黄土高原典型流域水蚀因子多重分形特征

[目的]探索高程、坡度、土地利用、植被覆盖度等水蚀因子的空间内部多重分形特征,进而深刻认识黄土高原水蚀机理。[方法]分别以黄土高原沟壑区和黄土丘陵沟壑区的两个典型流域(长武县王东沟流域与淳化县泥河沟流域,米脂县泉家沟流域与安塞县纸坊沟流域)为例,利用多重分形方法计算分析了水蚀因子的多重分形谱及其主要参数,探讨了水蚀因子多重分形特征。[结果]地貌相对起伏最大和土地利用空间不均匀程度最高的是王东沟流域,其坡度与土地利用的奇异指数Δα值分别是0.817,0.310,而植被覆盖区域差异最大的是泉家沟流域,其植被覆盖的Δα=1.309;黄土丘陵沟壑区高程的Δf(α)<0,黄土高原沟壑区坡度的Δα与Δf(α)皆大于丘陵沟壑区,即丘陵沟壑区的相对起伏更大,地貌表面更尖锐,土地利用破碎化更严重,植被覆盖区域间复杂程度高。[结论]王东沟流域的地貌相对起伏程度和土地利用破碎化更大,泉家沟流域的植被覆盖复杂程度最高,与实际情况相符,即在区域开展水蚀因子量化进行多重分形特征分析是可行的。

砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异特征

[目的]研究砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性的空间变异特征,为砒砂岩覆土区土壤侵蚀机理深入探究和土壤侵蚀有效防治提供科学依据。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区二老虎沟小流域为研究对象,采集0—10 cm和10—20 cm土层共144份土壤样品,基于EPIC模型估算土壤可蚀性K值,并利用GIS和地统计学方法分析土壤可蚀性K值空间变异特征。[结果](1)二老虎沟小流域土壤砂粒、粉粒、黏粒和有机碳均呈中等变异程度,除黏粒和有机碳为中等空间自相关性外,其他土壤属性均呈弱空间自相关性。(2)小流域土壤可蚀性K值介于0.018 7~0.047 6 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm),0—10 cm和10—20 cm土层K值变异系数分别为15.5%和20.3%,属中等变异强度;0—10 cm土层K值主要受随机性因素影响,呈弱空间自相关性,而10—20 cm土层受随机性因素和结构性因素共同影响,为中等空间自相关性。(3) 3种克里格插值方法结果表明:小流域土壤可蚀性K值空间变异受海拔和坡度影响明显,其总体分布趋势为西部和东南部较高、中部及偏东部较低;普通克里格插值方法较适宜应用于砒砂岩覆土区小流域,其估算结果可较好地显示土壤可蚀性的整体和局部两方面的空间变异特征。(4)在垂直空间变异上,0—10 cm和10—20 cm土层土壤可蚀性K值总体分布规律相似,但10—20 cm土层土壤可蚀性K值较0—10 cm土层空间变异更为明显。[结论]海拔和坡度对砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异影响明显,未来应优先对坡面和坡顶区域进行土壤侵蚀防治。

典型农村小流域磷营养输移模拟研究

磷是湖泊水体富营养化的关键元素之一。农村小流域作为农业生产和生活污水的排放区域,磷的输出过程仍不清晰,难以量化。以直接入巢湖的小流域烔炀河流域为研究对象,结合流域自然汇水特征和行政区划划定了24个子流域网格单元,细化建立了以子流域为基本单元、以水量过程为基础驱动的流域磷营养输移数学模型。基于实测流量和自动站总磷浓度的过程对比检验表明,数学模型可以合理地模拟降水驱动下的小流域水量和磷营养变化过程,为量化流域磷营养的输出负荷、明确其关键来源和路径提供了科学工具。

小型豆类播种机结构设计

为了加快推进我国丘陵山地农业机械化,针对丘陵山区地形地势特点和种植模式,研发了一款小型豆类播种机。该播种机由前驱动轮及转向装置、施肥开沟器、种子肥料箱、播种开沟器、旋转式播种器、后驱动轮和覆土装置等组成,对其转向系统、开沟器、排种器、覆土器和排肥器的结构进行了优化设计,保证能够高效地一次性完成开沟、施肥、播种、覆土等作业。该播种机由四轮独立驱动,爬坡时能够平稳运行,适用于丘陵地区单人半自动化播种作业,提高了作业效率和适用性。

川中丘陵区典型小流域地表水环境特征数据集(2005-2019)

基于中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站(简称盐亭站)对川中丘陵区典型小流域地表水环境状况的长期常规监测,集成2005–2019年川中丘陵区典型小流域地表水环境特征数据集。本数据集涉及典型小流域内布设的4个监测点,分别位于小流域的沟头池塘、中游汇水沟渠、集水区出口处的田面和堰口;2005–2006年,每3个月采集1次水样,2007–2009年,加采8月和9月的水样,2010–2019年则每月采集1次,采集样品时间均为每月20日,数据包含反映地表水环境的酸碱度、总氮、总磷、矿化度、电导率、化学需氧量、钙离子、镁离子、钾离子、钠离子、碳酸根离子、重碳酸根离子、氯化物、硫酸根离子、磷酸根离子和硝酸根离子等16个理化指标。监测样点布设、采集水样过程、实验室分析和数据分析均遵照中国生态系统研究网络(CERN)和国家科技基础平台要求的规范和标准进行,数据质量可靠,并与网络其他野外台站同类数据具有可比性。可为环境科学研究、生态清洁小流域以及水环境综合评价、管理和规划提供重要数据支持。

丘陵山区多功能移栽施肥农作小车设计与试验

目前,南方丘陵山区大多使用功能单一、通用性差的农业装备,为满足丘陵山地蔬菜生产的移栽和施肥需求,设计了一种可满足大部丘陵山区地区种植需求的多功能跨垄式移栽施肥农作小车。小车整机体积小,结构简单轻便,能够在小田块中实现高效移动,且通过性良好。同时,设计了轻量化的可拆卸上层结构,只需更换模块即可实现多种蔬菜的移栽和变量施肥作业需要,能够高效完成丘陵地区小田块的农耕作业活动,具有较高的通用性和利用率,市场前景广阔。

红壤丘陵区不同植被覆盖阈值小流域时空分布规律

植被覆盖度是反映土壤侵蚀状况的关键指标,实施植被恢复是防治小流域土壤侵蚀的重要措施,但小流域植被覆盖度到底恢复到多少才能有效控制土壤侵蚀尚不清楚。基于土壤侵蚀治理的小流域植被覆盖度阈值效应,对红壤丘陵区33 157个小流域2000—2015年植被覆盖度的时空变化进行了分析,评估不同植被覆盖阈值小流域时空分布规律与格局,以期精准制定小流域土壤侵蚀治理方式与对策。结果表明:(1) 2000—2015年,84%的小流域植被覆盖呈不断增加趋势,植被覆盖下降的小流域占15%,植被覆盖度基本不变的小流域仅有1%;(2)植被覆盖小于40%(低阈值带)的小流域占比小且相对稳定(3%~7%),说明大规模人工治理小流域土壤侵蚀的局面已扭转,但耕地依然是重点关注的对象;(3)植被覆盖位于40%~80%(过渡带)的小流域占比一直最高(超过83%),应采取以“自然恢复为主,人工修复为辅”的治理方式,重点关注土地利用结构和植被结构的优化配置;(4)植被覆盖大于80%(高阈值带)的小流域占比从2010年前的1%~2%上升到2015年的14%,可见具有自我修复植被覆盖条件的小流域显著增加,实施自然恢复(如封禁)是高阈值带小流域的优先选择。

滇东典型煤矿区小流域沉积物重金属来源及风险评价

【研究目的】滇东地区是中国南方重要的煤炭生产基地,研究典型煤矿区小流域沉积物重金属来源及生态风险,对煤矿区生态环境保护和治理有着重要的现实意义。【研究方法】系统采集小流域表层沉积物样品,测定重金属As、Cd、Cu、Pb、Hg、Mn、Ni、Cr、Zn和V的含量,运用地累积指数法、潜在风险指数法对重金属污染状况和潜在生态风险进行评价,并通过数理统计方法分析了其潜在来源。【研究结果】小流域沉积物中除As和Pb外,其余重金属均超过了云南省土壤背景值,但仅Cu的平均含量超过风险筛选值。在空间分布上,Cr、Ni和V为中等变异,其余重金属为高度变异。各重金属污染程度排序为Cr>Cu>Cd>Mn>Zn>V>Ni>Hg>Pb>As,其中Cr主要为偏中度污染,Cu、Cd、Mn、Zn、V和Ni主要为轻度污染,As、Pb和Hg主要为无污染。沉积物重金属潜在生态风险总体呈低风险—中等风险,Cd和Hg是最主要的生态风险因子,均表现为中等风险,其余重金属的生态风险则较低。相关性分析、主成分分析和聚类分析结果表明,沉积物重金属受到人类活动和自然背景的双重控制,其中Mn、Ni、V和Cr主要为自然来源,As、Hg、Cd和Pb主要为人为来源,而Cu和Zn则受到自然来源和人为来源的综合影响。【结论】虽然研究区为滇东典型的地质高背景区,但煤炭工业等人类活动对流域沉积物生态环境质量造成的潜在风险也不可忽视,尤其要注意Cd和Hg的监测和治理。

复合理念下的“小流域-乡镇”单元协同机制及融合路径

在我国典型的流域化地区,以小流域和乡镇区划为主的基层治理单元相互割裂,引发了“三生”空间治理失效、布局失衡、结构失调问题。基于复合理念,提出统筹自然、经济、社会复合巨系统全域全要素的“单元叠合、空间聚合、要素联合”协同治理思路。以陕南低山丘陵区为例,在量化分析小流域与乡镇单元现状协同关系的基础上,识别出两大类8小类空间模式,并提出区域层面自上而下和要素层面自下而上相结合的单元融合路径,形成乡镇级国土空间规划和全域土地综合整治的基本空间治理单元。

无资料区小流域山洪灾害过程数值仿真研究

为揭示无资料区小流域山洪灾害爆发过程及致灾机理,以江西省樟树市芗溪河小流域为例,建立暴雨洪水情况下松散体运移数值模型,分析了暴雨发生过程及泥沙运移规律。结果表明,对河道而言,高地势、坡降变化处与汇流地区流速较大,对于坡面较缓、汇水面积大的区域,汇流点流速相对其他区域增长尤为显著;流域初期局部积水,短期内出现地表径流,汇集而成的水流冲刷出多条沟壑,泥沙多在下游出口处沉积;流域水深、流速与降雨量相关,降雨量越大,水深流速越大,冲刷情况越显著。研究成果对于该地区山洪预警具有积极意义。

荒漠湿地小流域土壤储水量季节变化特征研究

【目的】借助SWAT模型模拟长时间序列优势分析荒漠湿地小流域土壤储水量的时空格局变化,为小流域生态植被建设提供科学依据。【方法】通过构建适用于荒漠湿地小流域的SWAT模型,模拟南海子小流域0~2.5 m土层的土壤储水量变化趋势,揭示不同植被类型和不同土壤类型土壤储水量时空变化特征。【结果】流域土壤储水量2020—2022年年内变化均呈现先上升而后下降趋势,月均土壤储水量范围为25.95~103.66 mm之间;各月份波动较大,与降水呈现明显的正相关;流域土壤储水量具有明显空间异质性,不同植被类型土壤储水量值总体表现为灌木>乔木>草本。【结论】结果表明:降水波动是引起土壤储水量变化的首要因素,土壤储水量具有随降水波动的明显季节性变化;流域土壤储水量在空间上呈现自西北向东南增加的趋势,草地对降水响应最敏感,林地对降雨的响应最为平稳;草甸土、风沙土、黄绵土、灰钙土4种土壤类型由于降雨的季节性波动均呈现相应的季节变化过程,但不同土壤类型对降水的响应存在差异。通过分析南海子荒漠湿地小流域土壤储水量变化特征,为荒漠地区区域水资源合理配置和指导干旱半干旱区开展科学的植被恢复工作提供理论依据。

基于降水特征的次降水侵蚀力估算模型——以黄土丘陵沟壑区典型小流域为例

【目的】在分析侵蚀性降水特征的基础上,构建基于降水特征的次降水侵蚀力估算模型,研究结果可为区域水土流失定量监测和水土保持效益评价提供参考。【方法】利用甘肃黄土丘陵沟壑区安家沟小流域和龙滩小流域2个典型径流场5 a的侵蚀性降水过程资料,构建雨量(P)×雨强(I)结构与E×I_(30)的转换关系。【结果】大于50 MJ·mm/(hm^(2)·h)的次降水侵蚀力占侵蚀力总量的比例高达75%,是该地区降水侵蚀力的主要贡献来源。降水量P和降水动能E之间呈线性函数关系。降水单因子I_(30)(30 min降水强度)、I_(60)(60 min降水强度)、E(降水动能)对土壤流失量(S)产生显著影响(P<0.01)。降水双因子P×I_(30)、P×I_(60)与S之间的相关系数r>0.616(P<0.01),P×I_(30)、P×I_(60)是影响坡面土壤流失量S的主要降水复合因子。P×I_(30)、P×I_(60)与E×I_(30)符合幂函数关系,模型方程决定系数R^(2)达到0.9840、0.9609。2个模型的有效系数分别为98.9%、98.1%,偏差系数分别为2.0%、3.2%。当10 mm<P<50 mm时,2个模型的预测值相对误差均不超过16%,对于>50 MJ·mm/(hm^(2)·h)的次降水侵蚀力预测值相对误差<10%。【结论】模型预测效果良好,指标因子P×I_(30)、P×I_(60)可作为该区域10 mm<P<50 mm次降水侵蚀力指标因子。

设计暴雨下的渌渚江流域洪水模拟及损失评估

我国东南部山丘区降雨丰沛,然而中小河流水文监测设施建设滞后,洪灾频发。为实现科学灾害防治,以浙江杭州渌渚江为研究对象,构建MIKE软件一二维耦合水动力模型,基于不同暴雨设计频率模拟流域洪水淹没面积及淹没水深,并预测洪灾损失。结果表明,随着重现期变大,流域淹没面积及淹没水深持续增大;当重现期达到50a一遇时,受影响农田面积、受影响人口总数及淹没损失急剧上升,表明防洪压力显著增大,需提前划分重点防护区,并做好防洪预案。一二维水动力模型在渌渚江洪水模拟具有适用性,并为山丘区中小河流洪水灾害防治提供实践经验。

陇中黄土丘陵沟壑区定西市典型小流域空间治理成效分析研究

在陇中黄土丘陵沟壑区定西市范围内筛选出自然条件相对较好,水土保持治理效果典型的小流域,通过调查分析,阐述了典型小流域的空间(包括物质空间和抽象空间)治理成效,初步建立小流域生态空间布局模型,为研究定西市小流域空间功能和生态影响因素提供实践依据,以推动黄河流域生态保护和高质量发展。

浅谈丘陵山区小型电动微耕机的一种设计思路

近年来随着国家对乡村振兴的重视,农业现代化发展成为一种趋势。我省丘陵、山地占全省总面积的80%以上,大型农业机械无法适合我省的实际需求,农机小型化、自动化难度大。目前针对小型农机智能化的研究非常少。文章针对电动微耕机当前市场现状进行分析,研究燃油式小型微耕机进行田间作业载荷变化规律,在此基础上对小型微耕机进行设计和调整,设计一款小型电动微耕机的测试装置,作为原型机对小型电动微耕机的田间作业载荷变化规律进行进一步的研究和分析,为将来设计适应我省丘陵山区的小型电动微耕机提供设计依据和设计思路。

丘陵山区中小型规模化养猪场粪污处理工程工艺优化研究

本文以屏山县域洪养殖专业合作社为例,针对其粪污排放灌溉处理工程工艺存在的处理后养殖废水未能达到灌溉标准的问题,新增了UASB厌氧反应池、高温智能禽畜粪便发酵罐、A/O系统反应池等处理设备与设施,将工艺优化为“养殖废水(水泡粪)+格栅渠+废水收集池+固液分离+缓冲池+UASB厌氧反应池+中沉池+一级A/O系统反应池+二级A/O系统反应池+二沉池+深度处理池+清水池+生态氧化塘”,同时对处理后的粪污进行检测。结果表明:优化后的工程工艺,运行效果良好,排出的养殖废水符合《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)旱作模式指标要求,养殖粪便经过无害化处理后转化为优良的有机肥料。该工程工艺可有效解决丘陵山区中小型规模化养猪场面源污染问题,实现粪污资源化利用。

东江源头典型山区小流域农业面源污染解析——以定南县东江流域为例

对东江源头典型山区小流域农业面源污染现状进行调查分析,解析该流域农业面源污染源、污染负荷量和污染负荷强度,以期为保障粤港澳大湾区水源安全,促进流域精准治污提供参考依据。从县域乡镇尺度上对定南县东江流域内的人居生活、农业种植、畜禽养殖和水产养殖等污染类型进行分类调查,采用输出系数法和等标污染负荷法对污染负荷量与污染负荷强度进行估算,应用聚类分析法和ArcGIS分析污染物空间分布,发现定南县东江流域农业面源主要污染物为TN、NH_(4)^(+)-N,主要来自人居生活和农业种植,污染源集中在历市镇和鹅公镇。加强居民水环境保护意识,加快配套污水管网建设,强化污水设备运行管理,合理施用氮肥和磷肥,对促进东江源头山区流域农业面源污染持续减排具有重要意义。

基于Arc Hydro模型的最优集水面积阈值分析

为提高河南省水土保持小流域划分工作的准确性与高效性,以河南省卢氏县、宜阳县和太康县分别作为山区、丘陵区和平原区的代表,基于分辨率12.5 m的DEM数据,利用Arc Hydro模型提取研究区河网信息,采用河网密度法研究集水面积阈值和河网密度、河网密度二阶导数的关系曲线,选取最优的集水面积阈值。结果表明:河网密度法可以避免传统方法在选取阈值时的盲目性与主观性,更加科学合理;不同地形的区域阈值选取也大不相同,卢氏县、宜阳县和太康县的最优阈值分别是50000、35000和30000,这说明在河南省小流域划分工作中应考虑到不同地形在河网提取时的影响,以保证小流域划分工作的精度。

基于TANK和LPM模型的华南山丘小流域洪水模拟研究

我国山丘地区面积占国土面积约67%,为探索山丘小流域洪水预报方法,提高山丘小流域洪水预报精度,针对华南山丘小流域采用TANK模型和LPM模型进行洪水模拟研究,利用V型薄壁堰测流方法得到流域实测流量,以实测流量数据对模型进行率定和验证,采用洪峰、洪量、峰现时间3个指标进行模拟效果评价,验证期合格率均在85%以上,达到GB/T 22482-2008《水文情报预报规范》中评定精度的甲等,说明TANK模型和LPM模型对小流域洪水预报具有较好的适用性。

太行山中部山区小流域洪涝灾害分析评价

2021年10月,太行山中部连续多日遭强降雨侵袭,多地发生洪涝、泥石流等自然灾害。通过对山洪防治区实地勘测,依据《山洪灾害分析评价技术要求》及《山洪灾害分析评价方法指南》,结合无资料地区小流域水文分析方法,对山洪灾害防治区典型沿河村落设计洪水等分析计算,评价其现状防洪能力,确定了不同危险等级所对应的危险区域并绘制风险图。根据流域模型法综合确定了不同前期降雨下区域雨量预警指标,为该区域山洪灾害防御预案的编制及灾害防治工作提供一定的技术支撑。