植物篱措施下工程堆积体坡面减流减沙效益研究

为探讨植物篱措施下工程堆积体坡面不同坡段的减流减沙效益,选取了35,45,55L/min放水流量,模拟0.3,0.4,0.5mm/min的雨强条件,对24°坡度的堆积体边坡进行模拟径流冲刷试验。结果表明:植物篱可以很好地阻延坡面径流,且产流时间随着放水流量的增加呈线性递减趋势;对照坡面的平均产流量沿着水流方向呈先增后减的趋势,而植物篱坡面呈相反趋势;根据产流产沙量在不同坡段上的对比情况可知,植物篱措施的合理配置应着重加强中间坡段的防治;55L/min流量下的累计减沙量显著大于另外两个流量的累计减沙量,累计减沙量与时间呈三次函数关系;时段产沙量随着时段产流量的增大而增大,二者呈幂函数关系;累计产沙量与累计径流量呈二次函数关系,累计产沙量存在最大值,且二者的函数关系存在定义域。该研究可为工程堆积体坡面防治措施的优化配置提供一定的理论支持。

干旱矿区排土场不同边坡生态修复模式下减流减沙效益

为探究不同生态修复模式对露天矿区排土场边坡产流产沙规律的影响,采用野外径流小区试验方法,对矿区排土场边坡不同生态修复模式的产流产沙进行了1个雨季的连续观测。结果表明:(1)研究区降雨年内分配不均,主要集中在汛期7—9月,该时期降雨量占到年均降雨量的77.03%,是年内径流泥沙损失最多的时期。(2)不同生态修复模式与对照(只撒播灌草种子)相比均具有减流减沙效果,但是不同生态修复模式的减流减沙效益有显著差异,减流效果从大到小依次为沙柳网格模式(64.35%)>生态棒模式(56.56%)>生态袋模式(52.74%)>铁丝石笼模式(48.70%)>植物篱模式(45.51%)>土壤改良模式(35.89%)>无纺布覆盖模式(33.97%)>砾石压盖模式(8.19%);减沙效果依次为沙柳网格模式(69.41%)>生态棒模式(61.28%)>生态袋模式(55.09%)>铁丝石笼模式(52.43%)>植物篱模式(48.72%)>土壤改良模式(42.09%)>无纺布覆盖模式(38.31%)>砾石压盖模式(19.34%)。(3)不同生态修复模式产沙量对产流量响应特征均呈极显著正相关(P<0.05,r>0),沙柳网格模式产沙量对产流量响应程度较小,生态棒模式次之,对照产沙量对产流量响应程度最大。

不同降水强度等级和坡度下水土保持措施减流减沙效益研究

基于宁夏海原县树台水土保持试验站的20个径流小区2014—2019年连续6年的观测数据,对5°、10°、15°、20°和25°五种坡度在不同降水强度等级(中雨、大雨和暴雨)下的产流产沙进行统计分析,量化不同降水强度等级和坡度下水土保持措施的减流减沙效益。结果表明:中雨、大雨和暴雨是该地区发生频次较高的侵蚀性降雨类型,且集中发生于7—8月;所有土地利用类型的产流产沙量均表现为暴雨>大雨>中雨,裸地呈现最高的产流产沙量,且均随坡度的增加而增加;4种水土保持措施中人工乔木林地和人工灌木林地的减流减沙效益最高,减流效益在0.8附近波动,减沙效益接近1,在坡度15°时人工乔木林地的减流减沙效益最高,在坡度20°和25°时人工灌木林地减流效益最高,减沙效益与人工乔木林地相当;与中雨和大雨相比,暴雨条件下4种措施的减流效益均降低,减沙效益变化不明显。

基于SWAT模型的水土保持措施减流减沙效益评价

本文从水土保持的重要性与必要性出发,结合水土保持的实际需求与操作特点,将SWAT模型引入水土保持中,较为深入地探讨了SWAT模型背景下,实行水土保持措施能达到的减流减沙效益,并基于径流小区的水土保持措施进行减流减沙效益评价,希望能为相关部门进一步解决土壤侵蚀问题、确保水土结构稳固、实现可持续发展奠定坚实的基础。

黄土堆积体植物篱减沙效益与泥沙颗粒分形特征研究

为探究植物篱措施对工程堆积体边坡的减流减沙效益及其对侵蚀泥沙颗粒分形维数的影响,以堆积体未防护边坡为对照,以不同放水流量对不同坡度堆积体植物篱防护边坡进行了放水冲刷试验。结果表明:与对照相比,植物篱边坡初始产流时间滞后100~500 s,其产流率、产沙率整体均较小,产流率在时间尺度上表现为间歇性波动上升;植物篱减流效率在4%~60%之间,减沙效率范围在15%~50%之间,减流减沙效率均随坡度和放水流量的增加呈幂函数形式减小;各处理侵蚀泥沙颗粒中粉粒均占主导地位,黏粒次之,砂粒含量最少。与对照小区相比,植物篱防护边坡侵蚀泥沙砂粒体积分数降低,黏粒和粉粒体积分数升高;黏粒富集率增加,砂粒富集率减小,泥沙颗粒分形维数增大。分形维数与黏粒和砂粒体积分数之间均呈极显著线性相关,侵蚀泥沙颗粒分形维数主要由黏粒体积分数决定。

布设植物篱条件下工程堆积体坡面产流产沙过程研究

为了探究植物篱措施对工程堆积体坡面产流产沙过程和减流减沙效益的影响,采用35,45,55L/min 3个流量,对24°,28°,32°3个坡度的堆积体边坡(20m×5m标准小区)进行模拟放水冲刷试验。结果表明:植物篱坡面的初始产流时间和产流强度较对照坡面(裸坡)均有不同程度减小,产流强度在时间尺度上表现为间歇性波动上升;植物篱坡面产沙率先增大后减小,产沙率整体低于对照坡面,且二者差值随时间逐渐缩小;小流量条件下产沙较稳定,大流量条件下产沙率变化较大;产沙量与产流量之间有良好的线性关系;植物篱措施的平均减沙效益随坡度增大而减弱,平均减流效益随坡度增加而增大,减沙效益仅与坡度有显著相关性。减流效益与减沙效益的关系较复杂,但降低工程堆积体坡面坡度仍是防治水土流失的关键,对于植物篱措施减流减沙的局限性,应通过提升植物篱的布设参数来改善。

太行山土石山区侵蚀性降雨对典型植物措施产流产沙的影响

通过对山西省长治市白马小流域的1个标准小区和4个植物措施小区近5a(2006—2010年)的降雨和径流泥沙观测,研究太行山土石山区的降雨特征以及不同类型降雨对典型植物措施小区径流泥沙的影响。结果表明:(1)太行山土石山区侵蚀性降雨主要集中于5—8月份,7—8月份侵蚀性降雨次数占侵蚀性降雨总次数的54.55%,侵蚀性降雨量占侵蚀性降雨总量的61.19%,故该时期是防治水土流失的关键时期;(2)径流量R与降雨量P、最大30min降雨强度I30、降雨量和最大30min降雨强度的乘积PI30呈正相关且在0.01水平上显著;侵蚀产沙量E与最大30min降雨强度I30、径流量R、降雨量和最大30min降雨强度的乘积PI30之间呈正相关且在0.01水平上显著;(3)在不同类型降雨条件下,4种典型植物措施的减流效益在17.18%~91.86%之间,差异明显;在B类型降雨条件下各措施的减流效益最低,分别是乔木43.38%、灌木24.44%、人工种草26.59%、自然荒坡17.18%,在E类型降雨条件下各措施的减流效益最大,分别是乔木89.29%、灌木91.86%、人工种草75.56%、自然荒坡66.22%;(4)在不同类型降雨条件下,减沙效益:乔木林>灌木林>人工种草>自然荒坡;降雨量最大的A类型降雨和最大30min降雨强度最大的B类型降雨对植物措施减沙效益影响显著。研究表明,在该地区不同类型降雨条件下4种植物措施的减流减沙效益明显,能够有效防治水土流失。

黄土丘陵区不同植被恢复阶段下的暴雨产流产沙研究

采用空间代替时间的方法,通过野外人工模拟降雨试验,对安塞县马家沟不同恢复年限的自然恢复草地、人工柠条林地和人工刺槐林地下的产流时间、径流率、产沙强度、产流产沙量的变化规律及相关关系进行研究,并以耕地为对照对各自的减流减沙效益进行分析。结果表明,初始产流和结束产流时间均随恢复年限的增加而增加,但增加的幅度变小;退耕年限是影响自然恢复草地和人工柠条林地坡面产流产沙的一个重要因素,且只对人工刺槐林地的产沙过程产生影响;不同恢复阶段的累计径流量(Qw)和累计产沙量(Qs)随降雨历时(t)变化的规律均满足Qw(Qs)=c+at+bt2的函数形式,而累计产沙量和累计产流量之间的相互关系可通过幂函数Qs=aQwb的关系式来反映;各恢复阶段的减沙效益都大于减流效益,自然恢复草地和人工柠条林地具有直接拦沙的水土保持功效,而人工刺槐林地的蓄水减沙作用更为突出。

林火前后坡面覆盖类型对产流产沙影响的模拟试验

通过室内模拟降雨试验,设置3种降雨强度(30,60,90 mm/h)和3种地表覆盖类型(裸土坡面、1 cm马尾松枯落物覆盖、1 cm马尾松灰烬覆盖),研究林火发生前后不同地表覆盖下的坡面产流产沙过程,明确枯落物和植物灰烬覆盖的减流减沙效益。结果表明:(1)相比裸坡,枯落物和灰烬覆盖下的坡面初始产流时间分别延长33%~80%和51%~200%,灰烬覆盖对延缓产流的效果更为明显;(2)相比裸坡,枯落物覆盖的减流效果稳定在12%~36%,而灰烬覆盖在中小雨强的减流效果高于70%,在90 mm/h雨强时减流效果降低至7%;(3)裸土坡面产流呈现先快速升高后稳定的趋势,而枯落物和灰烬覆盖坡面产流效果呈现“阶梯”形上升趋势;(4)枯落物覆盖能够减小径流携沙量和总产沙量,在3种雨强下减沙效益均高于85%,且高于同雨强下灰烬覆盖的减沙效益。枯落物覆盖的减流减沙效果在不同雨强下表现较为稳定,而灰烬覆盖的减流减沙效果受降雨强度的影响显著,且枯落物覆盖的减沙效益在3种雨强下均优于灰烬覆盖,说明在林火发生后地表覆盖改变是引起土壤侵蚀增加的重要因素之一。

青藏公路路堤边坡水土保持措施及效益分析

公路建设加速了区域的原有侵蚀,为了摸清公路边坡的侵蚀特征,寻找有效的防治措施,在青藏公路边坡布设不同水土保持措施的径流观测小区,进行了两年的观测(2003年和2004年),结果表明:(1)工程措施具有较好的水土保持效益,其减流(减沙)效益在第一年和第二年分别达到38.83%(81.89%)和48.72%(95.81%),其中截排水措施的水土保持效益一方面说明公路路面来水也是边坡侵蚀的重要动力,有效拦截路面来水将会极大地减少径流和泥沙,另一方面也说明要提高公路边坡土壤侵蚀的预测能力,应该将路面来水作为重要的驱动力之一;(2)植被措施可以起到一定的减流减沙效果,其中人工植被措施有很大的潜力,其减蚀效益都在50%以上;(3)综合措施表现出了极好的水土保持效益(减流在40%以上,减沙在97%以上),尤其土工格室+植被措施,兼具水土保持与景观双重效益。该研究可以为青藏高原地区的水土保持设计和生态环境保护规划提供数据支持。

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度(15°和25°)、2个降雨强度(60和120mm/h)和3个坡面条件(裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系),开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明:植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。