Assessment of Sedimentation Impacts on Small Dams—A Case of Small Reservoirs in the Lotsane Catchment

Sedimentation is a major problem for agricultural dams in Botswana, as it reduces the storage capacity and life span of the reservoirs. The process of sedimentation starts from day one of the impounding of water in any given reservoir. Even though a provision is made for every reservoir during planning for a certain storage capacity, specifically for sediment deposition, called dead storage, a major portion of the sediment gets deposited for many years of the reservoir’s life in areas other than the dead storage, and this trend cannot be reversed at easy cost. This study is aimed at the analysis of prevailing sedimentation processes in the nearby dozens of dams found in the Lotsane catchment located within the Limpopo Basin of Botswana, and focuses on assessment of annual sedimentation rate. A spatial analysis and modelling study was conducted based on the Revised Universal Soil Loss Equation and GIS to determine sediment yield and degree of impact of each reservoir for a given landscape, rainfall and catchment heterogeneity. Field observations and soil sampling were carried out in order to determine the factors that lead to reservoir sedimentation. Spatial data on the dams in Lotsane catchment were also collected from Ministry of Agriculture, which were used for ground-truthing, GIS-based calculations and model validation. The average sediment rate and sediment delivery ratio were found to be 1.74 t/ha/year and 81%, respectively. These are useful parameters to estimate service life of the dams and plan remedial measures related to sedimentation problems.

植大豆对坡耕地径流侵蚀产沙的影响

作物是坡耕地最重要的地被物,为了解作物覆盖下坡面土壤侵蚀的发生发展,以大豆(Glycine max)作物为对象,采用人工模拟降雨方法,对大豆不同生育期坡面的产流产沙进行研究。结果表明,与裸地相比,大豆在其全生育期内平均可减少径流量31.43%,减少土壤流失量54.84%。大豆覆盖下坡面产流产沙量随大豆生长逐渐降低,其产流产沙过程的波动性逐渐降低并趋于稳定。大豆植株的存在可使坡面稳定入渗速率较裸地平均提高了约109%,有效增强了坡面土壤的入渗能力。通过对坡面土壤流失比率的计算,表明种植大豆条件下的土壤流失比率由幼苗期的0.79降低至始粒期的0.24,其与大豆叶面积指数呈指数函数关系。大豆对坡面土壤侵蚀具有较强的抑制作用,且对泥沙的拦截作用强于对径流的拦蓄作用。

松花江流域不同空间尺度典型流域泥沙输移比及其影响因素

为在不同空间尺度上对东北黑土区流域侵蚀产沙建立宏观认识,以松花江流域为研究区,选择不同尺度的典型流域,通过收集降水、遥感影像和土地利用资料,计算不同尺度流域土壤流失量;采用流域出口量水堰和水文站径流泥沙观测资料,计算流域输沙量,从而得出不同空间尺度典型流域悬移质泥沙输移比（SDR）。研究区小尺度流域全年SDR为0.33,大中尺度流域SDR变化于0.005~0.365之间,平均仅0.051。本区SDR存在显著的季节差异：小尺度流域雨季SDR为0.38,春季融雪侵蚀期仅为0.17;流域面积（A）和主河道比降（SLP）是影响大中尺度流域SDR的重要因素;SDR与A呈幂函数递减关系,这在丘陵漫岗区更为显著;山区的流域的SDR随SLP的增加而递增。研究成果有助于建立本区土壤侵蚀与流域产沙之间的定量关系,为流域水土保持规划提供科学依据。

红壤坡地侵蚀定位土芯Eu中子活化示踪研究

利用野外人工模拟降雨和径流小区观测相结合的方法,研究了Eu定位土芯的布设、取样和分析方法.结果表明,Eu定位土芯中子活化分析技术可以准确测定不同地形、部位土壤侵蚀量.利用Er-Es的经验模型可以描述坡面单位面积流失量的变化趋势,预测坡面土壤流失量,最大误差为7.671t/hm2.不同土地利用方式下坡面泥沙的输移比(SDR)也不相同.顺坡种植作物后,泥沙输移比(SDR)与休闲裸坡地相比减少了30%左右,从而使植被覆盖下坡面泥沙流失减少.

基于RUSLE和SDR的香溪河流域土壤流失脆弱区识别

基于修正的通用土壤流失方程RUSLE和分布式泥沙输移比SDR函数,构建了由降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、坡度坡长因子、植被覆盖因子和泥沙输移因子组成的流域土壤流失脆弱性评估模型。针对三峡库区香溪河流域,在GIS和RS技术支持下,利用流域降雨、土壤类型分布、DEM及NDVI数据,评估了流域土壤流失脆弱性并对其进行了区划,识别出了香溪河流域内对于土地利用和水土保持等人类活动更为敏感的土壤流失脆弱区。结果显示,香溪河流域土壤流失脆弱区面积为326.33 km2,占流域总面积的10.53%;5个子流域中,土壤流失脆弱区分布比例从高到低依次为:湘坪河子流域、古夫河子流域、湘坪河口—峡口区间、峡口以下区域和高岚河子流域,其中前2个子流域土壤流失脆弱区分布比例超过全流域的平均值。研究结果可为香溪河流域土地利用方式的调整和水土保持提供科学依据。

含碎石紫色土坡面降雨入渗和产流产沙过程

在室内土槽模拟降雨试验基础上，观测了具有不同碎石体积含量紫色土的降雨人渗地表产流产沙量以及细沟间径流和细沟径流的流速，以期建立碎石含量与土壤流失的定量关系。研究结果表明：土壤中碎石混合对降雨人渗有正负两方面的影响，当碎石含量为20％～30％时，碎石的存在增强土壤入渗能力，当碎石含量提高到30％时，土壤的入渗能力被削弱。土壤中碎石混合通过不同的作用机制对坡面细沟间径流流速和细沟径流流速产生不同的影响，随着碎石含量的增加，细沟间径流平均流速逐渐增加，细沟径流的平均流速逐渐降低。土壤中碎石混合通过改变土壤的物质组成和结构，增强土壤的抗蚀性和抗冲性，随着碎石含量的增加，径流含沙率和土壤流失量显著降低，土壤流失比与碎石含量呈极显著指数负相关关系。

黄绵土不同形态有机氮径流流失规律

利用不同坡度径流小区 ,在自然降水条件下 ,研究侵蚀泥沙不同形态有机氮的流失规律 ,结果表明 :在 4次产流泥沙中 ,除氨基糖氮含量减少外 ,其它有机形态氮均存在增加趋势 ,以氨态氮含量增加最为显著。随坡度的下降 ,水解全氮、氨态氮和氨基酸氮含量呈增加趋势 ;泥沙中水解全氮、氨基酸氮、氨态氮、非酸水解氮均存在不同程度的富集 ,其富集率随坡度的下降而增大 ,以氨基酸氮富集程度高 ,泥沙中氨基糖态氮反而无富集现象存在 ;当坡度分别为 2 5°、2 0°、15°、10°和 5°时 ,水解全氮流失量分别为 1135 .0、76 3.7、485 .5、313.0和 15 4.4kg/ km2 ,而氨基酸氮流失量则为 2 34.8、182 .7、12 1.1、76 .8和 33.9kg/ km2 ,占水解全氮的 2 0 .6 %～ 2 4.9%。氨态氮流失量为 742 .5、5 0 3.3、32 2 .2、2 0 8.9、97.4kg/ km2 ,占水解全氮的 6 3.1%～ 6 6 .7%。氨基糖氮占酸水解氮 1.1%～ 2 .9%。非鉴别氮占水解全氮的 5 .8%～ 12 .6 %。而酸水解氮与非酸水解氮之比分别为 1.5、1.5、1.4、1.8和 2 .3。

红壤坡面产流产沙与养分流失特征研究

在自然降雨条件下 ,研究了有、无植被覆盖径流小区红壤坡面周年内产流、产沙及养分流失特征。结果表明 :径流小区产流、产沙量的高峰期与降雨量的高峰期相一致。降雨侵蚀力与降雨量季节分布的不均匀性是由于不同时期的降雨特征和降雨侵蚀力构成因素决定。坡面流失泥沙悬移质养分浓度均高于推移质中的养分浓度。顺坡种植油菜-花生处理 ,坡面流失泥沙钾、磷养分浓度高于休闲裸坡处理。红壤坡面养分以泥沙结合态流失为主 ,但磷、钾以水溶态流失也是一个重要的养分流失途径。流失泥沙悬移质和推移质都有明显的养分富集现象 ,坡面有、无植被覆盖会使流失泥沙养分富集率发生变化。

秸秆覆盖对三峡库区坡面侵蚀的影响

[目的]分析农作物秸秆不同覆盖处理对坡面产流、产沙影响,为三峡库区坡耕地水土保持措施优化提供技术支持。[方法]利用人工模拟降雨技术,分析了5种不同雨强下不同秸秆覆盖处理的径流、泥沙过程。[结果]坡面覆盖秸秆能推迟坡面初始产流。在小雨强时,秸秆覆盖推迟初始产流显著,但随着雨强的增加,推迟初始产流的作用降低。在坡面下坡段覆盖秸秆推迟初始产流效果优于在坡面上坡段覆盖秸秆。对于产流产沙而言,在坡面上坡段覆盖秸秆与无覆盖差异不显著,但在坡面下坡段覆盖秸秆时径流模数和侵蚀模数为无覆盖的61.57%~69.1%和14.54%~18.31%,且减少地表径流和泥沙流失效果优于在坡面上坡段覆盖。秸秆覆盖后土壤流失比（SLR）介于0.022~0.611之间,且随着覆盖率的增加而降低,在坡面下坡段覆盖秸秆SLR值在上坡段的1/4。[结论]合理选择农作物秸秆在坡面覆盖的坡位及覆盖度,能有效降低坡面产流与侵蚀产沙,产生较好的水土保持效应。

不同雨强下各生育期玉米坡耕地的侵蚀产沙研究

[目的]研究玉米作物对坡耕地的防蚀效果,为黄土高原坡面水土流失防治提供科学依据。[方法]采用室外人工模拟降雨试验,分析玉米在幼苗期、拔节初期、拔节中期、拔节后期、抽雄期5个不同生育期对坡耕地侵蚀产沙量和过程的影响。[结果]①随着玉米作物生长,它对坡面产流产沙的抵御作用增强,幼苗期效果微弱,抽雄期最盛,抽雄期相比裸地可减少48.5%径流量和73.7%产沙量。不同生长阶段玉米作物的减沙效果优于减流效果。②降雨的产流产沙过程呈现不断波动趋势,玉米作物使初始产流产沙时间延迟,稳定产流产沙阶段平均产流产沙量下降。雨强从40 mm/h增加到80 mm/h使产流产沙量增长率大于100%,径流系数和含沙量均增加,侵蚀过程更加剧烈。③叶面积指数与不同生育期玉米地坡面的土壤流失比率有较好的指数相关关系,可使用叶面积指数来估算不同生育期玉米地坡面的土壤流失比率,为估算年植被覆盖与管理因子C值奠定基础。[结论]随着玉米生长,其防蚀效果增强,但幼苗期和拔节初期侵蚀严重,需采取辅助措施防治水土流失。雨强增加使玉米和裸地条件下侵蚀产沙更为严重。

长江口北槽深水航道整治工程贮泥坑抛泥过程监测分析

对北槽航道维护使用的3#贮泥坑抛泥流失率进行现场监测和分析研究。监测内容包括应用多波束地形测量仪测得贮泥坑抛吹泥前后的准确容积变化,采用表层取样法测量贮泥坑抛泥后的表层泥沙密度及采用柱状采样器测量贮泥坑不同深度的泥沙密度,综合容积变化和密度结果可以得到实际入坑泥沙量,结合实际抛泥量计算出贮泥坑的抛泥流失率。监测结果表明该贮泥坑的抛泥流失率达到76%。同步监测的流速结果表明贮泥坑周边动力强、流速快,流速快是造成该贮泥坑抛泥流失率大的主要原因。建议该坑向附近动力弱的坝田掩护区移动以减少该贮泥坑泥沙流失率。

考虑沟-坡分异的黄土高原大中流域侵蚀产沙模型

针对黄土高原坡面沟缘线上、下侵蚀产沙分异显著的特点,以及机理模型在大中流域不易应用的现状,利用基于Hc-DEM的沟缘线自动提取技术,划分流域沟间地和沟谷地地貌单元.在改进坡长因子算法和改造沟坡侵蚀模型的基础上,提出沟间地运用通用土壤流失方程为模型框架评估面蚀为主的坡地侵蚀,沟谷地运用改造沟坡侵蚀模型评估冲蚀为主的沟谷侵蚀,并与泥沙输移比分布模型集成确定流域侵蚀产沙分布的模型体系.经在北洛河上游流域检验,模型体系能良好模拟流域多年平均侵蚀产沙,在年际尺度也具有较好可靠性,可为黄土高原大中流域水土保持效益评价和水土流失防治规划提供技术支撑.

基于网格单元的碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮污染负荷研究

在ENVI、ArcGIS系统的支持下,集成土壤侵蚀模型、泥沙输移模型和污染物富集模型,建立了基于网格单元非点源吸附态氮污染负荷的通用计算方法。以碧流河流域为例,利用调查、收集的数据资料确定了模型中各计算因子,估算了流域土壤流失量、输沙量和吸附态氮负荷。结果表明:2012年,碧流河流域平均土壤侵蚀模数为1137 t/(km^2·a),平均输沙模数为295 t/(km^2·a),吸附态氮流失模数为326 kg/(km^2·a),吸附态氮流失总量为878 t,其中林地562 t、耕地285 t,分别占吸附态氮流失总量的64%和32%。为减小碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮的流失,应进一步提高流域内林地、草地质量,在水土保持功能弱的林草地上实施工程措施。