Effect of Planting Eucalyptus Trees on Runoff Depth and Its Processes of Forestland Natural Watersheds

The runoff and runoff process of Eucalyptus plantations natural watershed were studied to provide guidance for scientific evaluation of water conservation capacities of Eucalyptus plantations,compared with the Pinus massoniana forest natural watershed. The runoff volumes of Eucalyptus plantations and P. massoniana forest natural watersheds were continuously monitored using the small watershed runoff monitoring method and the automatic data collection devices from August,2013 to December,2016,and effects of heavy rainfall and continuous rainfall on the runoff process were studied. Results showed that the annual runoff coefficient of Eucalyptus plantations natural watershed was 0. 050,and 55. 4% lower than P. massoniana forest（ 0. 112）,with the difference being significant（ P 〈 0. 01）. Total runoff duration,time of maximum runoff lagging behind rainfall peak,and runoff duration caused by a heavy rainfall process（ amounting to 147. 5 mm） between the two kinds of forest watersheds were significant different,those of Eucalyptus plantations were 35. 6 mm,0. 2 h and 13. 8 h,respectively,while those of P. massoniana forest were28. 5 mm,0. 7 h and 35. 5 h,respectively. Eucalyptus plantations natural watershed produced only 4-days runoff,and runoff depth amounted to3. 8 mm with a 7-days continuous precipitation process of rainfall with 125. 0 mm,while P. massoniana forest natural watershed produced continuously 13-days runoff,and the runoff depth was 10. 1 mm. In conclusion,water conservation capacity of Eucalyptus plantations is obviously lower than P. massoniana forest.

初期雨水调蓄池单位面积调蓄深度数值模拟

单位面积调蓄深度决定了初雨调蓄池的设计容积和截污效果,但仅仅根据规范的推荐取值缺少对后果的量化判断。忽略管道中的沉积和冲刷,分别以单子汇水区和多子汇水区排水系统为例,针对不同下垫面特征和降雨特征,在SWMM模型中进行多降雨条件模拟,计算得到产流和悬浮固体(SS)的冲刷情况。结果表明,单子汇水区单次降雨初期冲刷主要受污染物积累程度、初雨峰值雨强和初雨总量控制,对多场降雨的初雨SS控制率均很高;多子汇水区系统不同场次降雨SS削减率可能有明显差异,SS控制率随调蓄深度增加而增加且差异减小,单位面积调蓄深度取2 mm时SS控制率已达较高水平,但4 mm以上时SS控制率增速明显减慢;初期雨水调蓄池是否达到了污染控制目标,不应只看是否位于系统的上游,也不只限于根据技术规范的推荐取值,需通过模型计算判断。

北方土石山区坡面水土流失特征研究

[目的]揭示北方土石山区坡面水土流失规律,为山区土壤侵蚀防治和生态建设提供科学依据。[方法]利用1988—1991年坡面径流小区观测数据,运用统计和相关分析等方法,对不同下垫面条件下坡面水土流失特征进行了分析,并探讨了坡面径流深度、土壤侵蚀模数、土壤入渗率与有效降雨量、平均降雨强度、降雨历时、降雨等级的关系。[结果](1)在5°08′~24°08′坡度范围内,坡面径流深度随坡度增加逐渐减小,土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡度增加逐渐增大;(2)在2.18~33.19 m坡长范围内,坡面径流深度随坡长增加逐渐减小,土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡长增加呈现先增后减的变化趋势,存在临界坡长;(3)随着植被覆盖度增加,坡面径流深度、土壤侵蚀模数迅速减小,土壤入渗率逐渐增加;裸地的坡面径流深度和土壤侵蚀模数显著高于30%植被覆盖度坡面,但植被覆盖度由30%增加到60%,90%时,坡面水土流失过程的影响差异并不明显,说明在水土流失治理中存在临界植被覆盖度;(4)坡面径流深度、土壤侵蚀模数主要受到有效降雨量和平均降雨强度影响,且均呈显著正相关;而土壤入渗率主要受到平均降雨强度和降雨历时影响,与平均降雨强度呈显著正相关,与降雨历时呈显著负相关;随降雨等级的增加,坡面径流深度和土壤侵蚀模数呈增加趋势而土壤入渗率呈先增加后减少的趋势。[结论]下垫面条件和降雨因素对北方土石山区坡面水土流失过程产生了重要影响。未来应结合室内试验和模型模拟,进一步加强该区域不同自然因素和人类活动对坡面水土流失过程和影响机制的研究。

低频性沟谷型泥石流水动力学冲蚀启动机制及动态监控

位于浙江省西部衢北地区的杨家泥石流是典型的水体冲蚀形成的低频性沟谷型泥石流。结合杨家泥石流所处的地质环境背景,首先在分析其分区特征、类型和成因机制,评价泥石流易发性及危害程度的基础上,利用统计分析方法确立暴雨强度指标;然后采用力学计算和极限平衡分析理论,构建强降雨作用下冲沟水动力学冲蚀启动模型,确定临界径流深度;再构建降雨—泥水位—流量相结合的递进式分层次综合预警体系;最后于2012年10月在杨家泥石流冲沟开展单沟泥石流远程自动化监测网络体系建设,实施远程监测控制和预警。研究表明:杨家泥石流冲沟呈小流域封闭状,汇水区、形成—流通区和堆积区分区特征明显,杨家泥石流是由特大暴雨激发的、低频的、一次性爆发规模为小型的稀性水石流,为中易发泥石流;冲沟形成区松散物源地表径流深度超过1.0 m时,处于临失稳状态,松散物质易被冲刷侵蚀,可将此临界径流深度作为是否冲蚀启动泥石流的有效判据,并结合暴雨强度指标(R<2.8)和泥石流洪峰流量(Q_(d)=31.83 m^(3)/s)确定泥石流综合预警指标;监测期间(2012-10-26—2022-10-10)研究区最大降雨发生于2019-06-19,经计算R=2.4<2.8,冲沟区处于安全雨情,沟道泥水位未达到地表径流的警戒限值,不具备泥石流形成启动的水动力条件,沟内流量(最大值为1.70 m^(3)/s)正常,未达到洪峰流量,未有泥石流发生或沟道堵塞等不良现象,此期间冲沟区较为稳定,再次发生泥石流的可能性小。建立以水动力学冲蚀启动特征参数为主的综合监测网络体系,可作为低频性沟谷型泥石流系统防灾控制的技术方法。

径流深和侵蚀量与集水面积、坡度及降雨量关系研究

[目的]分析径流深、侵蚀量与集水面积、坡度等影响因子间定量关系,为土壤侵蚀物理模型构建及参数率定提供参考。[方法]基于不同下垫面措施野外径流小区天然降雨实测资料,构建了年降雨径流深、侵蚀量多参数非线性估算模型。[结果]降雨产流阈值随集水面积、坡度呈先减后增、先增后减的变化趋势。年径流深(Y_(1))和年土壤流失量(Y_(2))随面积呈先增后减变化趋势;Y_(1)随坡度呈先减小后迅速增加变化趋势,Y_(2)随坡度呈持续递增变化规律;Y_(1)和Y_(2)随年降雨量持续增加。当坡面面积为130 m^(2)时,Y_(1)和Y_(2)均达最大值;当坡度为13.5°时,Y_(1)达最小值。Y_(1)多参数非线性回归估算模型精度较好,70%数据点相对误差分布在±30%内。[结论]集水面积、坡度和年降雨量三者交互作用对年降雨径流深和侵蚀量影响作用最大;对于年降雨径流深和侵蚀量而言,均存在临界集水面积和临界坡度值。

福建省建瓯市茶果园不同水土保持治理措施对水土流失的影响

本文选择建瓯市闽北水土保持科教园作为试验区,选取4种具有典型代表性的土地利用方式,分析不同工程措施、不同植物措施对水土流失的影响。结果表明:从工程措施的蓄水保土效果分析,水平台地的水土流失治理效果比顺坡好;从植物措施的蓄水保土效果分析,都是茶园的情况下,种植百喜草的水土流失治理效果比未种草的好;从土地利用类型分析,都是种植百喜草的条件下,茶园水土流失治理效果比果园好;从土壤侵蚀的影响因素分析,4种小区的径流深、侵蚀量与雨量、I30关联紧密,主要降雨特征对产流产沙有显著影响。研究结果可为该区域水土流失防治提供参考。

暴雨条件下高速公路超高缓和段积水深度分布模型构建

暴雨条件下高速公路超高缓和段积水易造成行车安全问题。研究超高缓和段的积水深度分布情况,能为道路设计提供理论指导。通过引入流体力学中的圣维南方程和曼宁公式,提取道路几何模型并划分道路网格,利用有限元方法对道路网格单元间的径流传递特征和径流深度进行分析,构建暴雨条件下的超高缓和段积水深度分布模型,并对双向四车道高速公路的超高缓和段进行试验分析。结果表明,积水深度分布模型能够客观反应不同道路纵坡、超高横坡、降雨强度下的超高缓和段积水深度分布状况,研究结果为道路超高缓和段排水不良路段的线形优化设计提供借鉴与指导。

坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验

高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明:(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。

滹沱河山区径流多尺度变化规律及影响因素研究

径流是反映流域气候及地理环境变化的重要指标,辨析其多尺度变化特征及影响因素,对于认识气候变化背景下流域水文情势变化规律及维护水资源安全具有重要意义。以滹沱河山区小觉流域和冶河流域为例,结合水文和气象数据,应用Mann-Kendall趋势分析、突变检验及Morlet小波函数等方法,分析两流域1960—2018年径流深趋势、突变、周期等多尺度变化特征,并利用相关分析与随机森林模型揭示了气温、降水、潜在蒸散发、叶面积指数对不同时段(汛期、非汛期)月径流深变化的相对重要性。研究结果表明:1960—2018年多年平均尺度上,冶河流域径流深(69.34 mm)大于小觉流域(39.07 mm),两流域年径流深均呈显著下降趋势,且冶河流域的下降速率(13.0 mm/10a)大于小觉流域的下降速率(8.7 mm/10a);在月和季节尺度上,两流域径流深也呈现显著下降趋势,尤其在夏季时段径流深下降趋势最快。小觉流域和冶河流域径流深分别在1981和1979年发生突变,且突变后径流深下降速率较突变前有所减缓,同时极端流量出现频率减少,其中8月份流量减小幅度最大。小觉流域的径流深主周期分别为15、8和5 a,冶河流域的径流深主周期分别为16、10和5 a,在第一主周期的时间尺度上都存在5个丰枯变化周期。对汛期和全年时段进行相关分析和随机森林模型的结果表明,降水是影响流域径流长期变化的主导因子,尤其在汛期时段;在非汛期,叶面积指数是影响径流变化的重要因素。

安家沟流域不同土地利用方式水土流失对影响因素变化的响应

【目的】探究不同土地利用方式对水土流失的影响因素,以期为黄土丘陵沟壑区进一步开展生物措施工程提供理论依据。【方法】以定西市安家沟流域径流场2005-2020年雨季的降水量、径流量和产沙量监测数据为依据,探究不同土地利用方式的径流泥沙变化,并对影响因素进行相关和回归分析。【结果】不同土地利用方式土壤含水率排列顺序为封禁地>沙棘地>油松地>人工草地>农地,且随坡度的增大依次减小,20~40 cm土层土壤含水率最高,达到14.75%。【结论】不同土地利用方式径流由大到小的排列顺序为农地>人工草地>油松林地>封禁>沙棘地,侵蚀模数由大到小的排列顺序为农地>油松林地>人工草地>封禁>沙棘地,≤1 mm根系参数的排列顺序与侵蚀模数的排序刚好相反。以上研究可以为黄土丘陵沟壑区进一步开展生物措施工程提供理论依据。

长汀县不同治理措施对坡面水土流失的影响

为了探究南方红壤区不同治理措施控制水土流失的效果,基于长汀县游坊坡面径流观测场连续8年的资料,研究不同治理措施区的径流产沙特征。结果表明:四个措施小区的月均径流深最大的月份出现在5~6月份;四种措施小区年均径流深排序为无处理(裸露)694.2mm>种植马尾松150.6mm>封禁48.4mm>乔灌草混交46.9mm,年均土壤流失量的排序也为无处理59.3t/hm^(2)>种植马尾松4.0t/hm 2>乔灌草混交0.9t/hm^(2)>封禁0.6t/hm^(2),乔灌草混交、封禁控制水土流失的效果优于种植马尾松措施;相关分析结果表明,不同治理措施小区的径流深及土壤流失量与降雨量、降雨侵蚀力均呈极显著相关。

平顺县白马小流域综合观测站径流小区监测结果分析

基于平顺县白马小流域综合观测站2017-2021年降雨、径流深、植被盖度等观测资料,计算了该区土壤流失量及蓄水保土效益,得出如下结论:(1)植物措施在蓄水保土效果方面,自然植被>乔木>灌木>白羊草。(2)工程措施在蓄水保土效果方面,水平沟、水平阶、石坎梯田优于鱼鳞坑和隔坡梯田。研究成果可为我省水土保持工程建设及水土保持监测站点建设提供参考和帮助。

不同水保方式坡面的水土流失特征研究

降雨活动是坡面水土流失主要诱因之一,为了对比不同水保方式对坡面水土流失的影响程度,分析降雨侵蚀下各水保措施区域的土壤流失量和径流深度的变化。结果表明,除了旱地农作物之外,其余水保措施区域的径流深都小于裸地;尽管旱地农作物的径流深高于裸地,但土壤流失量较小,植被可有效预防水土流失;科学合理地运用植物篱,并与其它措施相结合,能够最大程度地发挥水保措施效果。研究成果可为水土保持治理提供参考与借鉴。

黄河河源区径流对气候变化的敏感性分析

利用黄河源区有关水文、气象台站观测资料,对河源区各分区气候变化特征及各分区径流深对气候变化的敏感性进行了分析.结果表明:有器测资料以来的近50a间,河源区气温与全球变暖有着较好的对应关系,各区平均气温均呈不同程度的波动上升态势;而降水量的变化比较复杂,区域性差异较大;河源区径流的变化与降水量、气温的变化之间存在较显著的非线性关系.由于气温的持续上升与主要产流区降水的持续减少,区域径流量呈持续减少的趋势.总体上,河源区各分区径流对降水变化的敏感程度要强于气温,但吉迈以上区域径流对气温变化的敏感性要强于其下游其它两个区域.

不同雨型下紫色土区坡耕地产流产沙特征

利用遂宁水土保持试验站5个径流小区1984—2015年次降雨和径流输沙数据,基于降雨过程定量划分出4种雨型,分析了雨型对不同坡度坡耕地产流产沙的作用。结果表明:径流深与各时段最大雨强均呈极显著相关(p<0.01),随着坡度的增加,最大相关系数所对应的雨强时段越短;冲刷量均与Ⅰ平均呈极显著相关,且相关系数最大。径流深、冲刷量与雨强拟合关系均为幂函数,分别为"凸型"和"凹型"增函数,且拟合度区间分别为[0.79,0.88]和[0.90,0.97],说明冲刷量和雨强的关系更密切。各雨型下的产流产沙量随坡度的增大而增大,同一坡度下基本表现为雨型Ⅳ(短历时、大雨强)>雨型Ⅲ(中历时、中雨强)>雨型Ⅱ(长历时、中雨强)>雨型Ⅰ(长历时、小雨强),其中,雨型Ⅳ明显大于雨型Ⅰ且达到显著水平(p<0.05),且在15°小区的响应最为明显。雨型Ⅳ是造成该区坡耕地水土流失的主要降雨类型,且径流深和冲刷量随坡度的增大而增加,故应在水土保持工作中着重采取相应措施进行防治。

土地利用变化对地表径流深度影响的模拟研究——以深圳地区为例

结合基于遥感数据获得的土地利用结果与SCS水文模型,在G IS环境下模拟了深圳地区城市化不同阶段土地利用变化对地表径流深度的影响。结果表明:在深圳城市化的不同阶段,由土地利用变化所引起的地表径流深度的变化亦有所不同。在假设24h降水200mm的情景下,1980至1988年间,深圳地区城市化使其扩张地区的地表径流深度减少了0.33mm,而在1988至1994年和1994至2000年这两个阶段,城市化则使其扩张地区的地表径流深度分别增加了6.96mm和0.69mm。

淮北平原农田暴雨径流过程的尺度效应

基于1997-2007年汛期11场暴雨径流观测数据,对比淮北平原不同集水面积(1 600 m2、6 hm2、和1.36 km2)尺度下的农田暴雨产流过程差异,并分析其主要影响因素,探索农田暴雨径流过程尺度效应。结果表明,相同次暴雨下小尺度单位面积上的洪峰流量明显高于大尺度和中尺度,而径流深小于后两者,引起该差异的主要因素可能在于小尺度下缺乏地下水出流条件且植被截留能力相对较强。中尺度和大尺度间的暴雨径流过程相似,但中尺度下的径流深和单位面积洪峰流量都大于大尺度,大尺度径流场对径流的滞蓄能力相对较强可能是其主要原因。

坡面流超声波水深测量系统研究

坡面流水深是常用的水动力学参数,是计算坡面流流速、水流剪切力、水流功率的基础,因而对其准确测量至关重要。室内侵蚀静床实验中水深直接测量法耗时长、误差大,而间接测量法一般是通过染色法测定流速进而反推出坡面流水深,测量精度受水流流态、测流区长度和含沙量等因素影响。鉴此,对超声波距离传感器应用于侵蚀静床坡面流水深测量进行系统研究,通过参数调试和测量系统检验,表明超声波水深测量系统测量不同厚度玻璃的平均相对误差为1.73%,对不同坡度、不同流量组合下坡面流测距的变异系数在0.061%～0.096%之间,其精度能够满足室内侵蚀静床条件下坡面流水深测量的研究需求,可用于侵蚀静床条件下坡面流水动力学特性、坡面流挟沙力、输沙及模拟覆盖对坡面流水动力学特性潜在影响的研究。

土地利用动态变化对地表径流的影响--以上海浦东新区为例

结合基于遥感数据获得的土地利用结果与SCS模型,在GIS环境下模拟了上海浦东新区不同阶段的土地利用/覆被变化对地表径流的影响。结果表明:土地利用结构与格局的变化使地表径流深度趋于增大;同时,在浦东新区城市化的不同时期,由土地利用/覆被变化引起的地表平均径流深度变化也不相同。

西双版纳人工橡胶林集水区径流特征

利用西双版纳人工橡胶林集水区(1993-2008年)的连续观测资料,分析橡胶林集水区的降雨量、径流深度、无径流日和径流系数特征。结果表明:橡胶林集水区年降雨量(1 510.6 mm)、年径流深度(361.3mm)、年无径流日(80.4 d))和年径流系数(0.235)具有年间差异和显著的季节动态。年、季节尺度的降雨量对年、季节的径流深度和无径流日的影响有差异。人工橡胶林小流域集水区降雨和径流在雨季集中,干季降雨和径流输出少,尤其是在干热季和雨季前期,无径流日多,使得橡胶林干热季和雨季前期发生长期的断流现象,形成区域性的间断性水资源短缺。因此,大面积的橡胶种植将对西双版纳地区水资源尤其是干季水资源,利用产生不利影响,造成干季严重的水资源危机。