坡面过程意义下的武汉市典型坡面土层厚度研究

坡面系统对坡面成土过程和搬运过程有着重要影响,土层厚度在坡面上的空间分布规律能够一定程度上反映坡面过程.该文在区域线路调查的基础上,实地测制武汉市4座典型山地的8条典型坡面,布设36个采样点,并结合遥感影像,调查了其土层厚度的分布特征及坡面系统各要素,结果表明:1)各条坡面总体呈现土层厚度由坡底到坡顶递减的分布规律;2)母质岩性是坡面成土过程所形成土层厚度的主要影响因素;3)坡度和坡长是坡面搬运过程的主要影响因素.

上方汇水汇沙对坡面侵蚀过程的影响

利用双土槽系统径流小区(供沙土槽和试验土槽),定量研究了不同上方汇水含沙量、降雨强度和地面条件下上方汇水汇沙对粘黄土坡下方侵蚀产沙过程的影响。结果表明:对于疏松土和紧实土处理,上方汇水引起坡下方的净侵蚀产沙量S分别占总侵蚀产沙量Sft的72.4%～92.7%和45.5%～83.7%。试验土槽接受上方汇水汇沙后,疏松土和紧实土处理时坡下方径流含沙量分别增加2.4～6.1倍和1.4～3.6倍。上方汇水汇沙对坡面径流速度和细沟发育过程的影响与降雨强度和土壤容重紧密相关,坡面侵蚀产沙变化过程与细沟发育过程相对应。

坡度与降雨强度对坡面侵蚀产沙过程影响的试验研究

鉴于坡度和降雨强度的变化对坡面侵蚀产沙过程影响明显,通过设计室内大型试验土槽,采用室内人工模拟降雨的方法,对不同坡度和降雨强度下坡面侵蚀输沙动态过程进行试验研究。结果表明,在降雨强度不变的条件下,累计产沙量、输沙率随坡面坡度增大而增大;同一坡度下累计产沙量、输沙率随降雨强度的增加而增加;输沙率与降雨强度呈线性关系,与坡度呈幂函数关系。进而基于试验结果,通过二元非线性回归,建立了输沙率、单位面积单位时间产沙量、坡度及降雨强度之间的经验公式。

冻土退化影响下坡面水文过程研究进展及趋势展望

全球气候变化背景下,冻土将会发生显著变化,进而影响寒区生态和水文系统的物理、化学和生物过程,并诱发区域水资源恶化与生态功能退化,其中坡面冻土水文过程是物质和能量在寒区地表各圈层迁移转化的重要载体与基本单元。为此,基于"驱动-过程-机制"这一研究视角,从冻土退化及其水文过程响应、冻土水文过程及其局地因素影响、冻土水文过程机制及其影响模拟等三个方面,综述了国内外有关冻土退化影响下坡面水文过程研究方面的最新进展;同时,在总结了当前冻土水文过程研究不足的基础上,提出了如下建议:(1)更加注重坡面冻土水文过程要素观测与方法集成研究;(2)更加注重坡面冻土水文过程变化机理与耦合机制研究;(3)更加注重坡面冻土水文过程时空演化与效应评估研究。以期提升寒区流域径流形成演化的认知能力与径流变化的预测能力,并为寒区流域水资源稳定和适应性利用提供理论基础与科学对策。

黄土坡面侵蚀垂直分带性及其侵蚀产沙研究进展

黄土丘陵沟壑区梁峁坡面从分水岭到沟缘线土壤侵蚀明显表现为溅蚀片蚀带、细沟侵蚀带、浅沟侵蚀带。概述了坡面侵蚀形态的垂直分带、坡沟侵蚀产沙关系、坡面侵蚀产沙分配特征、坡上方来水来沙对坡面、细沟侵蚀过程影响的研究进展 。

黄土坡面沟蚀发生机理的水动力学试验研究

本文通过试验观测及理论分析，首次从理论上探讨了坡面侵蚀过程中，侵蚀方式发生演化的水动力学机理。计算及测试结果都证明了坡面侵蚀由面状侵蚀向沟状侵蚀发展的内在原因是由于坡面径流在顺坡流动过程中，径流受边界干扰所形成的急流冲击波影响的结果。由于急流冲击波的作用，在水流方向上的冲击波交汇点，不仅水深出现局部增加，而且也会导致径流流速增大以及水流紊动增强。最终在水流纵向上出现径流侵蚀切应力的激增点。在这些切应力激增点处，水流急剧地侵蚀搬运表土，形成导致侵蚀沟发育的沟头。

基于光滑粒子数值方法的坡面水动力过程模拟研究

【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,采用粒子重构技术实现了无需新的入流粒子来模拟坡面径流过程。利用该模型分别模拟了四个不透水边界层上的降雨-径流案例,分析了不同降雨强度和地形坡度等变量对坡面径流水动力学特性的影响。【结果】结果表明:无论是恒定降雨或非恒定降雨时,模型都能够较好地捕捉坡面上的急流、缓流现象,模拟值与试验值在出口流量或水深等方面具有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内。在三种不同坡度组合的地形上施加降雨时,陡坡上产生的径流动量较大,与缓坡上的径流相遇时会在流量图中出现凸起现象,这与试验得到的结果趋势基本一致,说明该模型对于复杂地形和混合流态同样适用,能够准确建模并表现出良好的性能。对于出口流量结果中出现了少数的数值振荡问题,可能需要调整人工粘性项的参数,或是使用其他出流边界,以抑制振荡波的发生。【结论】该模型框架简单,计算结果合理准确,能够较好地模拟不同地形和降雨模式下的坡面流过程,具有一定的可行性和可靠性。

坡面水文过程与土壤有机碳迁移研究进展

选取中国四种典型区域(东北黑土区、南方红壤丘陵区、北方黄土高原区、西南岩溶区),概述了不同类型区域坡面水文过程与土壤有机碳迁移的关系,分析了坡面水文过程驱动下土壤有机碳迁移的影响因素。结果表明,不同类型区域的土壤有机碳迁移路径及形式因其水文过程不同而存在差异性,土壤类型、降雨强度、坡度等自然因素会影响土壤有机碳迁移路径及在泥沙中富集;而耕作、施肥、土地利用等人为因素既会改变土壤有机碳含量和外源输入而影响其迁移量,也会影响土壤有机碳迁移路径。在对前人研究成果的总结的基础上,本文认为应加强红壤区及岩溶区不同土壤有机碳迁移路径的同步监测研究,明晰水力侵蚀作用下土壤有机碳迁移转化过程与微生物群落之间的耦合关系,建立考虑多维度、多界面水文过程驱动下土壤有机碳迁移模型。

内陆干旱与半干旱区风水复合侵蚀研究进展

风水复合侵蚀是陆地表面在风力和流水同时或者交替作用下逐步塑造出风水复合侵蚀区独特的侵蚀地貌的过程。风水复合侵蚀中风蚀、水蚀两者的作用机制和过程完全不同,不是简单的风蚀加水蚀,而是一个相互作用呈一定周期循环的复杂体系,风水复合侵蚀具有明显的时空分布特点,在一定的区域范围内也存在着规律的时间变化特点。由于风蚀、水蚀作用机制和过程的完全不同,所以对风蚀、水蚀的研究也大多是独立的,风水复合侵蚀的研究起步相对较晚。本文根据时间顺序分析了国内外对风水复合侵蚀的研究,总结出了以往对风蚀、水蚀复合侵蚀研究的内容、形式、进展和趋势,以及对风水复合侵蚀的未来发展进行了展望。

WEPP模型的侵蚀模块理论基础

WEPP模型是描述土壤水蚀物理过程的美国新一代水蚀预报模型,其中的侵蚀模块对于定量刻画黄土高原坡面侵蚀过程和建立以物理过程为基础的侵蚀预报模型具有重要的借鉴价值。WEPP坡面侵蚀模型将地表径流分为细沟流和细沟间径流,建立了计算土壤侵蚀及沉积净值的稳态空间变化泥沙平衡连续方程,并进一步外延和推出了随着空间位置不同而变化的方程基本参量、侵蚀参量标准化形式以及泥沙平衡方程通用表达式,可以较好地反映坡面侵蚀产沙时空分布。

近十年来核素示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用进展

随着核素示踪技术在土壤侵蚀研究中应用的深入,土壤侵蚀研究进入了一个快速发展阶段。本文阐述了近十年来137Cs2、10Pbex7、Be、复合示踪及REE-INAA示踪等几种主要核素示踪技术在土壤侵蚀速率、泥沙沉积速率、泥沙来源和坡面侵蚀过程等研究中的应用新进展,并对今后的研究方向和发展趋势进行了分析。

黄河中游黄土覆盖区河流入汇角的特征研究

采用正交回归法计算了黄河中游黄土覆盖区河网的入汇角,并分析了其统计特征、空间分布特征和主要影响因素,建立了河流入汇角与流域水系发育机理间的联系.研究区域内,河流入汇角近似正态分布,空间上具有明显的自东南向西北递增的趋势,整体均值相比其他位于相似气候区的河网偏大.相关关系分析表明,河流入汇角与地形坡度和河道凹凸程度的相关性强于降雨量,干旱度指数在研究区域内部的差异对河流入汇角没有显著影响.河流入汇角的空间变异一定程度上反应了水系发育过程中坡面过程和流水侵蚀相对强度的差异.

A two-dimensional numerical model coupled with multiple hillslope hydrodynamic processes and its application to subsurface flow simulation

A numerical hillslope hydrodynamic model is of great importance in facilitating the understanding of rainfall-runoff mechanism.However,most of the currently existing models do not consider the effect of coupled hydrodynamic processes as runoff,subsurface flow or groundwater flow.In this study,the Tsinghua Hillslope Runoff Model based on multiple hydrodynamic process,THRM model,is developed,which couples with Saint Venant equation for surface runoff and Richards equation for variably saturated soil water movement(including subsurface flow and groundwater flow).A finite difference scheme with improved boundary conditions is adopted in this research.It is revealed from the simulation that the THRM model has a high computational efficiency and stability in simulating subsurface flow of the experimental hillslope,which is valuable in assessing the hillslope runoff generation mechanism.A model based sensitivity analysis is also carried out.The impact of boundary condition,grid size and initial soil moisture on simulation result and model stability are revealed,which provides insightful references to understand the mechanism of subsurface flow.