太行山南麓鱼鳞坑坡面产流特征及其影响因素

[目的]通过研究太行山南麓鱼鳞坑坡面土壤产流特征,探讨其影响因素,为该区水土流失治理及生态环境保护提供科学依据。[方法]以太行山南麓鱼鳞坑坡和自然荒坡为研究对象,测定草本、灌木、乔木群落下坡面产流特征并分析其影响因素,运用地理探测器统计学方法量化各因素单独和交互作用对坡面产流的影响力。[结果]①鱼鳞坑坡草本、灌木、乔木群落的平均径流深之间没有显著性差异,自然荒坡灌木群落和草本群落的平均径流深显著大于乔木;与自然荒坡相比,鱼鳞坑坡草本群落、灌木群落、乔木群落的平均径流深分别减少了56.61%,72.80%,39.58%;平均径流深随着砾石含量的增加呈减少趋势;砾石覆盖度对坡面产流的控制作用有一个阈值,当砾石覆盖度为6%~9%时,坡面径流深最小。②太行山南麓鱼鳞坑坡面产流单因子影响力最大的是砾石覆盖度(0.31),其次是植被盖度(0.29)。③坡面产流影响因子交互作用后大多表现为非线性增强和双因子增强作用;降雨因子与非降雨因子交互后均表现为非线性增强作用。[结论]大量砾石的存在导致了太行山南麓坡面产流过程的复杂性,增加植被盖度是减少该地区鱼鳞坑坡面产流的重要措施。

重庆四面山植被类型对坡面产流的影响

为研究长江三峡库区植被类型对坡面产流的影响,在重庆四面山布设针阔混交林、阔叶林、楠竹林、灌丛和农耕地5种不同植被类型的标准径流小区。对天然降雨过程和由降雨产生的地表径流进行观测。结果表明:不同植被类型林地地表径流量的平均值,从大到小依次为农地、灌丛、楠竹林、阔叶林和针阔混交林,分别是6·45、4·12、2·91、2·34和1·57mm。3种以乔木为主的林地地表径流量,均小于农地的地表径流量,不同乔木林地地表径流量差异不显著。不同植被类型林地地表径流量与降雨量存在显著的相关关系,与降雨强度也存在极显著的相关关系,并且都表现为多项式或幂函数关系。在同一降雨条件下,不同植被类型林地(包括农地),地表径流变化趋势存在一定差异,且均是农地地表径流量最大。

植被坡面产流特征及其侵蚀动力研究进展

植被覆盖变化状况直接影响流域水文过程,通过对黄土高原植被坡面产流特性已有研究成果进行总结,以期为评价植被对水沙调控的作用提供参考。从黄土高原生态建设和水土保持效益评价的需求出发,回顾了植被作用下坡面产流特征和侵蚀动力学特性研究的主要进展,包括植被增强土壤入渗能力和减缓径流的作用、植被对坡面产流的影响、植被作用下坡面流侵蚀动力学特性;明确了需进一步深化研究的主要方向,包括植被作用下坡面降雨-入渗非线性过程、坡面产流机制发生胁变的被覆临界、不同产流机制的侵蚀动力参数特性等。

不同土壤坡面产流产沙特征对比分析

通过不同坡度(5°,10°,20°)、不同质地土壤(粘土、砂土)的人工模拟降雨试验,对比研究粘土和砂土在不同坡度条件下的坡面产流产沙规律,并建立试验条件下坡面土壤侵蚀模型。结果表明:(1)粘土坡面和砂土坡面的产流规律相似,在相同试验条件下随着产流时间的延长粘土坡面和砂土坡面的产流率均先逐渐增加最后趋于稳定,同时随着坡度增大,粘土坡面和砂土坡面的产流率均逐渐变小,但粘土坡面达到稳定产流率的时间早于砂土坡面;(2)粘土坡面和砂土坡面的产沙规律相似,在不同坡度条件下粘土坡面和砂土坡面的产沙率均随产流历时呈先增大后降低的趋势,但粘土坡面的产沙能力小于砂土坡面,且在坡度为5°时两者之间的差别达到最大;(3)随着坡度增加,粘土坡面和砂土坡面的总产沙量的变化幅度均大于总产流量的变化幅度,即坡度对坡面侵蚀产沙的影响大于对径流的影响;(4)统计得出试验条件下粘土坡面和砂土坡面的土壤侵蚀量与坡度、产流时间的回归方程,并据此得出试验条件下粘土相对于砂土坡面的减沙能力方程。

坡面产流模式的神经网络模拟

坡面产流是土壤本身特性与外界影响因素相互作用的结果 ,它们之间具有明显的非线性输入输出关系。在分析坡面产流和神经网络模型具有某些相似的基础上 ,利用径流站观测资料 ,建立了小流域坡面产流量的三层前向网络模型 (BP算法 ) ,并显示了具有较好的模拟预测效果。

三峡库区森林植被坡面产流特性

以重庆缙云山4种不同植被类型坡面为研究对象,对2002年降雨和地表产流实测值进行对比分析,结果表明:三峡库区4种坡面在相同的降雨条件下,产流量依次为:混交林地(65.18 mm)>毛竹林地(64.72 mm)>灌木林地(30.52 mm)>阔叶林(18.71 mm),并且产流量集中分布在4-9月,其中阔叶林的产流量为4种植被类型坡面中最低,表明阔叶林相对于其它坡面在调节径流方面的作用最大;地表特性各因素与产流量间的灰关联度大小依次为:土层厚度>枯落物量>林分郁闭度>坡度,地表特性各因素对产流量的影响均较大,其中土层厚度对产流量的影响最大,而坡度对产流量的影响最小;产流量与降雨量都表现出较好的线性相关关关系,且土层厚度直接影响着起始产流雨量。

用非饱和土壤物理参数模拟坡面产流过程研究

采用人工模拟降雨方法 ,在用蒸发法测定非饱和土壤物理参数和基础上 ,运用修正的Green -Ampt入渗模型 ,结合退水曲线法和坡面运动波模型 ,研究了 9场不同雨强和不同历时模拟降雨的产流过程。结果表明模拟误差在11 0 %～ 30 7%间变化 ,80 %的模拟误差可控制在 18%以内 。

森林对坡面产流的影响研究

20世纪以来,森林与坡面产流的研究取得了长足进展,尤其在我国研究得比较深入与广泛。观测实验依然占绝对优势,径流小区实验仍是最广泛采用的方法。森林对坡面产流机制、坡面流态、产流量、产流过程、产流临界值都有影响,森林枯落物层对径流也有重要影响。坡面产流模型在森林水文学领域得到了应用。

三峡库区森林植被坡面产流特性

以重庆缙云山4种不同植被类型坡面为研究对象,对2002年降雨和地表产流实测值进行对比分析,结果表明三峡库区4种坡面在相同的降雨条件下,产流量依次为：混交林地（65.18 mm）〉毛竹林地（64.72 mm）〉灌木林地（30.52 mm）〉阔叶林（18.71 mm）,并且产流量集中分布在4-9月份,阔叶林这一时期的产流量所占比例76.84%,为4种植被类型坡面中最低,表明阔叶林相对于其它坡面在调节径流方面的作用最大;地表特性各因素与产流量间的灰关联度大小依次为：土层厚度〉枯落物量〉林份郁闭度〉坡度,地表特性各因素对产流量的影响均较大,其中土层厚度对产流量的影响最大,而坡度对产流量的影响最小;产流量与降雨量都表现出了较好的线性相关关关系,且土层厚度直接影响着起始产流雨量。

坡面产流模式的神经网络模拟

坡面产流是土壤本身特性与外界影响因素相互作用的结果,它们之间具有明显的非线性输入输出关系。在分析坡面产流和神经网络模型具有某些相似的基础上,利用径流站观测资料,建立了小流域坡面产流量的三层前向网络模型(BP算法),并显示了具有较好的模拟预测效果。

三峡库区典型森林植被类型对坡面产流影响

在一定地形地貌基础上，植被与降水是决定坡面产流、产沙量的主要因素．2005～2006年对重庆缙云山4个天然林地径流场和农地径流场进行定位观测，结果表明：①森林植被在一定范围内对坡面径流量有削减作用，前期降雨对坡面径流有影响；②坡面径流峰值与暴雨峰值呈一一对应关系，马尾松和常绿阔叶林的变化幅度较小，柏竹林和常绿阔叶灌丛变化较大；③地下径流深与降雨量呈一一对应关系，地下径流深与降雨量关系反映出前期降雨对地下径流量的影响；④马尾松阔叶混交林、常绿阔叶林和常绿阔叶冠丛地下径流峰值的总体趋势是随降雨强度的增加而增加；楠竹林和农地随降雨强度的增加而呈下降趋势．

不同石漠化程度土地坡面产流特征分析

采用人工模拟降雨试验,研究了不同石漠化程度土地坡面产流特征。结果表明:中度和重度石漠化土地地表径流特征相似,但其与潜在、轻度和极重度石漠化土地差异明显。当雨强小于40 mm/h时,潜在石漠化土地难产生地表径流,当雨强达到55 mm/h,连续降雨34 min其开始产流;当雨强在51～60 mm/h之间时,其径流强度围绕3 mm/h小幅波动,当达到61 mm/h以上时,其径流强度随着降雨时间的延长而增大。轻度石漠化土地产流时间随着雨强的增大而变短,但其径流强度差异不大,介于2～5 mm/h之间。中度和重度石漠化土地地表径流呈现峰谷相间的特点。极重度石漠化土地裂隙、节理极为发育,洼地内多漏斗、落水洞,集流面积小,雨强增大后产生的径流变化幅度不明显。

坡面产流机制研究刍议

随着水文学的发展,坡面产流问题越来越受到水文学领域的重视。对坡面产流机制(这里的坡面产流包括地表径流产流和壤中流产流两个部分)的研究现状详细进行了回顾与分析,并提出了目前产流机制所面临的问题,以期推动降雨产流计算方法和流域水文模型机构的发展。

土壤斥水性及其对坡面产流的影响研究进展

作为土壤性质的一个方面,土壤斥水性可增加局部产流和加剧土壤侵蚀,引起了学者的广泛关注。本文在回顾土壤斥水性的产生原因及时空变化的基础上,总结了近10年土壤斥水性对产流影响的研究结果,主要包括:①通过减小土壤基质势梯度,降低坡面入渗率,增加坡面产流量,并改变产流方式;②土壤斥水性的持续时间和强度是其影响坡面产流过程的关键因素,直接决定产流的时间和数量;③土壤斥水性对产流的影响具有尺度效应,在点、径流小区尺度上,斥水性可增加产流量,但在较大尺度上对产流量的影响不显著。当前,对土壤斥水性的形成及变化规律、斥水性土壤的空间分布和对产流影响的定量研究还不足,尚需要进一步深入,为更好地解释水文过程变化提供理论依据。

流域坡面综合产流数学模型的研究

从流 域坡面 产流机制 出发， 依据 Ｈｏｒｔｏｎ 入 渗 曲线 ，建 立起 一个 可 适用 于 不同 流域 的综合 产流模 型。模型 以降雨强 度和土壤 蓄水量 为控制条 件，同时 兼顾超渗 产流和 蓄满产流 ，适应下 垫面条 件较为均 一的流域 或单元 区域在不 同条件 下的产流 计算。

基于BP神经网络的坡面降雨产流预测

为预测坡面降雨产流,基于坡面降雨产流的非线性特性,引用3层BP(Back-Propagation)网络建模方法,对B市密云水库流域石匣小区水土保持监测小区的坡面降雨产流进行了研究。模型输入层变量数为5个,分别代表坡度、坡长、降雨强度、降雨历时、土壤的有效糙率,输出层变量数为坡面降雨产流量,利用野外小区实测数据,对上述网络进行了训练,学习100次后网络趋于收敛,训练样本集误差达到2.040 96×10-10,小于预设精度,预测样本的平均相对误差为1.67%。该模型的建立与实践,为坡面降雨产流预测的研究提供了新的方法。

冀北土石山区坡面尺度径流特征及其影响因素

为了揭示区域水土流失规律,以冀北土石山区坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面尺度产流特征与地形因子、降雨因子、植被覆盖、水土保持工程措施等主要影响因素的关系进行分析,拟为该区水土流失防治及生态建设提供科学参考。研究结果表明:坡面径流小区的年径流量随坡度的增加出现先增后减的趋势,坡度临界值在11°00′左右;坡面径流小区的年径流量随坡长的增加而增加;不同坡度和不同坡长条件下,径流量与有效降雨量及平均降雨强度都成正相关,但与有效降雨量的相关系数要大于平均降雨强度的相关系数且在0.01水平上显著,与平均降雨强度的相关系数不显著;坡面径流小区的年径流量随着植被覆盖度的增加而减少,但覆盖度为60%和90%的草地径流小区的年径流量相差甚小,说明在水土保持治理过程中存在着临界植被覆盖度;水平阶、鱼鳞坑、梯田等水土保持工程措施通过改变下垫面状况,可以有效拦蓄径流,从而削弱降雨特征对径流的影响。

不同雨强条件下坡度对红壤坡面侵蚀的影响

坡度是红壤坡面侵蚀的重要因子,通过室内模拟降雨试验研究3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min),3个坡度(10°,15°,20°)条件下坡度对红壤坡面产流、产沙过程影响。结果表明:(1)相同雨强下,坡面初始产流时间随坡度增加逐渐缩短,坡度与坡面径流量呈正相关关系;相同坡度下,随雨强增加初始产流时间及坡面径流量差异均减小。(2)坡度对红壤坡面含沙量的影响表现为平均产沙量随坡度增加而增大,其中15°坡度下坡面产沙过程波动较大。(3)坡度对坡面径流量的贡献率在60%以上,而坡度对坡面产沙量贡献率保持在30%左右。通过分析不同降雨条件下坡度对红壤坡面侵蚀过程影响,以期为红壤水土流失地区的水土保持预测与措施布没提供相应理论参考。

保水剂施用方式对花岗岩红壤坡面水土保持的影响

为了获得保水剂对花岗岩红壤坡面水土保持效果最佳的施用方式,通过人工模拟降雨试验和室内分析相结合方法,开展保水剂混施、层施和沟施等施用方式对红壤坡面侵蚀的产流产沙过程影响研究。结果表明:(1)花岗岩红壤坡面施加保水剂后可降低坡面产流、产沙量,延缓产流时间。当雨强为1.0mm/min时,保水剂与土壤混合施用对降低坡面径流及产沙量的影响更为显著。与对照坡面相比,混合施用坡面累积径流降低34%,累积产沙量减少48%;雨强为1.5mm/min时层施保水剂对降低坡面径流及产沙量作用更显著。与对照相比,层施保水剂坡面累积径流降低46%,累积产沙量减少67%。(2)红壤坡面中混合施加保水剂能够增加坡面入渗率,减少坡面径流,增加土壤含水量,发挥了良好的蓄水保土效益。(3)相关性分析表明,保水剂不同施用方式下花岗岩红壤坡面累积产流、产沙量呈现显著相关(P<0.05),坡面累积径流量和累积泥沙量间构成幂函数模型。研究结果为花岗岩红壤坡面应用保水剂控制水土流失和揭示相关机理提供参考。

降雨强度对红壤坡面水文过程的影响研究

了解土壤水文过程对于土壤养分流失的研究具有重要意义。本文通过室内模拟试验,研究不同降雨强度对红壤坡面产流、产沙、入渗等水文过程的影响,结果表明：1）在相同坡度,不同降雨强度下红壤坡面的初始产流时间呈现出随降雨强度的增大而逐渐缩小的趋势;2）不同降雨强度下的坡面产沙强度随时间的变化存在不同的分布特征,在55、70和85 mm·h-1三个雨强下,产沙强度随时间先出现增长后以波状趋于平稳;而100和120mm？h-1两个雨强下的产沙规律略有不同,主要表现在产沙强度随降雨时间迅速增长并达最大值后逐渐减小,最后趋于平稳;3）不同降雨强度下地表入渗强度随产流时间呈指数下降,坡面产流强度则呈对数上升趋势;4）随着降雨强度的不断增大,地表产流总量呈现逐渐增加的趋势,入渗总量也逐渐增加,但蓄水比例逐渐减小。