黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅降雨装置

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅自 1 992年竣工以来运转正常 ,在降雨面积之大、降雨强度调节范围之宽、降雨特性与天然降雨之接近程度、以及自动化控制程度等方面 ,目前均为全国之最。在土壤侵蚀实验研究中发挥了重要作用。在论述土壤侵蚀模拟实验重要意义的基础上 ,简要介绍了有关模拟降雨装置 (包括降雨喷头、供水管网等 )的设计依据、选型和布设安装等情况 ,并介绍了模拟降雨的基本特征。

晋江东溪流域土壤侵蚀分布式模拟

应用分布式水文模型SWAT（Soil and Water Assessment Tool），通过细分子流域，对晋江东溪流域产流和产沙进行模拟，以相对误差、决定系数和效率系数为指标，采用洪濑水文站1972-1979连续8年的实测径流和泥沙数据进行参数率定和模型验证。模拟结果表明，细分子流域能够有效改善枯水期径流模拟结果；该模型适用于水库影响下的泥沙负荷模拟。

降雨侵蚀力空间插值不确定性及其对侵蚀模拟结果的影响

降雨侵蚀力空间插值的不确定性直接关系到土壤侵蚀的模拟结果和预测精度。利用浙江省金华市51个自动气象站近5年的逐日降雨资料,探讨了降雨侵蚀力空间插值过程中由插值方法、格网大小以及站网密度等因素所造成的降雨侵蚀力(R因子)不确定性,在此基础上,分析了R因子不确定性对土壤侵蚀量模拟结果的影响。研究表明:1)对于站网密度较高的自动站而言,插值方法和格网大小对R因子不确定性的影响不大,对R插值精度起决定作用的是站网密度;2)标准小区条件下,R因子不确定性可导致土壤侵蚀模拟结果的绝对误差在200t/(hm2·a)以上,因而很难在红黄壤区根据通用土壤流失方程的模拟结果准确区分无明显侵蚀区和轻度侵蚀区;3)土壤侵蚀模拟中需要考虑各因子误差的叠加和累积效应,在其他因子相对误差为10%条件下,使用研究区36个站点进行插值,侵蚀量模拟结果的最大相对误差可超过40%。

陕北黄土洼聚湫类型划分与侵蚀产沙模拟研究

为了揭示泥沙沉积与降水的关系,重建淤地坝水成黄土的沉积环境,选择陕北黄土洼的天然聚湫为研究对象,通过野外多次多点位打钻采样和样品测定,利用近60年降雨数据与剖面粒度的对比分析和数学模拟等方法,划分了黄土洼聚湫类型,建立了标准聚湫侵蚀产沙模型。结果表明:(1)将黄土洼的侵蚀性雨量标准定为9.2mm能更好地反映黄土洼的土壤侵蚀状况;(2)依据降雨数据,黄土洼年均最大日降雨量52.7mm以下的降雨总量占88.1%,利用52.7mm以下降雨量产生的泥沙分布范围,可以确定"非标准聚湫"的范围;(3)通过对库容曲线的模拟将1 058.03m定为零库容高程点,并基于黄土洼的分形维数对岔巴沟流域建立的次降雨侵蚀输沙模型进行了修订,建立了适用于本地区的侵蚀产沙模型;(4)对各剖面沉积物粒度旋回规律进行对比分析,并结合模型计算数据,确定了黄土洼"标准聚湫"在近坝地剖面点附近,坝地至沟口附近之间为"非标准聚湫",沿沟至沟头以上均为"非聚湫"沉积区。

喷嘴式流入控制装置特性研究与侵蚀模拟

水窜和气窜是油气储藏的常见问题,最终会导致非经济性开采。为延长开采周期,设计了流入控制装置。但由于油藏开采周期长达20多年,工具工作环境渐趋恶劣,因此流入控制装置的可靠性极为重要。丹麦技术大学的研究人员采用CFD方法,从雷诺数、流量系数和几何结构等3个方面对倾斜喷嘴式流入控制装置进行了特性研究,结果表明喷嘴边缘对流入控制装置流动特性的影响很大。同时,应用拉格朗日粒子法做了进一步的侵蚀模拟研究,通过改变几何形状、喷嘴圆角半径、砂粒尺寸和压差等参数对喷嘴中和喷嘴边缘处的侵蚀进行了分析,最终实现了适应于不可压缩流体的优化设计,并提出了下步研究建议。研究结果对于我国长水平段水平井的开发具有借鉴意义。

SWAT模型在辽西地区土壤侵蚀模拟的应用

结合辽西地区3个水文站点2005-2018年实测含沙量数据,对SWAT模型在区域土壤侵蚀模拟的适用性进行分析。结果表明:SWAT模型年土壤侵蚀量模拟的相对误差可控制在±25%以内,月尺度纳什效率系数均在0.5以上,总体可满足流域土壤侵蚀模拟的精度要求。模型可作为辽西土壤侵蚀模数时空模拟的有效平台。

基于SFM-MVS技术的坡面水冲侵蚀过程模拟

科学有效地开展土壤侵蚀动态监测,对于摸清侵蚀机理,采取有效水土保持措施至关重要。结合室内土槽水冲试验,采用基于SFM-MVS技术的近景摄影测量方法,开展了第四纪红黏土发育红壤的坡面土壤侵蚀过程模拟以及土壤侵蚀运移估算。研究结果表明,该技术可较好地模拟水冲情景下的坡面土壤运移、填挖等过程,并可实现坡面土壤侵蚀厚度的估算,是一种值得推广的用于研究坡面土壤侵蚀机理以及动态变化模拟的技术方法。

栅格水沙耦合模型在水保试验区土壤侵蚀时空模拟中的应用研究

本文采用水沙耦合模型,以栅格(1km×1km)为计算单元,对辽宁某水保试验区进行土壤侵蚀模数时空模拟,并结合试验区实测水量和土壤侵蚀数据对模型精度进行评价,同时还对区域不同水土保持措施下的土壤侵蚀模数进行了评价。研究结果表明:栅格水沙耦合模型可用于区域土壤侵蚀模数的空间模拟,模拟水量和土壤侵蚀模数与实测值误差小于25%;坡度为15°的水保工程措施可明显减少区域土壤侵蚀模数,相比于其他措施区域土壤侵蚀量削减35.5%~98.4%。研究成果对于不同水保措施下的水保时空效果模拟提供模拟方法参考。

海底管线附近底床侵蚀稳定性的湍流数值模拟判别

本文基于粘性流体理论采用NEW K-ε双方程湍流模式对复杂底床形态情况下的海底管线附近流场进行了数值模拟,计算结果显示NEW K-ε湍流模型能够较好的模拟出管线后方的涡旋以及分离、脱落趋势.在流场数值模拟结果的基础上,本文进一步计算了管线附近底床的壁面剪切应力,并结合相应的泥沙临界起动切应力判据对其进行了侵蚀稳定性判别.稳定性分析结果与已有成果的比较显示:本文的方法正确、可靠并具有能够揭示侵蚀机理和细微部位侵蚀情况等优点.同时,本文也对管线附近底质具有粘性特征以及固结作用的情况进行了有益的探讨.

江苏平原沙土区河沟边坡土壤侵蚀机制及模拟研究

项目以江苏平原沙土区典型河沟边坡为研究对象,通过采集土壤样本,从土壤基本性质、土壤侵蚀特征和土壤侵蚀模拟等方面展开研究。项目构建了径流冲刷作用下江苏省平原沙土区河沟边坡侵蚀水流动力学指标,建立了江苏省平原沙土区河沟边坡土壤侵蚀模拟的水动力学模型,明确了河沟边坡土壤侵蚀的主控因素,并研究了边坡侵蚀的对策和措施。项目量化了沙土区河沟边坡土壤侵蚀强度、降雨径流与溅蚀率、土壤分离速率的关系,揭示了平原沙土区河沟边坡土壤侵蚀机理及主导因素,拓展了平原区土壤侵蚀类型体系。

贵州猫跳河流域土地利用变化及其对土壤侵蚀的影响

土地利用／土地覆被变化及其环境效应研究成为当前土地变化科学研究的热点领域。我国西南喀斯特山区山高坡陡，地形破碎，土壤侵蚀严重，不合理的土地利用方式是造成喀斯特山区土壤侵蚀的主要人文因素。本文采用“3S”技术和RUSLE模型，分析了近30年来贵州省猫跳河流域土地利用／覆被变化的时空特征，模拟了不同土地利用空间格局下的土壤侵蚀状况，探讨了土地利用变化对土壤侵蚀的影响。结果表明：近30年来流域内土地利用／覆被发生了显著变化，1973年～1990年，水田、灌木林、其他林地、灌草地均在减少，旱地、有林地、水域、建设用地、裸岩地均在增加；1990年～2002年，水田、有林地、灌木林、灌草地、水域、城镇农村居民点建设用地均明显增加．旱地和裸岩地均大幅度减少。流域土壤侵蚀模数由1973年的30．88t／（hm^2·年）上升到1990年的35．08t／（hm^2·年），2002年下降到28．16t／（hm^2·年）。旱地和灌草地是流域发生土壤侵蚀的主要土地利用类型。封山育林、植树造林和退耕还林，减少陡坡旱地，是流域进行水土流失治理的有效措施。

黄土性质与土壤侵蚀的关系初探

该文详细地分析了土壤物理、化学性质与土壤侵蚀的关系，得出了土壤质地、机械组成、水稳性团粒结构、粘粒含量、有机质、易溶盐含量等因素与土壤侵蚀关系密切，是土壤侵蚀模拟实验中土壤相似应考虑的主要控制因素。

基于GeoWEPP模型的桥子沟流域土壤侵蚀对比研究

为探讨人类活动对黄土丘陵区土壤侵蚀时空格局的影响,选取黄土高原丘陵区典型小流域桥子沟(包括桥子东沟和桥子西沟两个对照小流域)为研究对象,利用GeoWEPP模型对不同时段内两个子流域土壤侵蚀时空格局进行了定量模拟,并开展了1988-2000年水土保持治理效应对比分析,探讨了土地利用变化对流域产流和产沙的影响.结果表明,模拟获得的两子个流域各阶段径流深及输沙模数与实测数的相对误差均小于15%,说明GeoWEPP模型适用于桥子沟;在阶段1(1988-1990年)、阶段2(1991-1995年)和阶段3(1998-2000年)三个阶段,桥子沟土壤侵蚀状况均有好转.对比发现,在实施了土地利用整改措施的阶段1-阶段2时期,两个子流域土壤侵蚀均得到改善,而在阶段2-阶段3时期,实施水土保持措施的桥子东沟土壤侵蚀改善效益明显高于未实施措施的桥子西沟,表明水土保持措施在水土流失治理中发挥了积极的作用;不同时期流域的土地利用与土壤侵蚀强度的时空变化关系密切,说明合理的土地利用变化改变了该流域下垫面条件,能有效地减缓流域土壤侵蚀,是流域土壤侵蚀格局变化的主要驱动力.研究结果可为黄土高原有效实施水土保持治理措施,开展土壤侵蚀监测、防治和小流域管理提供依据.

红壤坡地降雨产流产沙动态过程模拟试验研究

研究以浙江省兰溪水土保持综合试验站为研究基地,通过设定特定植被覆盖度(15%)不同坡度(8°、15°、20°)的径流试验小区,小区面积为2m2,采用野外人工模拟降雨试验方法,对降雨强度(0.8～2.9mm·min-1)范围内,红壤坡地产流和产沙随雨强和坡度的变化特性进行了模拟试验。通过32场模拟降雨试验数据的分析,得出结论如下:①产沙量与雨强呈指数函数关系,产流量与雨强呈幂函数关系,径流量与产沙量的相关性大于雨强与径流、雨强与产沙;②随坡度的增大,产流时刻提前,泥沙起动和产沙突增的雨强临界减小;③随坡度增大,累积产沙量的递增速率比累积径流量的递增速率要快;④场降雨侵蚀模数与雨强的相关性随着坡度的增大而增强。

耕作土壤侵蚀模型简介

耕作引起的侵蚀与耕作搬运系数关系密切 ,耕作搬运系数取决于耕作工具和土壤之间的相互作用。耕作工具的特性直接影响土壤的运动。耕作土壤的运动可模拟为牵拉、掷跳和翻滚 3种状态 ,土壤侵蚀专家D .Torri等人通过试验 ,将其运动的 3种系列方程装配成计算机模型 ,即耕作土壤侵蚀模型 (SETi) ,此模型可以说明铧式犁的特性参数 ,从而用来计算很多经验模型的耕作搬运系数 ,也可用来设计减少耕作侵蚀的耕作工具。

SOTER支持下海南岛土壤侵蚀模拟与影响因子分析

基于SOTER数据库,利用USLE方程对海南岛土壤的现实和潜在侵蚀量进行了定量估算,结果表明海南岛92.82%的面积土壤侵蚀量在500t/km2·a以下,侵蚀主要发生在中坡度坡地和高坡度丘陵区;而由于其所处的特殊气候区,潜在侵蚀量巨大,中度以上侵蚀面积达到全岛的90.67%。酸性常湿雏形土、铝质湿润雏形土和铁质湿润雏形土相对侵蚀程度大,粉砂岩、泥岩地区最容易发生侵蚀。

考虑相变传热的炉缸传热模型的研究与应用

为了更准确地模拟高炉炉缸炉底的侵蚀状况。建立了考虑相变传热的非稳态炉缸炉底传热模型,并对不同的凝固潜热处理方法进行了比较.重点研究了修正温度回升法和潜热作为源项的处理方法,给出了不同潜热处理方法的使用条件.计算结果表明,与传统的不考虑凝固潜热的模型相比,考虑相变传热的模型能够更加准确地模拟炉缸实际侵蚀状况.应用潜热作为源项处理的模型对武钢1号高炉炉缸炉底的温度场进行模拟,并与热电偶实测温度进行对比,模拟结果与实测温度非常接近,平均温差小于10℃.该模型能够很好地模拟高炉炉缸炉底的侵蚀状况.

LISEM:一个基于GIS的流域土壤流失预报模型

９０年代初，荷兰学者以荷兰南部黄土区土壤侵蚀和水土保持规划研究为基地，开发了基于土壤侵蚀物理过程和ＧＩＳ的土壤侵蚀预报模型———ＬＩＳＥＭ（ＬＩｍｂｕｒｇＳｏｉｌＥｒｏｓｉｏｎＭｏｄｅｌ），为水土保持规划提供了一个支持工具。该模型考虑了土壤侵蚀发生的主要过程，可以与栅格ＧＩＳ集成，并可直接利用遥感动态数据。由于对土壤侵蚀和水文学过程的认识以及土壤水分时空变异性的描述方法还不尽成熟，所以ＬＩＳＥＭ模型仍需要进一步改进。

基于TETIS模型的黑土区乌裕尔河流域径流与侵蚀产沙模拟研究

为科学地认识中国东北黑土区流域土壤侵蚀特征,探讨TETIS模型在该区的适用性,本文以乌裕尔河流域为例,利用1971-1987年日径流与泥沙实测数据对TETIS模型进行了校正与验证,进而分析了流域土壤侵蚀强度特征及其与坡度、土地利用方式的关系。研究结果表明:TETIS模型在乌裕尔河流域适用性好,日径流与日输沙量的纳什效率系数在0.52~0.70之间,决定系数在0.60~0.71之间,体积误差均不超过15%。流域平均侵蚀模数为397.2 t/(km2·a),流域以微度和轻度侵蚀为主,约90%的产沙来自于坡面。平均土壤侵蚀模数随坡度的增大而增大,流域侵蚀量主要来自于0°~5°坡面。不同土地利用方式具不同的土壤侵蚀模数,耕地土壤侵蚀模数最大,达556.3 t/(km2·a)。坡度较大的耕地和植被覆盖度较低的区域是水土流失治理的重点。研究表明,TETIS模型在黑土区模拟土壤侵蚀产沙应用前景好,可为研究区制定水土保持措施提供科学依据。

耕层深度与土壤改良对作物产量及土壤特性的影响

土壤侵蚀影响作物生产,美国学者S.Jagadamma等人在俄亥俄州立大学华特曼农场通过移除和叠加耕层改变耕层深度、施有机肥和混合氮肥模拟土壤侵蚀对作物产量的影响。研究表明,产量增加顺序为移除耕层〈原状耕层〈叠加耕层;移除耕层的产量明显低于叠加耕层产量（9.4 t/hm2）;移除耕层和叠加耕层对0-10 cm的土壤有机碳含量影响不显著,10-20 cm的有机碳含量最低,不同耕层深度施有机肥比混合氮肥更能提高有机碳含量;施有机肥降低了土壤密度,提高了不同级配团聚体的有机碳含量和土壤水分;建立了土壤特性与产量的回归模型。