SR型野外人工模拟降雨装置

SR型人工降雨装置是一种多喷头、多单元组合式的间歇降雨装置。选用目前国内外较理想的喷头 ,在喷头处辅以可改变喷头降水方式的机械传动装置 ,以间歇方式降雨来满足其降雨强度 ,雨滴直径大小及其分布与自然降雨相似。每个单元的有效降雨面积为 2 m× 5 m;如果 4个单元组合成 ,其长度可增加 4倍 ,有效降雨面积即 2 m× 2 0 m。装置采用轻型铝合金材料制成 ,结构简单 ,易于安装拆卸 ,适用于野外工作。

黄土区不同地类坡面水沙动态过程及其发生机理的模拟实验研究

利用模拟降雨在降雨性质上的可控性优势,分析了在黄土丘陵区具有代表性的几种坡面土地利用方式(林灌地、封禁荒草地、弃耕农地)的产流产沙动态过程及发生机制。结果表明,在降雨条件相近时,不同类型坡面状况的初始产流时间差异明显。次降雨过程中各地类小区产沙和产流动态变化不完全一致,产沙量较产流量增加趋势更为显著。在降雨和土壤条件相对一致的条件下,不同地类小区的侵蚀产沙过程差异显著,其中林地和草灌地与坡耕农地相比可增加入渗,减水效益明显,减沙效益更为显著,表明实施林草植被建设,包括退耕封禁等措施在内的生态治理减蚀效益明显,能够有效地减少坡面的来水来沙;并提出了可反映土壤抗蚀能力的量化指标——单位冲刷强度,为在实验流域对包括退耕还林草、封禁措施在内的生态恢复重建过程的流域水沙变化及其效应评估提供量化指标。

黄土丘陵沟壑区20年龄期梯田果园对不同标准极端降雨侵蚀调控作用

针对黄土丘陵沟壑区极端暴雨频发,严重威胁梯田果园安全生产,而梯田果园对不同标准的极端暴雨侵蚀调控研究薄弱这一科学问题,在延安方塔20年龄期的梯田果园上进行野外模拟降雨试验,对果树、坡面植被、坡面枯落物3种调控因子在降雨强度由百年一遇增大到万年一遇时的侵蚀调控效果开展研究。结果表明:(1)相较于无调控措施,枯落物的减水率由44.11%增大到52.55%,坡面植被的减水率由22.81%增大到26.98%,而果树对产流的消减作用存在阈值,其对产流的消减量为4.49~5.81 L/m^2。(2)相较于无调控措施,果树、坡面植被和枯落物对侵蚀产沙的消减量都随雨强增大而增大,但坡面植被的减沙率随暴雨标准提升而减小,果树的减沙率随暴雨标准提升呈正相关,当降雨标准超过千年一遇时,果树对产沙调控效果超过坡面植被,枯落物在减少侵蚀产沙中一直处于主导地位,其减沙率在60%以上。(3)梯田果园在3个调控因子综合作用下,减水减沙效益超过80%,遭受万年一遇暴雨时,次降雨侵蚀模数仅为93.75 t/km^2,低于容许土壤侵蚀量,说明随梯田果园生产年限增加安全标准提高。本研究能为黄土丘陵沟壑区数百万亩梯田果园梯安全生产提供科技支撑。

矿区3种弃土弃渣体侵蚀及水动力学差异研究

人为因素影响使得矿区扰动地表范围广,形成的弃土弃渣物质组成复杂,且堆积坡度较大,在降雨作用下容易产生严重水土流失。在野外调查基础上,通过选取、修筑径流小区并建立野外人工模拟降雨场,研究弃土体、沙多石少弃渣体和沙少石多弃渣体3种下垫面的侵蚀及水动力特征的差异性。结果表明:(1)弃土弃渣体平均径流率随雨强增大1.5~3.0倍,递增幅度是33.7%~276.2%。(2)沙多石少弃渣体的平均流速较弃土体及沙少石多弃渣体大,随雨强增大,3种弃土弃渣体的平均流速递增13.6%~43.3%;同雨强下,沙多石少弃渣体平均侵蚀速率分别是弃土体和沙少石多弃渣体的1.8倍和11.2倍。(3)弃土弃渣体次降雨下的平均雷诺数以过渡流为主,水流呈缓流。平均径流率与平均水流功率、水流剪切力分别可用线性函数表示,决定系数>0.8;弃土体及沙少石多弃渣体平均侵蚀速率与平均水流功率、水流剪切力分别可用线性函数表示,决定系数>0.9,而沙多石少弃渣体呈幂函数关系,决定系数在0.5左右。

典型黄土坡面天然草地产流产沙规律试验

通过野外模拟降雨试验，研究黄土区天然草坡的产流、产沙规律。试验设2个地类（草地和裸地）、3个降雨强度水平和3个坡度水平。结果表明：坡面初始产流时间与降雨强度呈负相关关系，与裸地相比，草地在降雨强度较大时（〉2.0 mm/min）加快坡面产流，在中（1.0-2.0 mm/min）、小等级降雨强度（〈1.0 mm/min）下则延缓产流；降雨强度较大时，裸地大坡度的产流强度随时间呈对数函数形式增长，中小等级降雨强度下的增长方式不符合这一规律；与中、小等级降雨强度不同，裸地在降雨强度较大时的产流产沙过程不一致；与裸地相比，草地的产流过程更为复杂，并不符合产流强度随时间呈对数函数形式增长的一般规律，草地产沙过程线与产流过程线的相对吻合程度受降雨强度的影响不明显。