黄土高原不同降雨强度下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响

[目的]明确不同降雨强度下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响,进一步评估生物结皮的水土保持功能。[方法]以黄土高原典型藻结皮和苔藓结皮为研究对象,系统研究了60,90,120,150,200 mm/h雨强下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响。[结果](1)所有雨强下藻结皮和苔藓结皮坡面流流型均为层流,除200 mm/h雨强下苔藓结皮坡面流为急流外,所有雨强下藻结皮和苔藓结皮流态均为急流;(2)藻结皮在90,120,150,200 mm/h雨强下流速、径流量和径流系数分别是60 mm/h雨强的1.76~3.9,4.89~9.26,3.91~4.13倍,苔藓结皮则为1.34~2.56,5.86~13.81,2.46~4.26倍,流速和径流量均随雨强呈线性函数增加(R^(2)≥0.85,p<0.01),径流系数呈幂函数增加(R^(2)≥0.49,p<0.05);(3) 60,90,120,150,200 mm/h雨强下藻结皮阻力系数和曼宁糙率系数变化范围分别为0.15~0.74,0.01~0.03,苔藓结皮则为0.82~3.02,0.03~0.06,阻力系数和曼宁系数均随雨强成指数函数降低(R^(2)≥0.47,p<0.05);(4)降雨强度与生物结皮种类均与坡面水动力参数显著相关。所有雨强下,藻结皮坡面流速显著高于苔藓结皮(11.77%~118.31%),而径流量、阻力系数和曼宁系数则低于苔藓结皮(1.41%~37.55%,53.32%~90.42%和38.08%~73.00%)。[结论]生物结皮对黄土高原坡面流水动力参数有较大影响,未来应加强生物结皮对坡面流水动力参数的研究。研究对于黄土高原生物土壤结皮坡面流水动力参数特征具有重要意义,可对精准侵蚀预报模型提供理论支撑。

山东夏季两次极端雨强暴雨的滴谱特征研究

利用Thies激光雨滴谱仪观测的两次极端雨强暴雨的雨滴谱资料,结合CINRADA/SA多普勒雷达观测资料,分析了极端雨强对流降水雨滴谱和积分参数特征、以及地面雨滴谱的形成机制,主要结论为:(1)两次过程都是受副热带高压外围西南气流与西风槽共同影响,具有高温高湿的特点,有利于强降水的产生。(2)强对流降水(雨强R>20 mm h-1)雨滴谱参数lg Nw、D0与雨强R关系显示,2015年8月3日参数D0随着R增大很快增大,线性拟合线的斜率较大,lg Nw随着R增大逐渐减小,线性拟合线的斜率为负值;2017年7月26日D0和lg Nw与R都是正相关,但D0和lg Nw随着R增大较缓慢地增大,线性拟合线的斜率较小。强对流降水雨滴浓度NT与雨强R之间的关系可以用幂函数拟合,8月3日有较大系数和较小指数,7月26日有较小系数和较大指数。(3)不同雨强的对流降水平均雨滴谱分布显示,8月3日随着雨强增大(R>50 mm h^(-1)),直径1~3 mm中小粒子数密度相差不大,直径3~6 mm大雨滴的粒子数密度明显增大,对流降水Z–R关系有较大指数(1.61);7月26日随着雨强增大各直径档的粒子数密度基本同时增大,对流降水Z–R关系有较小指数(1.25)。综合各种参数与雨强关系和平均雨滴谱分布特征判断,8月3日强对流降水雨滴谱属于典型的尺寸控制雨滴谱特征,而7月26日对流降水属于浓度—直径混合控制的雨滴谱特征。(4)雨滴谱归一化Gamma函数参数Nw–D0分布显示,两次对流降水都具有典型大陆性对流降水雨滴谱特征,对流降水主要属于冰相对流降水雨滴谱,但8月3日过程有较多雨滴谱属于冰相—暖雨混合对流降水雨滴谱特征。

降雨强度和坡度对黑土坡耕地团聚体流失特征的影响

为量化雨强和坡度对团聚体流失特征的影响,以黑土坡耕地表层土壤(0—10 cm)为研究对象,采用室内模拟降雨的研究方法,对比了不同雨强(78,127 mm/h)及坡度(2°,4°,6°)下团聚体流失特征,并计算了雨强和坡度对团聚体流失量的贡献率。结果表明:(1)相同雨强条件下,团聚体流失总量随坡度的增加显著增加0.70~1.42倍;相同坡度条件下团聚体流失总量随雨强的增加在坡度4°和6°时分别显著增加1.94,2.41倍。雨强是团聚体流失总量的主要影响因子,贡献率为52.44%;(2)随坡度增加,流失团聚体MWD显著减少,D值仅在雨强78 mm/h时显著增加;随雨强增加流失团聚体MWD,D无显著差异;(3)随坡度增加,粒径5~1,1~0.25,0.25~0.053 mm团聚体流失量呈先增加后减少的趋势,粒径<0.053 mm团聚体流失量显著增加。随雨强的增加,小粒径团聚体流失量呈增加趋势,大粒径团聚体流失量仅在高坡度条件下明显增加;(4)雨强是粒径1~0.25,0.25~0.053,<0.053 mm团聚体流失量的主要影响因素,贡献率为27.42%~47.09%;坡度是粒径5~1 mm团聚体流失量的主要影响因素,贡献率为45.59%。研究结果可为明晰水力侵蚀过程中黑土坡耕地质量演变规律和防治水土流失提供参考。

“23·7”华北特大暴雨过程雨强精细化特征及动力和热力条件初探

基于ERA5再分析资料、国家级和区域级地面气象观测、双偏振多普勒雷达、地面雨滴谱仪、闪电定位仪、风廓线雷达等多源观测资料,对“23·7”华北创纪录极端降水过程中雨强的精细化特征,导致极端降水的中尺度对流系统(MCS),极端降水的微物理特征及动力和热力条件进行了分析。结果表明:整个过程小时雨强表现出面弱点强的特点,局地小时、分钟级雨强具有极端性。雨强阶段性特征明显,2023年7月30日08:00至31日20:00(第二阶段)雨强最强,与多个β-MCS发展有关,并伴有后向传播及列车效应等中尺度过程,降水以中等直径、高浓度雨滴为主,具有一定量的低浓度大粒子雨滴样本,属于海洋性与大陆性混合型降水,暖云碰并与冰晶聚合融化过程共存。7月29日08:00至30日08:00(第一阶段)和7月31日20:00至8月2日08:00(第三阶段)雨强相对较小,对应于前者的MCS垂直伸展高度较低、强度不强,以暖云降水为主导,雨滴浓度高、直径中等,对应于后者的MCS发展强盛,但移动速度快,也具有海洋性与大陆性降水混合型降水特征。三个阶段的大气整层可降水量最大值均超过70 mm,第一阶段天气尺度强迫强,对流有效位能(CAPE)在500 J·kg^(-1)左右,MCS发展高度相对较低;第二阶段后期天气尺度强迫有所减弱,但华北中南部对流不稳定能量再次重建,上游地区CAPE较第一阶段有所增大(600~1000 J·kg^(-1)),导致极端降水的MCS发展为深厚湿对流系统,雨强明显增大;第三阶段天气尺度强迫明显减弱,低层偏南风脉动辐合和大的CAPE为MCS强烈发展提供了有利条件。

引发内蒙古汛期暴雨洪涝灾害的降水事件雨强特征分析

选取2017—2018年汛期(6—8月)内蒙古108例引发暴雨洪涝灾害的降水事件,对其雨强持续性、最大值、日变化等特征进行分析,通过双重e指数函数和百分位相结合方法,确定降水事件阈值。结果表明:(1)降水事件高发区在大兴安岭东部,最高可达5~6次,持续时间最长为10d,降水事件次高发区在阴山山脉以南;(2)降水事件雨强最大值和最小值均出现在东部地区,极差最大值达70.4mm·h^(-1),西部和中部地区雨强最大值较接近,中部地区雨强极差最小,为16.0mm·h^(-1),但降水事件平均雨强最大值出现在西部地区,最小值出现在中部地区;(3)降水事件雨强日变化特征具有地域性差异,西部地区雨强(平均雨强)最大值出现时间具有分散不集中且差异较大的特点,易出现在凌晨、早晨、中午和傍晚,中部和东部地区易出现在中午和下午;(4)西部、中部和东部地区降水事件阈值分别为13.8mm·h^(-1)、10.0mm·h^(-1)和14.2mm·h^(-1)。

2008-2012年四川强小时雨强的时空分布特征

利用2008-2012年四川157个基本测站和895个区域自动站的逐时降水资料,通过统计诊断方法分析了四川的强小时雨强发生频次、极值的时空分布特征,得到如下主要结论:(1)四川每年出现20 mm·h^(-1)以上的强小时雨强达3537.8次,平均每年的强小时雨强极值均超过了100 mm·h^(-1),并在2012年呈一个跃升的趋势。(2)四川强小时雨强落区主要集中在四川盆地及攀西南部的大部分地区,且强降水高发中心主要位于从盆地向山脉过渡的纵向陡峭地形区。雨强极值超过了30 mm·h^(-1)的落区也集中在盆地及攀西地区。频次及雨强极值的变化与海拔有密切联系,迎风坡的陡峭过渡地形削弱了频次及雨强极值随海拔的增高而减少的速率。(3)频次的月变化比强小时雨强极值的月变化更显著。7月发生强小时雨强的次数最多,其次是8月,5月最少。6-9月雨强极值均超过100 mm·h^(-1)。(4)20 mm·h^(-1)和30 mm·h^(-1)以上的强小时雨强频次日变化均呈夜间活跃的单峰型特征,而50mm·h^(-1)以上的强小时雨强突发性较强,日变化呈多峰型结构,且盆地不同区域的日变化特征及峰值活跃时间也有较大差异。

不同坡度不同雨强下的棕壤坡面侵蚀特征研究

文章以北票市白石水库库区土壤为例,通过降雨模拟试验探讨了不同坡度不同雨强下棕壤坡面的产流、产沙特征。研究发现:①雨强相同条件下,坡度越大则初始产流时间越短,径流量也越大;坡度相同条件下,坡面径流量及初始产流时间差异均随着雨强的增加而减小。②随坡度增加棕壤坡面产沙量逐渐增大,坡度为20°时坡面产沙呈明显波动变化,研究成果可为棕壤水土流失预测及水保措施的合理布设提供一定参考。

不同用地类型及雨强对水土流失的影响研究

坡面是辽西低山丘陵区土壤侵蚀的主要来源,以锦州市巧鸟径流场的试验观测数据为依托,研究4种不同用地类型下的泥沙、径流和氮流失特征,并进一步探讨雨强对水土流失的影响。试验表明,林地的氮素流失及产流、产沙量最小,而裸地最大;年内I30与径流量呈显著指数关系,二者的拟合系数>I10及I20,平均雨强与径流量呈3次函数关系,泥沙流失量也呈现出相似特征。高强度降雨条件下,坡耕地的氮流失最高,雨强相同情况下年度内氮流失浓度呈先上升后下降的变化趋势。

泥石流活动与雨强的关系——以雅砻江下游金龙沟为例

以金沙江支流雅砻江下游金龙沟为例，研究了泥石流活动与短历时雨强和环境条件的关系。提出暴发泥石流的降水指数（Ｈａ＇）、短历时雨强（Ｈａ）和环境背景指数（Ｋ）的关系为Ｈａ＇＝Ｋ（Ｈ１０Ｈ６０＋Ｈ２４）。当Ｈａ＇大于３６００时，可能激发泥石流。

不同耕作方式和雨强对紫色土养分流失的影响

【目的】揭示紫色土地区坡耕地常用农耕措施在不同雨强条件下对土壤养分流失途径及流失量的影响规律,为紫色土坡耕地培肥及养分流失治理提供理论依据。【方法】本研究采用两因素、三水平、三重复随机区组试验,利用人工降雨装置模拟3种不同强度的降雨,采用模拟径流小区观测地表径流量、壤中流量、泥沙侵蚀量及取样分析养分流失量。【结果】在耕作方式相同时,雨强越大,地表径流量越大,地下径流量减少,总径流量增加,不利于土壤保蓄雨水和含水量的提高。在相同雨强条件下,平作的地表径流量最大,土壤侵蚀也最剧烈。横坡垄作在中小雨强条件下控制地表径流和侵蚀的效果非常明显,但在大雨强条件下,控制径流和泥沙的效果减弱;横坡垄作有增加地下径流和氮流失量的趋势。在本试验条件下,约1%的化肥氮(速效氮)被雨水淋洗出土体并排放到环境中;而速效磷的流失量只占化肥磷的万分之三至万分之十,流失量很小。【结论】紫色土坡耕地磷素流失的载体是泥沙,流失量更易受雨强的影响,要控制磷的流失,首先应防止土壤侵蚀;横坡垄作能够有效控制土壤侵蚀,因此,也能较好控制磷流失。紫色土坡耕地氮流失载体在雨强较小时是径流,径流中又以地下径流为主,要控制氮流失,首先必须控制地下径流;传统的横坡垄作会加大地下径流量,也就加大了氮的流失。全面控制紫色土的氮、磷损失,必须采用控蚀耕作、增厚土层、提升土壤有机质等综合措施。

不同雨强和坡度条件下紫色土养分流失规律研究

采用室内模拟降雨装置,研究了三峡库区紫色土在不同雨强和坡度条件下的养分流失规律。结果表明,紫色土坡面流失养分主要由径流和泥沙携带,其中径流养分含量与雨强和坡度无关,但与产流过程一致。泥沙中养分含量与雨强无关,但随坡度增加而降低;泥沙养分含量与产沙量过程无关,但其流失量与产沙量过程一致。泥沙中各养分含量略大于降雨前表土养分含量,远大于径流养分含量,但由于径流中以速效养分为主,故径流携带的养分流失量不容忽视。

不同雨强条件下黄土性土壤养分流失规律研究

本文利用室内人工降雨模拟装置，通过坡面小区试验，初步分析了不同雨强条件下黄土性土壤养分流失的规律。结果表明：土壤养分主要是以不溶态的形式随泥沙迁移，随径流迁移的可溶态养分很少；不同形态的养分在泥沙中有富集现象；养分流失量与雨强成正比；同一雨强条件下，土壤流失量与养分流失量呈显著的正相关关系。

平衡施肥及雨强对紫色土养分流失的影响

利用人工降雨装置模拟3种不同强度的降雨,采用模拟径流小区,研究了四川紫色丘陵区玉米净作条件下雨强及平衡施肥对土壤养分损失量及载体的影响。结果表明:雨强是影响地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量的最主要因素。在小雨强条件下,无地表径流及土壤侵蚀发生;随着雨强的增大,地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量都急剧增加。磷素和钾素流失总量也随雨强的增加而增加,而雨强对氮素流失的影响不大。在3种雨强条件下,3种施肥处理的氮素流失总量表现为:高氮施肥>农户习惯施肥>平衡施肥,平衡施肥能减少氮素流失,而高氮施肥增加氮素的流失。农户习惯施肥处理的磷流失总量和钾流失总量均高于平衡施肥和高氮施肥两种施钾处理,在紫色土坡耕地增施钾肥能减少磷、钾养分的流失。

不同雨强和施肥方式对紫色土养分损失的影响

【目的】揭示紫色土地区坡耕地不同施肥方式在不同雨强条件下对土壤养分流失途径及流失量的影响规律,为紫色土坡耕地肥料管理及养分流失治理提供理论依据。【方法】采用两因素、三水平随机区组试验,利用自然降雨和人工降雨相结合的方法,采用模拟径流小区观测地表径流量、壤中流量、泥沙侵蚀量,取样分析养分流失量。【结果】一次性施肥显著提高了玉米生育前期地下水中氮浓度,加大了氮的径流损失,降低了氮肥利用率,使玉米生育后期供肥不足,造成玉米减产。氮的主要损失载体是壤中流,平均损失量达5.08 kg.hm-2,对环境造成了较大压力。氮损失受雨强影响小,受施肥方式影响大,一次性施肥显著加大了氮的损失量。磷损失的主要载体是泥沙,受雨强影响大,雨强越大,磷损失量显著增加,而受肥方式影响小。钾损失的主要载体也是泥沙,平均损失量达29.1 kg.hm-2,雨强越大,钾损失量成倍增加,施肥方式对钾总损失量影响不大。【结论】氮的损失载体主要是壤中流,磷、钾的损失载体主要是泥沙。一次性施肥显著增加了玉米生育前期壤中流氮浓度,显著增加氮的损失。在紫色土地区,不仅要采用分次施肥等施肥技术控制磷、钾和部分氮损失,还需增厚土层,改良土壤结构、提高土壤蓄水保肥能力,才能更全面控制紫色土的氮、磷、钾损失。

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象，采用人工模拟降雨的方法，通过野外径流小区试验，研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响．结果表明，初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小（R^2=0．99），径流量在雨强较小时，缓慢上升，但随着雨强的增大急剧上升，在雨强0．83、1．17和1．67mm·min^-1时，总磷（TP）和颗粒态磷（PP）都表现为初始流失浓度较高，随降雨历时延长略有下降，最终趋于稳定，而在大雨强2．50mm·min^-1时，TP和PP呈现波浪式起伏，没有明显的变化趋势；在整个降雨-径流过程中，溶解态磷（DP）变化比较平缓，占TP的比例为20％-32％，而PP占TP的比例为68％。80％，其变化规律与TP相一致，由此可见，PP是土壤磷素流失的主要形态；通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率，发现1’P的流失率，大雨强2．50mm·min^-1是小雨强0．83mm·min^-1的20倍，而DP的流失率，却是33倍，这表明随着雨强的增加，加速土壤PP流失的同时，也大大促进了DP的流失，主要原因是降雨前表施磷肥，使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中，增加了DP的流失，从而会加重受纳水体富营养化的程度．

模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究雨强和地下裂隙对喀斯特坡面氮磷钾养分流失的影响。结果表明:雨强对地表产流产沙影响显著(P<0.05),其产流产沙量均随雨强增大而增加,且地表产流产沙临界雨强在30~50 mm/h之间;雨强对地表径流各养分输出负荷、地下径流全氮(TN)输出负荷及径流TN总负荷影响亦显著(P<0.05)。地下裂隙度对地下径流TN输出负荷影响显著(P<0.05),而总体上对其产流产沙、地表径流泥沙各养分输出负荷及总负荷影响不明显。喀斯特坡面TN、全磷(TP)输出负荷总体以径流为主,而全钾(TK)输出负荷则以泥沙为主。雨强是喀斯特坡面土壤养分流失的重要影响因子,地下裂隙度对其养分流失影响不大,但地下径流是喀斯特坡面主要的养分流失方式。研究结果可为喀斯特坡耕地养分流失的机理揭示及源头控制提供基本参数和科学依据。

不同雨强条件下红壤坡地养分流失特征研究

采用人工模拟降雨装置 ,对红壤坡地养分流失特征进行了试验研究 ,结果表明 :在雨强较大情况下 ,土壤养分以泥沙形式随径流迁移 ;当雨强较小时 ,随径流迁移的可溶态养分流失量占流失泥沙养分量的比例较高 ,土壤养分流失氮、磷、钾分别达到 5 3.12 % ,2 3.1% ,2 1.5 % ;不同形态的养分在流失泥沙中均有养分富集现象 ,但富集率各不相同 ;土壤养分流失量与雨强及泥沙流失量呈正相关关系。

雨强及施肥降雨间隔对油菜田氮素径流流失的影响

利用室内模拟降雨和原状土盆栽的方法。研究了3个不同降雨强度条件下降雨施肥间隔对杭嘉湖平原区油菜田氮紊径流流失的影响。结果表明：在同一降雨强度下，降雨施肥间隔与总氮输出浓度呈负相关关系。而同一降雨施肥间隔下。雨强与径流氮浓度呈正相关关系．但即使在低雨强下．短降雨施肥间隔仍可导致大量氮紊流失；径流氮素输出动态过程可以分为前期浓度出峰期和后期浓度下降稳定期，径流氮浓度的输出风险主要集中在前期出峰期，低雨强的稳定期出现时间较早；硝氮是氮索流失的主要形态，各处理条件下硝氮比重均在30％以上，降雨施肥间隔时间在3天以上比重更高；高雨强和短降雨施肥间隔明显促进总氮及硝氮的流失，降雨施肥间隔应尽量在5～7天以上。

雨强对三峡库区黄色石灰土养分流失的影响

采用室内模拟降雨装置研究了三峡库区黄色石灰土的养分流失规律。雨强对径流的养分浓度和泥沙的养分浓度无关 ,但可影响其浓度峰值出现时间 ,并与养分流失量呈正相关 ;径流中养分浓度远低于泥沙养分浓度 ,坡面养分流失以泥沙携带为主 ,但由于径流中养分以可溶态速效养分为主 。

降雨强度对紫色土坡耕地养分流失的影响

采用人工模拟降雨装置,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对紫色土净作玉米条件下坡耕地土壤氮、磷、钾养分流失的影响。结果表明,在小雨强条件下,无地表径流及土壤侵蚀发生;随着雨强的增大,地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量都急剧增加。磷素和钾素流失总量也随着雨强的增加而增加,而雨强对氮素流失的影响不大。在3种雨强条件下,氮素均主要通过地下径流的途径而流失,平均占氮素总流失量的96.5%。在小雨强条件下,磷、钾素不通过地表径流和泥沙流失;在中、大雨强条件下,磷、钾素流失途径均以侵蚀泥沙流失为主,分别平均占流失总量的95.3%,93.0%。