Simulation on the Time Progress of the Non-Point Source Pollution Load in Initial Stage Runoff for Small Watershed

Taking a reservoir in South China as an example, we use rainfall-runoff unit hydrograph method to analyze the time changing process of surface runoff inflow, which generated by typical design rainfall. On the basis of time series data of flow and water quality in control section of the main rivers in Xili Reservoir, we establish mathematical response relation between non-point source pollutants flux, such as flux of COD, flux of NH3-H, in catchment area of control section and runoff. Then we simulate the time dynamic change progress of non-point source pollution load which generate with the initial stage runoff that generated by design rainfall and flow into reservoir. It can provide technical parameters for the design of non-point source which generate from early runoff treatment project.

降雨初期冲刷效应及弃流时间分析——以徐州市城市道路为例

降雨初期冲刷效应的判断对城市径流污染控制的解决方向起决定性作用,而初期雨水的弃流时间对海绵城市雨水污染的源头控制在工程实际中的应用具有重要的参考价值。本文对徐州市城市道路径流中5种主要径流污染物——悬浮物(suspended solids,SS)、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(ammonia nitrogen,NH_3-N)、总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorous,TP)进行分析,采用M(V)曲线法(污染物负荷累积率随径流量累积率的变化曲线)分析并对比相关水质标准,分析道路径流的初期效用及弃流时间。结果表明,徐州市城市道路径流存在明显的初期冲刷效应,且初期冲刷效应SS>COD> TP>NH_3-N>TN;SS初期冲刷效应随雨强增大而增加,COD、NH_3-N、TN、TP初期冲刷效应随雨强增大而减小;可将产流后20 min作为徐州市城市道路初期雨水的弃流时间,为海绵城市雨水源头控制提供参考依据。

崩岗崩积体坡面初始产流时间影响因素及其临界阈值

崩岗崩积体坡面原位模拟降雨试验研究还不多见。明确不同雨强、坡度和土体初始含水率对崩积体坡面初始产流时间的影响及其临界阈值,可加深对崩岗产汇流的认识,为合理配置水土资源和完善崩岗治理提供指导。以广东德庆县8个崩积体为试验地点,基于前期对崩积体土体理化性质的测定,采用便携式野外模拟降雨装置、无线自计气象仪和土壤剖面水分测定仪,在面积1 m×2 m的崩积体坡面径流场内,通过9种雨强(0.8—3.8 mm·min^(-1))、8种坡度(9°—38°)、12次10 cm深度土体初始含水率(0.2%—20.5%)的不同组合,进行了12场野外模拟降雨及崩积体坡面产流试验。结果表明,初始产流时间随降雨强度的持续增大而逐渐缩短,没有表现出明显的阈值现象。当坡度<26°—30°时,初始产流时间随坡度的增大而缩短;当坡度>26°—30°时,初始产流时间随坡度的增大而略有加长,初步判断26°—30°的坡度是影响初始产流时间的临界坡度。当10 cm深度土体初始含水率<7.8%—8.3%时,初始产流时间随10 cm深度土体初始含水率的变化没有明显的规律性;当10 cm深度土体初始含水率>7.8%—8.3%时,初始产流时间随10 cm深度土体初始含水率的升高而缩短,因而7.8%—8.3%的10 cm深度土体初始含水率可能是影响初始产流时间的临界阈值。在影响崩积体坡面初始产流时间的3个主要因素中,降雨强度对初始产流时间影响最大,土体初始含水率的影响次之,坡度的影响相对最小。土壤条件也是影响崩积体坡面产汇流的关键因素之一,开展不同区域土壤质地、土壤类型、土壤状况下崩积体坡面产汇流过程的对比分析,是今后需要加强的研究方向。该文初步发现的坡度和10 cm深度土体初始含水率的临界现象,也需要开展更多的试验和实证研究。

不同放牧条件下坡面初始产流时间和径流流速变化特征

[目的]研究不同降雨强度下植被覆盖度和坡度对我国北方典型草地坡面产流的影响,以期进一步丰富我国有关北方典型干旱半干旱草原的水土保持研究理论,为合理配置草原资源提供理论及实际参考依据。[方法]研究基于野外人工模拟降雨试验的方法,分析了不同雨强下初始产流时间与植被盖度和坡度的相关规律,以及不同放牧条件下坡面径流流速的变化规律,建立了初始产流时间与植被盖度和坡度以及坡面流速与植被盖度和坡度的多元回归模型。[结果]雨强为1.5 mm/min时,3个坡度4°,9°,14°坡面的初始产流时间相比裸地,放牧条件下分别增加了1.23,1.39,1.30倍,围封条件下分别增加了2.02,2.03,1.38倍。整个模拟降雨的坡面径流流速变化范围0.05~0.3 m/s,围封状态下,坡面流速仅是放牧条件下的63%~68%。[结论]植被盖度和坡度对初始产流时间的影响较为显著,在其他条件相同的情况下,初始产流时间随着雨强或坡度的增大均减短,随着植被盖度的增加而明显延长。在其他条件相同的情况下,雨强或坡度越大,坡面流速越大;植被盖度越大,坡面流速越小,产流总量与之规律相同。

模拟降雨下前期含水量对黄绵土坡面产流产沙过程的影响

为探究不同前期土壤含水量条件下坡面产流产沙特征及产流产沙关系,以安塞黄绵土为研究对象,通过设置6个前期土壤含水量处理(5%,10%,15%,20%,25%,30%),采用室内人工模拟降雨试验来系统研究前期土壤含水量对坡面产流产沙过程的影响。每个含水量处理设置2个重复,坡面坡度为15°,设计雨强为90 mm/h,降雨历时为1 h。结果表明:(1)随着前期土壤含水量的升高,坡面初始产流时间幂函数减小,产流量线性增大。(2)坡面土壤流失量随前期土壤含水量增大呈幂函数增加,高含水量组(29.3%)土壤流失量分别是低含水量组(5.8%和10.6%)和中含水量组(15.3%,20.4%,25.1%)的86.1,8.9倍。当前期含水量接近饱和时,坡面侵蚀加剧,土壤流失量迅速增加。(3)不同前期土壤含水量条件下坡面产流量与产沙量呈幂函数关系,当产流速率超过1.4 L/min,产沙量迅速增加甚至翻倍,呈“水大沙多”的特点。前期土壤含水量通过影响入渗产流和改变径流泥沙关系双重作用来影响坡面产沙。因此,对黄绵土坡面而言,应注意防范连绵持久降雨后暴雨或特大暴雨所造成的水土流失问题,可采取耕作、植被覆盖等措施维持适当土壤含水量使土层不饱和来减少侵蚀。研究结果为黄土高原水土资源保护和管理提供科学依据。

模拟降雨条件下林下枯落物层减流减沙效应

通过室内模拟降雨试验，研究了不同坡度、雨强条件下枯落物覆盖对坡面产流过程和侵蚀过程的影响。结果表明：1）枯落物单位面积生物量越大，坡面产流越迟，并且枯落物覆盖延迟地表径流产生的作用在30mm／h雨强下较60mm／h更为突出；2）坡面总径流量随枯落物单位面积生物量增大而减小，30mm／h雨强下减少率在4．8％-54．8％之间，60mm／h雨强下减少率在4．2％～26．8％之间，30mm／h雨强下枯落物的减流效应要优于60mm／h雨强；3）坡面产沙率和总产沙量均随枯落物单位面积生物量的增大而减小，当枯落物生物量为50g时，坡面的总产沙量相比裸坡可降低56．2％-68．0％，枯落物生物量达到200g之后坡面总产沙量相比裸坡能降低92．2％以上，即使在60mm／h雨强下枯落物层仍能发挥良好的减沙效果；4）枯落物层拦截泥沙的效应要强于其减少径流的效应，有枯落物覆盖的坡面，在径流量较大的情况下，产沙量也可能较小。实验表明，要发挥枯落物层良好的水土保持功能，枯落物单位面积生物量需达到250g以上。

施加PAM的坡地降雨入渗过程及其模型研究

作为一种新型高效的土壤结构改良剂 PAM,在一定条件下能显著地提高土壤入渗能力 ,减小坡面径流。采用室内人工模拟降雨试验 ,研究了不同 PAM覆盖度下降雨产流随时间的动态变化及其与雨强、坡度的关系 ,以及入渗率随时间的变化规律 ,分析了 PAM、坡度、雨强对入渗率的影响。结果表明 ,地表施加 PAM后土壤的入渗率及稳定入渗率都比未施 PAM显著提高。通过对比施加 PAM后 Kostiakov入渗模型与 Horton入渗模型的显著性 ,表明

聚丙烯酰胺应用对黄土复合坡面降雨产流的影响

复合坡是自然界常见的主要坡型。通过室内人工降雨模拟试验，研究了复合坡面降雨产流规律以及聚丙烯酰胺（polyacrylamide，PAM）应用对其的影响。试验采用2种复合坡型（凹型坡和凸型坡）的12个坡度组合和4个PAM施用量，共48个试验处理。结果显示，PAM应用显著缩短了初始降雨产流时间，初始产流时间平均比对照处理提前63.7%～71.6%。PAM应用明显改变了坡面径流随降雨历时的变化规律。PAM应用后，除了大坡度（≥10°）、小量PAM应用（0.5 g/m2）的凸型坡外，降雨径流系数在整个降雨过程中基本维持稳定。PAM应用增大了降雨径流系数和径流量，且径流系数和径流量随着 PAM 施用量的增大而增大。凸型坡的径流量平均比凹型坡的大14.7%～31.8%。当PAM施用量为0.5、1.0和2.0 g/m2时，凹型坡和凸型坡的径流量分别比对照处理增加55.7%、100.2%、147.3%和16.6%、69.3%、108.9%。在黄土坡地上大剂量（≥1.0 g/m2）应用PAM可明显增大坡面径流量，实际应用中应制定合理的PAM施用量。

坡耕地地表糙度对降水分配的实验研究

地表糙度指地表微小的高低起伏变化,是人为土地管理与土壤侵蚀共同作用的结果,可以影响降雨过程中水分转化与土壤侵蚀过程。该文以直线坡为对照,借助3种常见耕作管理措施(人工锄耕、人工掏挖与等高耕作)产生不同水平的地表糙度,结合人工模拟降雨试验研究地表糙度水分转化效应。结果表明:长历时人工降雨条件下,地表糙度可以强化降雨向土壤水分转化。其强化入渗作用表现为:增加地表填洼量,增大入渗水头与入渗深度,滞后产流时间,削减径流量,进而提高入渗率及水分转化率。坡耕地地表糙度与填洼量成指数关系,与平均入渗率及水分转化率成对数关系。

SCS模型在岚河流域的应用研究

介绍了SCS模型,在保留SCS模型物理意义的前提下,将SCS模型引用到位于汾河水库上游的中型流域岚河流域,通过对该流域实测降雨、洪水资料的分析,提出了适合该流域产流计算的CN值表和用于流域汇流计算的无因次单位线以及相应的汇流参数关系式。

间隔覆盖条件下塿土坡面产流状况模拟研究

采用间隔覆盖技术,利用室内人工模拟降雨实验对间隔覆盖塿土坡面产流动态变化过程进行研究。选取对坡面产流影响的主要因素坡度、降雨强度、覆盖面积比,通过正交试验设计,采用人工降雨的方法,探讨各因素对坡面产流的作用效应。结果表明,起始产流时间在各坡度间差异不明显;起始产流时间随雨强增大而减小,不同覆盖面积比条件下产流起始时间不稳定。当降雨强度和覆盖面积比一定时,累积径流量随坡度增加的趋势呈现一定不连续性,存在一个临界坡度;当覆盖面积比和坡度一定时,累积径流量不仅随雨强增大,而且与降雨历时呈现显著的线性关系,不同降雨强度条件下产流过程存在明显差别。不同覆盖面积比条件下坡面产流情况主要表现为累积径流量和径流速率均随覆盖面积比的增加而增加;雨水利用率与覆盖面积比及降雨强度等因素密切相关,降雨强度和覆盖面积比越大,雨水利用率越低。间隔覆盖法在降雨强度较小的情况下应用效果会更好。

生物结皮坡面不同降雨历时的产流特征

黄土高原退耕还林(草)工程实施后,生物结皮广泛发育,显著影响坡面产流。已有大量研究探索了生物结皮对径流的影响,但相关结论存在较大分歧。该研究以黄土高原典型生物结皮坡面为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了生物结皮坡面产流过程。结果表明:生物结皮坡面较翻耕后的裸土坡面显著降低了初始产流时间,裸土坡面初始产流时间是生物结皮坡面的1.59~3.04倍。生物结皮盖度与初始产流时间之间呈显著的负相关关系;降雨15 min时与60 min时生物结皮对坡面径流的影响发生逆转,90 mm/h的雨强下,当降雨历时为15 min时,生物结皮坡面较裸土坡面增加75.42%的径流;当降雨历时为60 min时,生物结皮坡面径流量较裸土坡面降低52.42%;生物结皮影响了土壤水分入渗速率,导致生物结皮坡面与裸土坡面随降雨历时变化的产流特征出现差异,裸土坡面降雨60 min时的入渗率较15 min时降低了34.30%,高盖度生物结皮坡面降低了6.38%;生物结皮对坡面入渗产流的影响与降雨历时有极大的关系,降雨历时不同,很可能得到截然相反的结论,考虑生物结皮因素的野外降雨试验,降雨历时应不少于45 min。研究结果为解释生物结皮影响坡面入渗产流方面存在的分歧提供了科学依据,进一步明确了干旱半干旱地区生物结皮的水文效应。

晋西黄土地区场（时段）暴雨地表径流量计算方法──下渗曲线法初探

以晋西黄土区清水河流域和蔡家川流域为研究对象，从该地区土壤水分下渗能力曲线出发，推导出了场（时段）暴雨地表径流总量的理论计算模型。经试验流域实测资料的检验，此理论模型平均精度较高，相对误差仅为６．８８８７％。

外源添加皂苷对斑玉蕈生长发育的影响

研究了外源添加皂苷对斑玉蕈生长发育的影响。结果表明:外源添加皂苷显著抑制了斑玉蕈菌丝的生长,并对菌落形态有所影响;显著增加了培养60 d的菌丝子实体的产量和数量,但对培养85 d的菌丝子实体影响不明显。当皂苷质量浓度为0.01 g/L和0.05 g/L时,培养60 d的菌丝子实体产量比未添加的85 d对照组高。外源添加皂苷后,斑玉蕈胞外纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性均呈现先降低后升高的趋势。

农业耕作措施蓄水保土机理分析

在黄土高原沟壑区的淳化县泥河沟流域 ,以常规耕作的直线坡为对照 ,对等高耕作、人工掏挖、人工锄耕的蓄水保土情况进行了人工降雨试验 ,结果表明 ,各种耕作措施均可提高土壤稳定入渗率、延长产流时间、降低坡面径流流速及减少坡面产流量、降低侵蚀模数等 。

石英砂介质中CO_2水合物形成影响研究

二氧化碳水合物的形成对二氧化碳地下固态封存和二氧化碳置换开采甲烷水合物有着重要的指导意义。在设计的水合物实验装置上,研究了不同初始压力、不同水合物形成温度和不同石英砂粒径条件下对二氧化碳水合物的诱导时间、生成速度等特性的影响。结果表明,水合物的生成量随着初始实验压力的增大和生成温度的降低而增大,基本不受石英砂粒径的影响;水合物平均生成速度随着初始实验压力降低、水合物生成温度降低和石英砂粒径增大而变慢;诱导时间随着初始压力的降低和石英砂粒径的增加而明显变长;若初始实验压力较高,导致二氧化碳在生成水合物前发生液化现象,则水合物生成诱导时间不明显,同时水合物平均生成速度也较慢。

不同嫁接时间对寄接梨产量和品质的影响

以翠冠为试材,研究了不同嫁接时间对大棚内外寄接梨成活率、成花率、产量和品质的影响。结果表明,不同嫁接时间对寄接梨的成活率影响不大,对成花率和产量有显著影响。大棚栽培在盖膜前后即1月下旬到2月上旬嫁接最理想。寄接梨显著提高了果实单果重和硬度,对可溶性固形物影响不大。通过寄接技术可以解决梨二次花大量开放导致第2年减产的问题,结合设施栽培能取得较高的经济效益。

不同时间步长对次洪模拟影响的评价与分析

为研究不同计算时段对半湿润半干旱地区次洪模拟的影响，选取西泉流域1973～1999年不同年代具有代表性的次洪降雨径流资料，采用不同时段步长、应用垂向混合产流模型模拟计算并对比分析结果。结果表明，计算时段为0．5h的洪峰模拟与洪水过程拟合程度模拟效果优于1h的模拟结果。

模拟沟灌条件下辽西褐土产流起始时间的影响因素

[目的]明确不同坡度、容重、含水率、灌水量对辽西褐土沟灌侵蚀产流起始时间的影响,以减少褐土沟灌侵蚀,指导农田灌溉。[方法]采用正交设计进行了室内模拟垄沟冲刷试验,采用4因素3水平的响应曲面分析法建立产流起始时间、侵蚀量的二次多项式数学模型。[结果]产流时间都在20.05s之内,最小的为3.03s;产流起始时间、侵蚀量的二次多项式数学模型决定系数R2分别为0.998 9和0.999 2。[结论]坡度、灌水量、土壤容重、土壤含水率与产流时间呈负相关关系,对产流时间有着显著影响,且灌水量>坡度>土壤含水率>土壤容重;试验中建立的二次多项式数学模型拟合效果良好。通过数值计算,提出不同坡度下满足侵蚀量最小时的灌溉模式。

模拟降雨条件下岩溶坡耕地产流产沙特征

采用室内人工模拟降雨的方法,开展了翻耕措施下不同雨强(63mm/h和100mm/h)对岩溶坡耕地产流产沙过程影响的试验研究,结果表明:同一雨强下,坡度越大,产沙量越大;同一坡度下,雨强越大,地表以及地下孔隙流产流越快发生,而壤中流在坡度小于5°时的63mm/h雨强产流较快,坡度大于5°时则100mm/h雨强产流较快;同一坡度时,不同的雨强下产流均以壤中流为主,雨强越大,径流量越大,其中壤中流最大,地表径流最小。以上研究能够为揭示西南喀斯特地区坡耕地土壤水蚀原理和石漠化防治提供理论支撑。