生细沟侵蚀的小区,Walling模型和杨明义模型估算坡面细沟间侵蚀量的绝对差值较小,但大于不发生细沟侵蚀小区的绝对差值;Wilson模型能够比较准确计算坡面的总侵蚀量,与实测值相比较,相对误差为3.59%～14.47%,不发生细沟侵蚀的小区相对误差大于发生细沟侵蚀的小区。随着侵蚀强度的增大,3个模型计算结果的准确度呈降低趋势。

皇甫川特拉沟小流域近期泥沙减少成因分析

受降雨变化及人类活动等因素影响,近期皇甫川流域水沙发生显著变化。通过分析皇甫川典型小流域特拉沟2007—2016年水土流失原型动态监测资料,揭示了特拉沟小流域存在降雨强度显著减小、产水产沙年际变化大、沟道坝系工程及植被对泥沙减少作用显著等特征,建立了基于降雨侵蚀力和小流域产沙模数的二次曲线相关关系,其适用于分析比较不同降雨条件下特拉沟小流域产沙状况。研究结果表明,特拉沟小流域2007—2016年年均输沙量与1954—1999年均值相比减少167.7万t,其中:降雨强度减小、汛期降雨量减少引起的年均产沙减少量约为24.98万t,占总减少量的14.9%;淤地坝拦沙减蚀作用年均拦减泥沙约75.72万t,占总减少量的45.2%;坡面治理措施年均产沙减少量约67.0万t,占总减少量的39.9%。

江苏省黄河故道沙土区植被措施因子试验分析

植被是江苏省黄河故道沙土区主要的水土保持措施,为定量评价不同植被措施所发挥的作用,通过自然降雨径流小区产流产沙观测试验,利用国内水力侵蚀抽样调查中植被措施因子计算方法,对沙土区几种常见的植被措施因子的取值和影响因素进行了研究。结果表明:(1)试验小区的年产流产沙量表现为:裸地>撂荒地>林草地>灌草地>混种草地>人工草皮,植被对产沙的影响更大,纯草本措施更具直接拦沙作用;(2)降雨侵蚀力和地表覆盖程度是影响植被措施因子的主要因素,降雨侵蚀力集中的月份其植被措施因子值占到了年值的64.52%~70.83%,随植被覆盖增加,降雨的影响明显减弱,植被的保土作用逐渐增强;(3)撂荒地、混种草、人工草皮、林草地和灌草地的植被措施因子年值(B)为0.499,0.184,0.048,0.266,0.224,说明后4种植被措施拥有良好的土壤保护能力,其抑制土壤侵蚀的效益指标均在70%以上,其中人工草皮达90%以上。

栖龙湾土壤侵蚀影响因子分析

土壤侵蚀是导致生态环境恶化和土地生产力下降的主要原因,而坡度、降雨强度、降雨量和植物措施和工程措施是影响土壤侵蚀的重要因素。栖龙湾小流域以山地棕壤为主,以栖龙湾10个径流小区2008-2016年观测数据为基础,对土壤侵蚀因素和侵蚀量进行分析,得到了如下结论:①对于莱芜栖龙湾小流域,坡度对土壤侵蚀的影响并不明显。②在各个降雨量变化区间,土壤侵蚀量随坡度的增大增加,土壤侵蚀量并不是单一增长或减少的原因可能与溅蚀率有关。③3种类型径流小区土壤侵蚀量依次为:耕地小区>裸地小区>林地小区。④当降雨强度和降雨量较小时,无需大规模的采取水土流失防治措施;当降雨强度或降雨量较大时,板栗结合鱼鳞坑的水土保持措施效果更好。⑤植被覆盖度越高,土壤侵蚀量越小;植被覆盖度越低,土壤侵蚀量越大。

坡耕地治理措施及其组合对水土环境及养分流失的影响

针对松嫩平原漫岗黑土区坡耕地严重的水土流失问题,以深松、秸秆还田、垄向区田3项耕作技术和鼠道、暗管2种工程技术为核心,并将其有机组合形成了4个坡耕地治理技术集成模式,于2011-2012年,以黑龙江省农垦北安分局红星农场3°坡耕地为研究对象,对天然降雨条件下的降雨产流及产沙过程进行了试验研究,并分析了不同技术模式下玉米生育期内的土壤侵蚀与养分流失特征。结果表明,各单项措施及其组合对水土环境及养分流失均有不同程度的影响,其中"鼠洞+暗管+垄向区田"组合模式效果最好。与常规耕作相比,地表径流量、土壤侵蚀量分别减少了71.27mm和11.839t/(hm2·a),其有机质、碱解N、速效P、速效K流失量分别占常规耕作的0.16%、0.14%、0.04%、0.04%。

云南省金沙江流域土壤流失方程研究

云南金沙江流域是长江中上游水土流失最严重的区域。本项研究以“通用土壤流失方程”(USLE)为蓝本,运用小区实验等手段,综合分析了各个侵蚀因子,建立了云南金沙江流域土壤流失方程A=R·K·LS·c·P,并确定了方程中诸因子的求算方法和数值,以及该流域土壤允许流失量,为方程的应用提供了基本的技术数据。同时,还进行了方程的检验,方程计算值与小区实测值的相对误差在6.3％以下,表明该方程在实际应用中是可靠的。该方程的建立,可为云南金沙江流域预测预报土壤侵蚀,制定土地合理利用规划方案、水土保持措施和土地生态安全格局提供了一套可靠的科学方法和依据。

土楼夯土墙体在自然环境下的侵蚀实测

福建土楼作为世界文化遗产,它的保护受到了越来越多的重视。福建土楼主要分布在漳州市的南靖、平和、华安、漳浦以及龙岩市的永定、武平、上杭等地,处于温暖湿润的亚热带海洋性季风气候环境。这种建筑,最怕的就是受到雨水的侵蚀,因此通过对永定县部分土楼进行实测研究,选取不同情形的夯土墙,在当地的气象条件下,研究了风雨作用对夯土墙体的侵蚀作用,并推导了相应的降雨侵蚀模型。

不同耕作措施下金沙江下游紫色土区坡耕地产流产沙特征

金沙江下游紫色土区坡耕地水土流失严重,研究不同耕作措施对紫色土坡耕地土壤侵蚀的影响,对紫色土区水土流失防治具有重要意义。本研究以凉山州会东县紫色土区坡耕地为研究对象,采用野外径流小区法,基于21次自然降雨事件下的降雨和径流输沙数据,研究不同耕作措施对紫色土坡耕地产流产沙特征的影响。结果表明:(1)与顺坡垄作相比,平作、横坡垄作、顺坡垄作+秸秆和横坡垄作+秸秆的径流深分别减少12.24%、18.32%、36.42%和49.75%,土壤流失量分别减少57.34%、40.79%、69.89%和88.30%;(2)5种耕作措施下径流深和土壤流失量均随降雨等级增加呈增加趋势,顺坡垄作径流深为对应横坡垄作+秸秆小区的1.79~3.41倍,且倍数随降雨等级的增大而减小。横坡垄作土壤流失量在中雨和大雨条件下均显著低于顺坡垄作(P<0.05),而在暴雨条件下二者无显著差异;(3)5种耕作措施下的径流深和土壤流失量与降雨量(Pm)、最大30min雨强(I30)和降雨侵蚀力(EI30)均呈显著正相关,其中径流深与Pm相关系数最大,为0.89~0.93,土壤流失量与I30相关系数最大,为0.91~0.95;(4)5种耕作措施的径流深与土壤流失量之间均呈幂函数关系,决定系数均大于0.82。综上,横坡垄作结合秸秆覆盖能有效抑制水土流失,研究结果可为紫色土坡地水土流失防治及水土保持效益评价提供理论依据。

伊犁河谷次降雨特征对坡面产流产沙的影响

【目的】研究西北干旱区自然降雨与退化草地坡面产流产沙的关系,及坡面阻控措施对水沙变化的影响,为区域洪水防治和水土保持提供理论支持.【方法】基于2019年4~9月伊宁市北坡31场次降雨,分析降雨特征并制定侵蚀性降雨标准;在同一坡面设置枯草覆盖、水平沟、增渗孔以及对照等4种处理开展自然降雨径流监测实验,研究降雨特征与坡面产流产沙的关系,比较3种坡面阻控措施的效果.【结果】伊犁河谷次降雨最大30 min雨强远大于平均雨强,具有明显的短时强降雨特征;当次降雨量超过4.0 mm且最大30 min雨强超过3.6 mm/h时,可引发降雨侵蚀;坡面产流量与降雨量及前3 d降雨量呈显著正相关,产沙量与降雨侵蚀力呈显著正相关;坡面处理措施对径流和泥沙削减效果均为:枯草覆盖>水平沟>增渗孔.【结论】伊犁河谷夏季短时强降雨是引发水土流失的重要条件,通过设置坡面阻控措施可降低短时强降雨对土壤的侵蚀,枯草覆盖和水平沟均能减少70%以上的产流产沙,有效减轻了坡面水土流失.

南京市丘陵区不同农耕措施水土保持效益

利用南京市桥头小流域2015—2017年日降雨量、最大30 min降雨强度I 30数据和4种植被措施下径流小区的产沙量、产流量等监测数据,分析不同植被措施在64场不同类型侵蚀性降雨条件下的水土保持效益。结果表明:(1)侵蚀性降雨主要集中在4—10月份,7月份发生频率和降雨总量都最高。(2)研究区侵蚀性降雨可分为5类,发生频率由高到低依次为:Ⅲ型(小雨量、小雨强)、Ⅴ型(中雨量、小雨强)、Ⅱ型(小雨量、大雨强)、Ⅳ型(中雨量、中雨强)、Ⅰ型(大雨量、中雨强)。(3)Ⅰ型降雨侵蚀力最大,Ⅲ型降雨侵蚀力最小,就减沙率而言,玉米地在Ⅰ型降雨条件下减沙率最好,其他类型下林地措施减沙率最好;对于减流率,花生地在Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅴ型3种类型的降雨条件下减流率最高,油菜地适合Ⅰ型,玉米地适合Ⅳ型。

A new procedure to estimate the rainfall erosivity factor based on Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) data

Soil erosion by water is the most important land degradation problem worldwide. In this paper a new procedure was developed to estimate the rainfall-runoff erosivity factor （R） based on Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM） satellite-estimated precipitation data, which consists of 3-h rainfall intensity data. In this method, R was calculated as the product of the maximum 180-min rainfall intensity and the rainfall energy. This procedure was applied to the Daling River basin in Liaoning Province, China, R in terms of yearly, monthly and event-based rainfall in 2005 was computed separately using TRMM 3B42 data. The TRMM data showed a significant correlation with the interpolated rain-gauge data. Furthermore, because the TRMM data are based on rainfall intensity, they can represent the impact on erosion more accurately. It reflects both the spatial distribution and the intensity of rainfall. The procedure is a new approach to estimate the rainfall erosivity for soil water erosion modeling, especially in areas lacking rain-gange stations.

典型喀斯特区侵蚀性降雨特征及坡面生物措施水土流失防控效应

降雨类型和生物措施是坡面水土流失的重要影响因素。为研究喀斯特区降雨类型和不同坡面生物措施共同作用下的水土保持效益,以贵州蚂蟥田小流域水土保持监测站2014—2018年5年的径流小区实测数据为基础,分析了112场次的侵蚀性降雨特征,并以降雨量、降雨历时、平均降雨强度为指标对其进行分类。同时,分析了不同侵蚀性降雨类型下6个生物措施径流小区的产流产沙量,生物措施包括自然恢复草地、水土保持林(水保林)和经济果木林(经果林)。结果表明,侵蚀性降雨可以分为3类,通过分析降雨侵蚀力和各生物措施坡面的产流产沙能力,得出降雨的侵蚀能力表现为B雨型(中历时、大雨量、中雨强)>C雨型(短历时、小雨量、大雨强)>A雨型(长历时、中雨量、小雨强),B和C雨型的产沙量占全年总产沙量的85%以上。侵蚀性降雨集中发生在5—10月,占全年总产沙量的92.6%和总产流量的93.2%;3种生物措施的产流产沙量大小为:自然恢复草地>水保林>经果林,水保林和经果林的侵蚀产流量差异不显著(P<0.05)。对比自然恢复草地,水保林和经果林均能够减少侵蚀达50%以上。此外,其削减能力与降雨类型有关,在不同雨型下两种林地的减沙能力为:A雨型>C雨型>B雨型。研究结果可为喀斯特地区以生物措施治理坡面水土流失提供参考。