草地坡面水动力学特性及其阻延地表径流机制研究

利用野外实地放水试验,分析草地减流减沙效益,研究草地与裸地坡面的产流产沙过程与坡面流水动力学特性。试验结果表明,草地与裸地坡面土壤入渗过程均符合Horton入渗公式,且裸地坡面土壤入渗率约为草地的45%;草地坡面含沙率平均值较裸地减少70%左右、输沙率减少80%左右、径流系数减少30%左右;裸地与草地坡面流雷诺数Re均属于层流范畴,当坡面径流量较小时,裸地和草地坡面流的雷诺数和弗劳德数属于层流中的缓流范畴,当坡面径流量进一步增大,裸地坡面径流属于过渡流急流流态;草地和裸地坡面径流深没有明显差异,草地坡面径流流速明显较裸地低,而且Darcy-weisbach阻力系数f和曼宁糙率系数n的平均值分别是裸地的3.4和2倍。

草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验研究

[目的]研究草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验。[方法]通过放水冲刷模拟试验对内蒙古自治区达茂旗草原土壤侵蚀特性进行系列分析,研究土壤侵蚀产沙过程和机理。[结果]变坡径流平均流速随径流量和坡度的增大呈波动趋势增加;坡面径流平均输沙率和平均剪切力均随流量的增加波动增加,随坡度的增加而呈抛物线形式变化,临界坡度值出现在25°左右,流量对输沙率的影响大于坡度因素的作用;坡面径流平均输沙率与平均剪切力之间有良好的线性关系。[结论]该研究为建立我国草原区土壤侵蚀预报提供理论依据。

雨强及坡度对黄土区草地坡面水流流速的影响

黄土区草被覆盖下的坡面水流流速特征研究对于深刻认识该区草地坡面侵蚀动力和科学决策该区水土保持与生态建设具有重要意义。采用草地小区人工模拟降雨试验方法,对黄土区草地坡面水流流速随雨强及坡度的变化特征进行研究,结果表明:(1)在5个不同雨强及5个不同坡度下,草地坡面流速随降雨历时变化均表现为产流初期流速快速增大,持续一段时间之后转为缓慢增大或保持稳定,且可用幂函数描述;(2)草地坡面次降雨产流平均流速分别随单一因子雨强、坡度的增大而增大,且皆可用对数函数描述;(3)草地坡面次降雨产流平均流速随雨强及坡度复合因子的变化可用二元对数函数描述,试验条件下坡度对草地坡面水流平均流速的影响大于雨强的影响。

元谋干热河谷坡面径流蓄积过程中的面源污染物变化

在元谋干热河谷选择严重干扰退化草地、采取"封禁"和"封禁+等高反坡阶"植被自然恢复草地,布设集水系统对3种草地的径流进行拦截和蓄积,并对2008年雨季和之后的地表径流总氮、总磷和化学需氧量浓度进行测定,结果表明:自然恢复植被能大量减少坡面径流和泥沙产生量,进而大幅度减少面源污染物的输出。坡面径流收集过程对径流拦截和沉砂过程中面源污染物的浓度有较大的削减作用,径流从沉砂池进入蓄水设备,使总氮和总磷浓度分别削减46.63%和38.08%,地表径流在蓄水设备中贮存会使径流中的面源污染物浓度得到进一步削减,证明水土流失防治措施在削减面源污染物输出中有显著作用。

不同降雨强度和下垫面条件对黑土区坡面产流产沙的影响

为了优选合适的东北黑土区堤防坡面侵蚀防控技术,基于人工模拟降雨的方法研究了不同降雨强度和下垫面条件下坡面的产流产沙特征,利用三维激光扫描仪对降雨后的坡面侵蚀形态进行监测,分析坡面土壤的侵蚀情况。结果表明,降雨强度增大,坡面的初始产流时间提前,产流率随降雨历时波动更加显著。在不同降雨强度下,植被措施使平均产流率降低7.4%~20.4%,在裸地上施加PAM(聚丙烯酰胺)使平均产流率增大6.8%~25.9%。随降雨强度增大,下垫面L1(裸地)和下垫面L2(均匀撒施5 g/m 2 PAM的裸地)的产沙率随降雨历时波动更加显著,其产沙率变化规律可以用幂函数进行描述。下垫面L1的总产沙量相比下垫面L2增幅明显,在裸坡上施加PAM能够减少总产沙量,起到固土效果。草地坡面在降雨过程中未出现产沙情况,裸地坡面的侵蚀形态主要表现为溅蚀和片蚀特征,施加PAM使得侵蚀严重区域的面积相较裸地减小了21.5%,能够起到一定侵蚀控制的效果。总体来看,草地坡面的保水固土效果要优于裸地坡面。在坡面上施加PAM使得土壤入渗能力减弱,但能减少侵蚀产沙,在实际工程中有应用价值。