以前期水量为条件的管运洪水推求

水库工程在运行管理期遭遇的洪水,主要由暴雨形成的水量和洪水来临时河流前期水量决定。对小流域而言,后者作用较小可忽略;对于大中流域,后者影响较大应予重视。本文基于全概率公式,提出以前期水量为条件的年最大时段洪量频率分布来定量表征这种影响的方法直接法和间接法。将前期水量分为少水和多水两种状态,直接法以实测洪水资料为基础,采用单变量频率计算分析原理推求前期水量为少水与多水的条件分布,直接法简单实用,缺点在于对资料条件要求较高。间接法首次以Copula函数描述年最大时段洪量和前期水量的2维联合分布;该方法的关键在于Copula函数的选择,通过分析年最大时段洪量和对应前期水量的相关图特性,选取Clayton Copula函数推求条件分布。间接法在资料缺乏情况下方便可行,不足之处是要选择适合的Copula函数,计算较复杂。最后将建议的直接法和间接法应用于杂谷脑河管运洪水计算中,分析结果表明水库综合效益比原固定汛限水位时增加。

前期土壤含水量对黄土坡地侵蚀过程的影响研究

为了研究前期土壤含水量对黄土坡地入渗和侵蚀过程的影响,文章通过模拟降雨分析3种黄土坡地(黏土、黏壤土和壤土)的径流和侵蚀过程。结果表明:土壤含水量较高时,平均入渗速率随黏土含量的增加而降低,黏土含量与产沙量呈负相关关系,对侵蚀过程的无明显影响。土壤含水量对黏土的入渗过程影响不大,对壤土的入渗影响很大,黏土的产沙率随着降雨时间的延长而下降,其产沙率远低于壤土。产沙率与径流速率之间无固定关系。侵蚀形态对坡面土壤侵蚀过程有重要影响。

前期土壤含水量对红壤坡面产流产沙特性的影响

利用田间人工模拟降雨试验,研究了前期土壤含水量对两种红壤坡面降雨入渗、产流和产沙特性的影响。结果表明:前期含水量越高,两种土壤都是产流越快,达到稳定径流和入渗的时间越短。低含水量区(干态和稍干),两种土壤的径流系数和入渗率都与降雨时间呈线性关系,并在60 min内达不到稳定。高含水量区(稍湿和湿态),两种土壤的径流系数、入渗率及产沙速率与降雨时间关系都符合Boltzmann(玻耳兹曼)方程;第四纪红粘土发育的红壤稍干态和红砂岩发育的红壤干态下的产沙速率在整个降雨过程中变化不明显,并都维持在较低水平;第四纪红粘土发育的红壤干态和红砂岩发育的红壤稍干态下的产沙速率随着模拟降雨的进行而大致以线性关系增大。土壤前期含水量越高,两种土壤坡地累tk积入渗量都越小,雨水转化为土壤水分的比率亦越小。

前期含水量对坡耕地产流产沙及氮磷流失的影响

土壤前期含水量是影响土壤入渗、产流以及溶质迁移、淋失的重要因素之一。通过人工模拟降雨实验,对5%、9%、13%、17%和20%这5个不同前期含水量水平下的黄土高塬沟壑区黑垆土坡耕地土壤侵蚀及氮磷流失情况进行了研究。结果显示：在同一雨强和坡度条件下,随着土壤含水量的增加,坡面达到稳定入渗率的时间缩短,开始均匀产流时间也减小;在5%~17%前期含水量的范围内,径流量、泥沙量随前期含水量增加而增加,17%~20%时径流量和产沙量为递减的变化趋势;产沙量与径流量呈显著的线性关系,相关系数为0.889。前期含水量为17%时,径流中水溶性磷、硝态氮、铵态氮浓度最大,总流失量最大,3种养分在湿润层内发生积累的深度随含水量增加而减小,前期含水量17%是影响径流中养分浓度变化的一个临界值;在前期含水量范围为5%～9%时,养分流失量变化不大,且流失量较小;硝态氮平均流失总量最大,分别是铵态氮和水溶性磷的1.32和2.46倍。该项研究结果可为当地农业生产、减少水分损失、提高水分和养分利用率提供有效的指导。

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。

西南山区农地土壤前期含水量对优先流的影响

在重庆四面山的4块农地上,通过前期洒水使样地具有不同的土壤前期含水量,应用优先流染色法和室内图像提取技术分析样地垂直剖面和水平剖面的土壤染色情况,并在染色过程中用TDR记录样地每层土壤含水量的变化,分析不同前期含水量下优先流的入渗深度及入渗速率,研究土壤前期含水量对优先流的影响。结果表明:(1)土壤前期含水量低的样地,湿润锋的渗透速率随土层深度的增加而增加,湿润锋平均入渗速率为1 520mm/h;土壤前期含水量高的样地,湿润锋的渗透速率随土层深度的增加而减小,湿润锋平均入渗速率为515mm/h;(2)土壤前期含水量较低的样地垂直剖面的染色示踪物平均最大入渗深度为56.00cm,大于前期含水量较高的样地的33.76cm,说明土壤前期含水量低的样地优先流渗透深度更大;(3)土壤前期含水量较高的样地,优先流主要发生在土壤A层和B层的20-30cm土层深度处,而前期含水量低的样地优先流在A层、B层和C层均有发生。而且土壤前期含水量较低的样地,垂直剖面每层的平均染色面积均大于前期含水量高的样地,说明土壤前期含水量较低的样地优先流现象更明显。

前期土壤含水量对黄土坡面氮磷流失的影响及最优含水量的确定

采用室内人工降雨模拟试验的方法,研究了不同土壤前期含水量对塿土和砂黄土的坡面土壤硝态氮和磷素流失过程的影响.研究结果表明,淋失是土壤硝态氮流失的主要途径,仅在前期含水量高于20%时,才产生硝态氮大量径流流失;随着土壤前期含水量的提高,塿土溶解态磷(DP)流失量与泥沙浸提态磷(SEP)流失量的比值呈减少趋势,砂黄土中该比值却呈指数函数增大趋势;2种土壤坡面径流SEP流失量与产沙量呈线性关系;通过坡面物质流失量(NO3--N、SEP、DP和产沙量)与前期土壤含水量的二次多项式关系,获得了使黄土坡面物质流失量最小的最优前期含水量值,其中塿土为10.21%～11.37%,砂黄土为8.97%～13.39%.

土壤前期含水量对棕壤土坡耕地养分流失的影响

采用室内人工降雨模拟试验的方法,对不同土壤前期含水量的棕壤坡耕地养分流失特征进行了实验研究。研究结果表明:土壤前期含水量低于20%时,土壤硝态氮主要是以淋溶的形式流失;高于这一含水量时,土壤硝态氮流失途径除了淋失外,还存在径流流失现象。径流中磷离子和钾离子浓度随着降雨时间的增加逐渐减少,流失量与前期含水量不呈线性关系,而是呈近似抛物线关系,在前期含水量为10%～15%之间存在拐点。通过坡面物质流失量(NO3--N、SEP、DP、K+和产沙量)与前期土壤含水量的二次多项式关系,得到最优前期含水量值为11.32%～15.65%。

模拟降雨下土壤前期含水量对土壤可蚀性的影响

土壤前期含水量是导致土壤可蚀性动态变化一个重要因素。利用人工模拟降雨试验,以我国亚热带地区的14种典型土壤为研究对象,在各试验小区上分别设定3种不同的土壤前期含水量水平,研究土壤前期含水量对不同土壤可蚀性的影响。结果表明,14种土壤类型在3种不同土壤前期含水量水平下土壤可蚀性K值都存在动态变化,但不同土壤类型其可蚀性K值随土壤前期含水量变化的变动幅度不同,同一土壤可蚀性K值在土壤前期含水量变化范围内最高和最低值之间最高相差达到16倍;不同土壤类型可蚀性K值随土壤前期含水量变化的变动趋势也不同,其中绝大多数土壤可蚀性K值随前期土壤含水量的升高而增大,根据土壤可蚀性K值的变动趋势可以分为三类,首先,9种土壤的可蚀性K值随前期土壤含水量的升高而增大;其次,4种土壤可蚀性K值随前期土壤含水量升高先升高后降低,变化趋势大致呈倒"U"型;第三,仅有1种土壤的可蚀性K值随土壤前期含水量的升高而减小。

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。

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。

前期土壤含水量对粘性红壤产流产沙及溶质运移的影响

采用针头式降雨器对零坡度、短坡长、不透水底层的红壤土体进行人工模拟降雨试验,在消除坡度坡长影响模拟南方蓄满产流条件下,研究前期土壤含水量对红壤产流、产沙及溶质运移机制的影响。结果表明:前期土壤含水量为20%时,红壤黏结力最大且结构最稳定,初始产流时间延续最长,入渗水量最多,径流总量最少,泥沙流失量少,形成蓄满产流条件;前期含水量为饱和时,则反之。径流中溴离子流失量和流失率随着前期土壤含水量的变化而变化,其数量大小顺序为20%>10%>2%;磷的流失总量,无论是溶解态磷(DP)还是颗粒态磷,流失总量大小依次为饱和>20%>10%>2%。

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。

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%。

前期含水量对喀斯特山地石灰土坡面产流产沙的影响

为了探讨前期含水量对喀斯特山区坡耕地坡面产流产沙过程及机制的影响,以该区域广泛分布的石灰土为研究对象,通过人工模拟降雨的试验方法,系统研究了干态、稍湿态和湿态石灰土坡面产流产沙过程。结果表明:(1)坡面初始产流时间随土壤前期含水量的增加而减少,初始产流时间与土壤前期含水量呈线性负相关关系。(2)在0～25min期间,径流量呈逐渐增大的趋势,变化率呈现稍湿态>干态>湿态。25min之后,径流量逐渐趋于稳定,随土壤前期含水量与坡度的增大,径流量增大。(3)稍湿态土壤坡面径流含沙量变化较小,基本趋于稳定;干态土壤坡面径流含沙量变化较大,呈开始增大,在第20分钟之后减小并趋于稳定;湿态土壤坡面径流含沙量变化最大,总体呈陡降、缓增,最后逐渐减小并趋于稳定的趋势。(4)径流平均含沙量与土壤前期含水量的关系呈近似抛物线变化,径流平均含沙量湿态>干态>稍湿态。

基于土壤前期含水量-降雨耦合关系的陕北黄土坡面产流临界降雨值

土壤前期含水量与降雨是坡面产流的主要影响因素。该研究基于超渗产流基本原理,通过引入土壤前期含水量与降雨2个指标,最终推导出基于土壤前期含水量-降雨耦合关系的坡面产流所需临界值公式。通过该公式结合土壤水分实测值对陕北黄土区吴起县典型植被群落干旱年、正常年和湿润年的产流临界降雨值进行模拟计算与分析。结果表明:1)陕北黄土坡面湿润年产流所需临界降雨量与干旱年和正常年存在显著差异,湿润年产流所需降雨量较少且油松湿润年理论产流值最低,仅需5. 60 mm;干旱年与正常年产流所需临界降雨量则不存在显著差异,但干旱年产流所需降雨量较大。2)不同植被类型产流所需最低降雨量不同,其中油松林地产流所需临界降雨量最小,即油松林地较易产流,沙棘纯林产流所需降雨量最大,即沙棘林地较难产流;且2种林地产流所需降雨量存在显著差异。土壤前期含水量与降雨二者耦合关系及其与坡面产流临界阈值的研究,对该区域预防土壤侵蚀带来的危害和水土资源高效利用具有重要意义。

中国亚热带土壤不同前期含水量对可蚀性K值的影响

采用人工模拟降雨试验的方法,研究我国亚热带７种有代表性土壤在干、湿两种状态下的土壤可蚀性Ｋ值,结果表明、相同类型土壤在干、湿两种状态下的可蚀性Ｋ值存在着明显的差异,耕作土壤的可蚀性Ｋ值高于非耕作土壤。

模拟降雨下前期含水量对冻融坡面产流产沙过程的影响

为了探究不同前期含水量条件下冻融作用对坡面降雨侵蚀的影响,采用室内冻融和人工模拟降雨方法研究了不同含水量条件下冻融坡面与未冻融坡面的降雨侵蚀特征。结果表明:黄土坡面的产流时间随前期含水量增大呈先增大后减小的规律,冻融作用使黄土坡面产流时间滞后,其中含水量为20%的坡面经过冻融作用滞后62.50%,最为明显。在产流过程中,20%含水量的冻融坡面比未冻融坡面产流总量低9.14%存在极显著性差异(P<0.01)。在产沙过程中,20%和25%含水量的冻融坡面比未冻融坡面产沙总量减小28%,存在极显著性差异(P<0.01);20%和25%含水量的冻融坡面与未冻融坡面的可蚀性相差最明显。综上可以得出含水量为20%时冻融作用对坡面产流时间和产流过程影响最显著;含水量为20%和25%时冻融作用对坡面产沙过程和可蚀性K值影响最显著。含水量为20%时产沙量最小,可蚀性最低,可将20%作为黄土最优含水量。

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。

模拟降雨下前期含水量对黄绵土坡面产流产沙过程的影响

为探究不同前期土壤含水量条件下坡面产流产沙特征及产流产沙关系,以安塞黄绵土为研究对象,通过设置6个前期土壤含水量处理(5%,10%,15%,20%,25%,30%),采用室内人工模拟降雨试验来系统研究前期土壤含水量对坡面产流产沙过程的影响。每个含水量处理设置2个重复,坡面坡度为15°,设计雨强为90 mm/h,降雨历时为1 h。结果表明:(1)随着前期土壤含水量的升高,坡面初始产流时间幂函数减小,产流量线性增大。(2)坡面土壤流失量随前期土壤含水量增大呈幂函数增加,高含水量组(29.3%)土壤流失量分别是低含水量组(5.8%和10.6%)和中含水量组(15.3%,20.4%,25.1%)的86.1,8.9倍。当前期含水量接近饱和时,坡面侵蚀加剧,土壤流失量迅速增加。(3)不同前期土壤含水量条件下坡面产流量与产沙量呈幂函数关系,当产流速率超过1.4 L/min,产沙量迅速增加甚至翻倍,呈“水大沙多”的特点。前期土壤含水量通过影响入渗产流和改变径流泥沙关系双重作用来影响坡面产沙。因此,对黄绵土坡面而言,应注意防范连绵持久降雨后暴雨或特大暴雨所造成的水土流失问题,可采取耕作、植被覆盖等措施维持适当土壤含水量使土层不饱和来减少侵蚀。研究结果为黄土高原水土资源保护和管理提供科学依据。