北方土石山区坡面水土流失特征研究

[目的]揭示北方土石山区坡面水土流失规律,为山区土壤侵蚀防治和生态建设提供科学依据。[方法]利用1988—1991年坡面径流小区观测数据,运用统计和相关分析等方法,对不同下垫面条件下坡面水土流失特征进行了分析,并探讨了坡面径流深度、土壤侵蚀模数、土壤入渗率与有效降雨量、平均降雨强度、降雨历时、降雨等级的关系。[结果](1)在5°08′~24°08′坡度范围内,坡面径流深度随坡度增加逐渐减小,土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡度增加逐渐增大;(2)在2.18~33.19 m坡长范围内,坡面径流深度随坡长增加逐渐减小,土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡长增加呈现先增后减的变化趋势,存在临界坡长;(3)随着植被覆盖度增加,坡面径流深度、土壤侵蚀模数迅速减小,土壤入渗率逐渐增加;裸地的坡面径流深度和土壤侵蚀模数显著高于30%植被覆盖度坡面,但植被覆盖度由30%增加到60%,90%时,坡面水土流失过程的影响差异并不明显,说明在水土流失治理中存在临界植被覆盖度;(4)坡面径流深度、土壤侵蚀模数主要受到有效降雨量和平均降雨强度影响,且均呈显著正相关;而土壤入渗率主要受到平均降雨强度和降雨历时影响,与平均降雨强度呈显著正相关,与降雨历时呈显著负相关;随降雨等级的增加,坡面径流深度和土壤侵蚀模数呈增加趋势而土壤入渗率呈先增加后减少的趋势。[结论]下垫面条件和降雨因素对北方土石山区坡面水土流失过程产生了重要影响。未来应结合室内试验和模型模拟,进一步加强该区域不同自然因素和人类活动对坡面水土流失过程和影响机制的研究。

降雨入渗-地表径流下延安卸荷黄土边坡侵蚀演化特征

明确卸荷黄土边坡降雨侵蚀规律对地质灾害防治和流域生态治理具有重要意义。以延安卸荷黄土边坡降雨侵蚀灾害为研究背景,利用自行开发的降雨入渗-地表径流黄土边坡试验平台,研究降雨强度、降雨历时对卸荷黄土边坡入渗量、径流量、土壤流失量以及坡体含水率的影响,揭示降雨作用下卸荷黄土边坡侵蚀演化规律。研究结果表明:1)降雨初期坡面雨水以入渗为主,入渗量约为地表径流量的2~8倍;随着降雨历时增加,地表径流量呈增加趋势,雨水入渗量呈减少趋势;短历时强降雨条件下地表径流量小于入渗量,而持续强降雨条件下地表径流量大于入渗量。2)坡面侵蚀产沙量与降雨强度呈正相关关系,持续强降雨条件下的土壤流失量约为短历时强降雨的10.81倍。3)地表土体含水率随降雨次数增加呈现快速增长到缓慢增长再到平稳状态的发展过程,随降雨强度降低呈减小趋势;相同雨强下,持续强降雨下的地表土体含水率较短历时强降雨增长了9.62%;坡面中、底部浅层土体含水率增长速率高于坡面顶部。4)持续强降雨下边坡侵蚀灾变演化过程为雨水入渗→浅表层土体增湿→坡面密集溅蚀坑→地表径流→浅、细、短的侵蚀沟槽→深、宽、长的侵蚀沟槽→坡体浅层滑塌,坡面侵蚀破坏范围表现为由坡脚向坡顶逐渐后退。

不同坡度植被边坡降雨入渗和径流侵蚀规律的试验研究

为研究不同坡度植被边坡降雨入渗和径流侵蚀的规律,开展大型边坡模型降雨试验,对边坡含水率、水土流失等参数进行实时监测,量化分析坡度对边坡雨水入渗、坡面径流和土壤侵蚀的影响。结果表明:在持时为4 h、降雨强度为60 mm/h持续降雨条件下,1:2、1:1.75、1:1.5裸土边坡累计雨水入渗量分别为同坡度植被边坡的70.6%、80.4%、92.3%,植被覆盖会加快雨水入渗速率,增大边坡累计雨水入渗量。植被边坡坡度越小,雨水入渗速率越快,累计雨水入渗量越大,而裸土边坡则相反。植被覆盖可有效降低坡面径流速率、减少累积径流量,边坡坡度越小,减流效果越显著,1:2、1:1.75、1:1.5植被边坡对比同坡度裸土边坡分别减少径流量53.11%、32.56%、17.73%。植被边坡水土流失含泥沙量均不足0.1%,植被可有效抑制坡面土壤侵蚀,而裸土边坡坡度越大坡面土壤侵蚀越严重,1:2、1:1.75、1:1.5裸土边坡单位面积侵蚀土壤质量分别为3.623、5.710、11.295 kg/m^(2),水土流失含泥沙量分别为3.06%、4.29%、7.34%。根据试验结果拟合得到裸土边坡产泥产沙总量y与坡度x、降雨时长t关系式:y=0.0028t^(-0.67)x^(4.11t0.0647)。

产流积水法测量降雨侵蚀影响下坡地土壤入渗性能

坡地土壤降雨入渗性能与下垫面对降雨的再分配过程密切相关。该文提出了测量坡地降雨条件下土壤入渗能力的产流积水法。由水量平衡原理,根据径流在坡面上推进的过程和积水情况下积水深度随时间变化的过程,推导得到了计算土壤入渗性能的数学模型。采用两种工况:1)雨强为60 mm/h、坡度5°、径流面与入渗面长度比为1∶2;2)雨强30 mm/h、坡度20°、径流面与入渗面长度比为1∶1。进行室内试验,计算得到了两种工况的入渗性能曲线。分析了这种新型测量方法和计算模型的合理性。将时段降雨量和累计入渗量进行对比,估计了两种工况的测量误差。该方法可以克服传统的降雨器和双环入渗仪方法的不足,用于测量坡地降雨、径流、土壤侵蚀等因素影响下的整个降雨入渗性能过程曲线。为相关研究提供有力的工具。

黄土区野外模拟降雨条件下坡面径流—产沙试验研究

降雨及径流所引起的水力侵蚀产沙问题,是当今世界上最大的环境问题之一。通过野外模拟降雨试验,研究不同雨强下不同下垫面降雨侵蚀产流、产沙、入渗等的相关规律。研究结果表明:雨强90mm/h时,原生地径流量最大,达到28.4L/min,林草地径流量最小,在4.1～7.6L/min之间波动,雨强120mm/h时规律保持一致,原生地达到36.05L/min,林草地为6.85～10.88L/min;产沙量规律为荒地最大,林草地最小,荒地在两种雨强下产沙量分别为45.77～252.94g和52.76～162.48g,林草地分别为2.82～6.99g和7.33～40.24g;入渗规律为林草地最大,原生地最小,其中小雨强时林草地入渗率为1.18mm/min左右,原生地为0.09mm/min左右,大雨强时林草地为1.42mm/min左右,原生地为0.12mm/min左右。这些规律之间均有很好的相关性,产沙量与径流量大时其入渗率就小。说明地表有植被覆盖时可以增大入渗率,减小径流,产沙量。雨强不同时其规律保持一致。该研究对于深入理解流域产流产沙过程具有十分重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持,也可为今后水土保持与生态建设提供重要科学依据。

坡地雨水资源潜力分析及径流侵蚀的动态变化

通过人工模拟降雨,对宁南山区坡地改造后不同坡度的自然坡面进行试验研究。结果表明:相同降雨量下,降雨强度与土壤贮水量补充呈反比,入渗深度随坡度增大减小。比较人工降雨和双环法对稳渗速率的影响,人工降雨测定的土壤稳渗速率小于双环法测定的稳渗速率,双环法所测定的土壤稳渗速率与人工降雨法测定的土壤稳渗速率之间呈线性函数关系。对水平沟水分补充随坡度和雨强增大而增大,大雨对水平沟水分补充有重要意义。产沙动态分析,雨强较大时,随时间推移,单位体积泥沙含量递减,在较小雨强下,随时间推移,单位体积泥沙含量呈递增趋势。雨强和土壤侵蚀模数的关系符合幂函数方程:Q=0.017I2.

木质素类聚合物对土壤降水渗透性的影响研究

通过土壤渗透试验,研究了木质素类聚合物对土壤渗透性的影响。结果表明,木质素类聚合物对土壤降水渗透性具有明显的促进作用,渗透率较对照提高了50%。在1￣4kg·hm-2用量条件下,碱木质素聚合物的促渗效果与同一水平聚丙烯酰胺处理相当。利用木质素类聚合物提高土壤渗透性,对减少土壤侵蚀,减轻降雨地表径流危害,具有良好的资源环保和经济意义。

植被对含碎石土壤坡面降雨入渗和径流侵蚀的影响

[目的]研究植被对含碎石土壤坡面入渗和径流侵蚀的影响,为合理配置三峡地区含碎石土壤坡面植被提供科学依据。[方法]在建立的径流小区内铺设含碎石土壤,并配置不同种类、不同覆盖度的植被,进行人工降雨试验。[结果]各类小区径流量排序为:裸坡>灌木坡面>草本坡面>草灌混合坡面,入渗量与径流量排序相反,有植被覆盖坡面的壤中流大于裸坡;入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;草地对水沙的调控机制更多的是直接拦沙;累计径流量和累计侵蚀量的关系均满足幂函数形式。[结论]植被措施可有效地减少含碎石土壤坡面的水土流失,不同的植被措施减少的效益不同。

遂宁组母质侵蚀规律的初步研究

本文利用回归分析和通径分析等方法,研究了自然降雨条件下遂宁组母质侵蚀小区的径流量、入渗量、侵蚀量及其影响因子。结果表明:影响径流量的主要因子是降雨量;影响入渗量的主要因子是降雨历时;决定侵蚀量的主要因子是降雨能量。

干施PAM+石膏增加降雨入渗量、减少径流量与侵蚀量研究——降雨模拟试验

利用国外降雨模拟器,采用干施PAM的新方法,研究土壤结构调理剂PAM用于内蒙古黄土丘陵区增加降雨入渗量、减少径流量与侵蚀量的作用功效,为PAM技术田间试验与应用提供技术支撑。

A physically-based integrated numerical model for flow,upland erosion,and contaminant transport in surface-subsurface systems

This paper presents a physically-based integrated hydrologic model that can simulate the rain-fall-induced 2D surface water flow, 3D variably saturated subsurface flow, upland soil erosion and transport, and contaminant transport in the surface-subsurface system of a watershed. The model couples surface and subsurface flows based on the assumption of continuity conditions of pressure head and exchange flux at the ground, considering infiltration and evapotranspiration. The upland rill/interrill soil erosion and transport are simulated using a non-equilibrium transport model. Contaminant transport in the integrated surface and subsurface domains is simulated using advection-diffusion equations with mass changes due to sediment sorption and desorption and exchanges between two domains due to infiltration, diffusion, and bed change. The model requires no special treatments at the interface of upland areas and streams and is suitable for wetland areas and agricultural watersheds with shallow streams.