甘肃西峰南小河沟流域土壤入渗分布规律研究

通过野外积水入渗试验,探讨了不同地貌(塬、坡、沟)和不同土地利用类型(大豆地、麦茬地、玉米地、刺槐地、油松林地等)对土壤入渗特性的影响,并采用3种入渗公式对不同地貌特征与不同土地利用条件下土壤入渗的变化规律进行了拟合。结果表明,塬面和阴坡上用考斯加可夫公式能较好地反映土壤入渗规律。前30 m in的累积入渗量以塬面水平梯田大豆地最小,为32.061 mm;以塬面坡耕麦茬地最大,为230.488 mm。入渗速率以塬面麦茬地最大,为4.245 mm/m in,以塬面水平梯田大豆地最小,为0.239 mm/m in。不同坡向的入渗率均表现为阴坡大于阳坡。

南小河沟流域侵蚀沟道特征研究

为探索高塬沟壑区侵蚀沟道特征与治理措施布局之间的数量关系,采用地貌几何定量数学模型和沟道形态特征分析方法,对南小河沟流域沟道级别、沟道形态特征(开析度、地面割裂度和主支沟系数)及其适宜的治沟措施进行了研究。结果表明:南小河沟沟道可分为3级,主支沟状况可分为支沟型和主沟型两种,沟道开析度可分为半开析型、开析型、深切型3种,割裂度有强、中、弱3种,流域内实际存在9种不同级别、不同类型的组合类型。Ⅰ级沟道是治沟措施布设的重点区域,Ⅱ级沟道仅有谷坊分布,Ⅲ级沟道仅有治沟骨干坝分布。

南小河沟流域降水特性及趋势分析

应用降水倾向率法和M ann—kendall检验法等方法对南小河沟流域1989～2004年雨量和雨日分布特征及其变化规律进行了分析。结果表明：降水主要集中在5～10月份,其中夏季降水量占全年降水量50.2%,年平均降水日数为89 d,其中降水量大于等于1.0 mm的降水日数占全年的66.9%,大于等于10.0 mm的降水日数全部集中在3～11月份,大于等于25 mm、50 mm主要集中在5～10月份。相对于年平均降水量520 mm而言,本地区正常降水年份占38%,异常降水占62%。90%的最长干旱持续期出现在冬季,但春末夏初也会出现10～20天的干旱天气。从年际变化看,流域年降雨量、汛期雨量均呈增加的趋势,旱期雨量呈减少的趋势。

2004—2016年南小河沟流域土壤侵蚀动态变化

基于GIS和RS技术,结合遥感影像、DEM数据,分析了2004—2016年南小河沟流域土壤侵蚀强度的时空动态变化特征。结果表明:2004—2016年,南小河沟流域轻度及其以上土壤侵蚀面积呈减小趋势,从2004年的11.95 km2减少到2016年的8.06 km2,减少了32.55%,其中强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积分别减少了35.69%、42.96%和62.98%。研究了导致南小河沟流域土壤侵蚀程度发生变化的主要原因,其中土地利用类型和植被覆盖度变化对土壤侵蚀程度影响较大,而坡度变化的影响相对较小。

典型对比小流域降水特征及其对径流泥沙的影响——以南小河沟流域为例

为深入了解黄土高塬沟壑区水土保持对流域径流泥沙的影响机理、特点及规律,基于小流域平行对比观测法,以南小河沟流域中杨家沟、董庄沟小流域为主要研究对象,采用统计学、双累积曲线、统计模拟、综合归因等方法研究了小流域深度治理对流域地表径流的作用和影响。结果表明:经过治理的杨家沟小流域年产流次数、泥沙量均明显减少,蓄水量显著增加,特别是年产流降水量明显小于处于自然恢复状态的董庄沟小流域;杨家沟次径流量变率明显大于董庄沟,即治理使地表径流变化剧烈;治理流域比未治理流域平均洪水历时缩短了21.03 h,即水土流失治理可以缩短小流域洪水历时,减轻水土流失灾害。

南小河沟流域土壤水力特性参数的试验研究及特征分析

【目的】研究土壤水力特性参数及其特征,为土壤水力特性参数的选取和确定及水分运动和污染物迁移的预测奠定基础。【方法】对甘肃省南小河沟流域不同地貌、不同土地利用方式的土壤进行分层取样,采用离心机法测定各地类的土壤水分特征曲线,运用Gardner模型对试验结果进行分析。【结果】Gardner模型的对数形式能较好地反映各地类的土壤水分特征曲线。对全流域及划分地类后得到的模型参数的关系分析表明,它们具有较好的线性关系,因此可将模型进一步简化为单一参数模型。对单一参数模型参数统计特征的分析表明,单一参数A随着地貌类型的变化而表现出一定的变化特征,可以作为土壤水分特征曲线空间变异的变异系数。【结论】可以用参数A作为反映地貌类型的指标,并可应用于区域土壤水分特征曲线的估计。

南小河沟流域土地利用动态变化分析

本文选用了1951年、1981年、2016年土地利用现状数据,采用土地利用动态变化模型、土地利用景观的多样性指数、优势度指数和均匀度指数等指标分析南小河沟流域土地利用的动态变化。结果表明,1951—1980年、1981—2016年、1951—2016年南小河沟土地利用发生了明显的变化,园地、林地、居民点及交通用地和水域及水利设施用地增加,耕地、草地及其他土地减少,综合土地利用动态度呈增长趋势;南小河沟土地利用程度整体呈发展趋势;土地多样性和均匀度呈增加趋势,优势度呈下降趋势。

泾河南小河沟流域自然降雨特性

采用德国HSC-OTT Persivel32激光雨滴谱探测仪监测南小河沟流域自然降雨的雨滴谱,分析不同雨型自然降雨雨滴特征及其分布规律,并分析了降雨特性各要素间的相互关系。结果表明:(1)该区自然降雨雨滴直径集中在0.3~1.5mm,与黄土高原利用传统的滤纸色斑法测定结果基本一致,但略小于东北和闽南地区。当雨强I<10mm/h时,雨滴中数直径随雨强的增大而增大;当I≥10mm/h时,雨滴中数直径骤然下降,这在一定程度上和雨强增大后大雨滴破裂有关。该地区雨谱随雨强的变化可用Best分布拟合。(2)普通型降雨雨滴数量随直径的分布曲线较平缓,其动能与雨强呈线性相关;而短阵型降雨的雨滴数量随直径的分布曲线较陡峭,其动能与雨强呈幂函数关系。两种雨型的降雨动能均随雨强的增大而增大,但短阵型降雨动能增大的更快,因此短阵型降雨的侵蚀力更大。

1954-2018年黄土高塬沟壑区南小河沟流域径流场数据集

南小河沟流域是黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站开展黄土高塬沟壑区水土流失规律观测和水土保持试验研究的典型小流域。从1954年开始先后在南小河沟流域的塬面、坡面、沟道分别布设径流场,对高塬沟壑区典型小流域径流泥沙来源及水土保持单项治理措施效益进行定量观测与研究。本数据为1954-2018年南小河沟流域154个径流场观测数据集,观测要素包括降水量、径流量、泥沙量、土壤含水率。可为黄土高塬沟壑区水土流失规律研究、土壤侵蚀预测模型构建、水土保持措施配置提供科学、可靠和长期连续的观测数据。

子洲县小河沟流域坝系调查浅析

子洲县小河沟流域属黄土丘陵沟壑区 ,沟道坝系建设从50代初开始 ,已经有近50年的历史。现存淤地坝47座 ,其中小型坝大多已淤满 ,流域防洪拦泥主要靠主沟中的骨干控制工程。调查分析认为 ,由于坝工程分布不均衡 ,造成骨干工程负荷过大 ,不利于坝系安全。为了充分利用流域内的水沙资源 ,进一步发挥坝系的拦泥、防洪和生产功能 ,小河沟流域的坝系建设 ,必须进行必要的调整和补充 。

基于改进S-W模型的南小河沟流域蒸散发分配及控制机制

精准量化蒸散发(ET)及组分并探明其控制因子,有利于合理评价及规划管理区域水资源。根据黄土高原水土保持治理典型小流域南小河沟流域2016—2020年连续性长期观测数据及野外试验,基于改进的S-W(Shuttleworth-Wallace)模型,模拟典型人工林地ET及组分动态变化,并利用结构方程模型(Structural Equation Modeling,SEM)分析植物蒸腾(T)、土壤蒸发(E)与控制因子间的耦合关系。结果表明:(1)改进的S-W模型在南小河沟流域适用性较好,其中土壤表面抗阻力(r_(s)^(s))的阈值为50~2500 s·m^(-1),与土壤表层含水量(θ)经验函数类型为指数型,土壤颗粒中沙粒含量越大,线型斜率越大。(2)典型人工林地ET范围为276.76~402.86 mm,多年平均T、E占ET的51.6%和48.4%,ET、T和E规律为各月间变化不明显,但日间波动剧烈,T和E波动趋势基本一致,与年降雨量变化一致,和次降雨表现滞后性。(3)SEM分析净辐射(R_(n))、气温(T_(a))、θ对ET影响最为显著,其中R_n对T影响最大(总影响为0.614),T_(a)对E影响最大(总影响为0.426);T对E体现为正相关,贡献系数达0.503。基于改进的S-W模型对ET进行评价及组分分离,为深刻揭示干旱半干旱区生态水文过程提供依据。

黄土高塬沟壑区绿水对土地利用和气候变化的响应研究——以南小河沟流域为例

黄土高原地区生态环境脆弱,水资源十分匮乏,生产、生活和生态用水受到严重威胁。本文选择黄土高塬沟壑区典型小流域——南小河沟流域为研究对象,分别采用水量平衡法和Zhang模型法评价了该流域1954—2012年的绿水资源量,利用Mann-Kendall统计检验法对年绿水量进行了趋势分析和突变点检验,并探讨了绿水对土地利用和气候变化的响应规律,定量评价了两者变化对绿水的影响。结果表明:与水量平衡法相比,Zhang模型法的拟合结果较好,流域多年绿水资源量为443.2 mm,年绿水量呈不显著的下降趋势,突变时间发生在1978年;各土地利用类型绿水的年际变化不均,其中林地绿水量最大,草地次之,建筑用地最小;气候变化对绿水的影响中,降水是影响绿水的主要限制因素;根据情景分析法的计算结果,1954—2012年期间气候因素和土地利用因素对绿水变化的贡献率分别为123.6%和-23.6%,分离评判法的计算结果为137.7%和-37.7%,因此气候变化对绿水的影响要远大于土地利用变化,而林地面积增加是土地利用变化使绿水量增加的原因。该研究可为黄土高原区域生态环境恢复、区域水资源规划管理提供合理有效的理论依据。

甘肃南小河流域土壤水分扩散率单一参数模型的建立及应用

非饱和土壤的水力性质是进行土壤中水分与污染物运移模拟的物理参数,其中土壤水分扩散率是定量模拟土壤水分流动和溶质运移的最重要的参数之一。通过对甘肃省南小河沟流域不同地貌、不同土地利用方式的土壤分层取样,采用水平土柱吸渗法测定各地类的非饱和土壤水分扩散率;运用土壤水分扩散率的单对数模型和双对数模型对试验结果进行分析。结果表明:单对数模型参数具有明显的线性相关,可以建立表征描述南小河沟各地类的土壤水分扩散率的单一参数的单对数模型;进一步从全流域及划分地类后得到的模型参数B与A的关系分析表明它们具有较好的线性关系,可对模型进一步简化为单一参数模型。分析单一参数模型B的统计特征表明:参数B随着地貌类型的变化具有一定的变化特征,可作为土壤水分扩散率空间变异的变异系数。因此,可以用参数B作为反映地貌类型的指标,应用于区域土壤水分扩散率的估计中。

黄土高原沟壑区典型小流域高精度DEM制作及其应用研究

高精度数字高程模型(DEM)是水土流失规律研究与流域地形空间分析中重要的空间数据。以黄土高原沟壑区的南小河沟流域为例,以1∶1万地形图为数据源,探讨了在Arcgis和ArcView地理信息平台下,生成高精度DEM及提取流域土壤侵蚀指标的步骤和方法。结果表明,提取的地形信息能准确地反映该区域地形起伏变化与破碎状况,满足当前"数字流域"建设的需要。

黄土高原沟壑区典型小流域径流变化趋势及归因分析

为了探究黄土高原小流域径流变化的驱动因素,改进流域治理规划,实现黄河流域生态保护和高质量发展。以黄土高原水土保持治理的典型小流域--南小河沟流域为研究对象,基于1958—2017年实测的水文及土地利用资料,采用Mann-Kendall趋势检验法对降雨、径流资料进行了趋势分析及突变点检验;基于双累积曲线法和弹性系数法对该流域的径流变化进行了归因分析,定量揭示了气候变化和人类活动对于径流变化的贡献率,并对不同方法计算结果进行了比较。结果表明:(1)径流的突变点出现在1985年,在0.05的显著性水平之下,降水量和径流量在基准期呈波动趋势,降水量在变化期则呈不显著减少趋势,径流量在变化期则呈现显著的减少趋势;(2)双累积曲线法计算得到气候变化和人类活动对于径流减少的贡献率分别为7%,93%;弹性系数法计算得出气候变化和人类活动对于径流减少的贡献率分别为42.6%,57.4%。综上,人类活动是径流变化的主要影响因素;相比双累积曲线法,在对黄土高原小流域径流变化进行归因分析时更推荐采用弹性系数法。

黄土高原小流域水土保持与水土资源高效利用技术示范

1成果技术介绍1.1高原沟壑区“三道防线”治理及水土资源高效利用技术示范承担单位:西峰站,项目经费:71.37万元(45+26.37)。该示范技术选择西峰南小河沟流域试验场作为示范点,开展“三道防线”综合治理(图1)和基于径流调控利用的多元综合治理,将工程措施配置技术、林草措施配置技术及径流高效利用技术进行有机结合,统一布局,形成高原沟壑区水土流失综合防治体系(图2)。使塬水不下沟可减少流域总侵蚀量的77.9%。

不同林草植被覆盖度的水土保持效益及适宜植被覆盖度

以1954--2004年南小河沟流域水文气象观测资料及所布设的林地、草地径流场观测资料为数据源，进行坡面侵蚀强度与径流指标、降水指标、植被覆盖指标之间的定量分析。结果表明：林草植被措施减轻坡面侵蚀的作用明显；防治水土流失的林草植被覆盖度以40％～60％分界明显；从防治水土流失的角度出发，黄土高原沟壑区人工林地和草地建设的有效植被覆盖度应不小于60％和50％。

黄土区人工林地土壤水分对气候特征的响应

选取南小河沟流域油松、刺槐、侧柏人工林地覆盖为研究对象,对2003—2012年作物生长季土壤含水率进行连续观测,利用Duncan法对比分析土壤含水率在不同年份、月份、深度的差异性,同时研究不同人工林地土壤含水率与标准化降水蒸散指数(SPEI)、温度、降水量之间的响应特征.结果表明:土壤水分随着土层深度的增加而逐渐降低,并长期维持在较为稳定的范围内,3种树种在不同深度差异性上体现出不同,油松林地体现在20,60 cm,呈现3个等级变化趋势,刺槐林地的差异性表现为0—20 cm与40—100 cm,侧柏林地的不同土层含水率在40 cm深度时出现了差异;土壤含水率与气温、降水量、SPEI的相关性随土壤深度的增加而变弱,其中与气温呈负相关,与降水量、SPEI为正相关,并且温度、降水量和SPEI对刺槐林地土壤含水率影响最大.

半干旱半湿润地区生态修复效果调查

按照不同立地条件疏林地的补植情况及沙棘灌木林带造林图斑,采用图斑抽样的调查方法,对南小河沟水土保持生态科技示范园油松、狼牙刺、沙棘造林效果进行了监测;还对不同立地条件优良牧草、疏林地天然植被的覆盖率进行了调查。结果表明:不同立地条件疏林地补植狼牙刺下坡成活率、生长量明显高于上坡,保存率均较低;油松容器苗在半阴缓坡的造林成活率、保存率均比阴坡台地高;阳坡和阴坡沙棘造林成活率、保存率低,红土泻溜陡坡成活率、保存率、生长量高;阳坡、阴坡、台地均能种植优良牧草,气温、水分、光照均影响出苗率、覆盖率;阳坡植被覆盖率达76.5%、阴坡达82.4%、沟底台地达92.7%。