人工降雨条件下扰动坡面土壤侵蚀规律研究

应用人工模拟降雨实验,拟定3种不同雨强对砂土、粉壤土、石质土和黏土4种`不同土壤质地扰动坡面产流产沙规律进行研究。结果表明：地表径流的产流开始时间随着雨强的增加缩短,在3.3~24.9min之间变化;坡上、坡中、坡下的径流流速呈现递增的趋势,但是整个坡面的单位水流功率在降雨过程中变化不大;石质土和黏土的产沙量最大,且在降雨过程中呈现先增后减的趋势,而砂土和粉壤土的产沙量不大且呈现增加的趋势;同一坡度同样降水量情况下产沙量呈现石质土>粉壤土>砂土的规律;黏土坡面的产沙量随着雨强的增大而增大。     

工程堆积体土石质边坡径流特征及其产沙效应

工程堆积体边坡侵蚀产沙是生产建设项目区新增水土流失的主要来源之一。通过室内模拟降雨试验,以土质边坡为对照,研究了不同雨强(1. 0 mm/min、2. 5 mm/min)不同砾石质量含量(10%～30%)条件下风沙区工程堆积体土石质边坡径流强度与流速特征及其对产沙的影响。结果表明:(1)各雨强下径流强度随砾石含量增大先减后增,10%砾石含量堆积体边坡径流强度较土质边坡降低3. 3%～38. 6%,20%～30%砾石含量堆积体坡面径流强度较土质坡面增加7. 7%～94. 7%。(2)含砾石边坡流速较土质边坡降低0～45. 8%。1. 0～2. 0 mm/min雨强下,流速随砾石含量增大变化趋势与径流强度一致,而在2. 5 mm/min雨强下则持续减小。(3)土质边坡流速与径流强度关系可通过幂函数描述(P 0. 01),而砾石含量越高,雨强越大时,二者之间的关系转变为开口向下的二次函数形式(P 0. 01)。(4)次降雨产沙量与径流流速、径流强度及其二者交互项呈极显著线性相关关系,其中,流速可作为预测风沙区工程堆积体土石质边坡次降雨侵蚀产沙量的最优选指标。研究结果可为工程堆积体土石质边坡侵蚀产沙预测提供一定的参考。     

砾石作用下松散红壤堆积体坡面产流产沙特征

为了探究松散红壤工程堆积体在不同降雨条件下的径流产沙特性,基于野外调查统计结果构建堆积体试验槽模型,通过模拟降雨试验研究不同降雨强度下纯土和20%砾石含量堆积体的径流产沙的差异。结果表明：(1)砾石作用延缓堆积体坡面径流发生时间的平均滞后效益为299.56%;2种堆积体径流率随产流历时呈递增变化,随降雨强度增大,平均径流率递增34.48%～244.83%,土石混合堆积体平均径流率相较于纯土减少6.54%～45.83%,平均流速减少13.76%～30.54%。(2)降雨强度≤1.5 mm/min时堆积体侵蚀速率随产流历时总体缓慢递增或趋于稳定,土石混合堆积体平均侵蚀速率比纯土减少80.39%～84.95%;但在强降雨条件下（2.0 mm/min）纯土堆积体侵蚀速率呈快速增大后递减变化,土石混合堆积体侵蚀速率波动递增,且土石混合堆积体平均侵蚀速率比纯土增大20.04%。(3)降雨强度和砾石均会改变堆积体坡面径流产沙和流速,差异显著（P<0.05）且呈“水大沙多”的特点。研究结果可为堆积体水土流失防治措施布设提供指导,为建立工程堆积体土壤侵蚀预测模型提供基础数据。     

砾石对赣北红土工程锥状堆积体侵蚀规律的影响

以赣北红土为研究对象,通过组合不同砾石质量百分数(0%、10%、20%、30%)、不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5mm/min)的室内模拟试验,对开发建设项目中散乱锥状堆积体的产流产沙规律进行研究。结果表明,在相同降雨强度下,含砾石堆积体(10%、20%、30%)的产流时间要明显小于不含砾石堆积体(0%)的产流时间;砾石对径流率的影响不明显,但径流率与降雨强度有明显的正相关关系;在降雨强度≥1.5mm/min的条件下,四种砾石含量堆积体的侵蚀速率在一场60min的降雨中主要经历"浮土冲刷"、"形成结皮"、"可蚀性泥沙减少"和"结皮破坏"四个阶段;一场降雨后堆积体总产沙量随砾石质量百分数的变化依次为0%10%20%30%,砾石能够促进堆积体的坡面侵蚀。     

基于不同降雨特征的空闲坡耕地产流产沙特征解析

阐明空闲坡耕地产流产沙特征,可为坡耕地水土资源综合治理提供科学依据。以第四纪红黏土发育红壤为研究对象,采用野外径流小区长期定位试验的方法,分析天然降雨条件下的空闲坡耕地产流、产沙特征及其对降雨特征的响应机制。结果表明：空闲坡耕地的土壤侵蚀等级为强烈等级以上,产流、产沙存在逐年降低趋势,与年降雨历时存在一定的负相关,但不显著;产流、产沙主要集中在4-9月,可分别占到全年总量的96.73%和99.35%;小雨雨型几乎无产流、产沙,暴雨雨型以上降雨的产流、产沙贡献率大,其贡献率均在80%以上;降雨量、降雨历时、降雨动能以及降雨侵蚀力对产流的驱动模型呈二次曲线函数关系,最大30 min雨强的驱动模型则呈幂函数关系;降雨动能、降雨侵蚀力以及最大30 min雨强对产沙的驱动模型均呈现幂函数关系,而降雨量和降雨历时的驱动模型分别为一次线性函数和二次曲线函数关系,产流驱动模型的可决系数均大于产沙驱动模型,产流与产沙的关系表现为幂函数关系。     

雨强对工程堆积体侵蚀规律和细沟发育的影响

以陕西杨凌周边开发建设项目弃土堆积体表层土壤为试验材料,模拟野外最常见的散乱锥状堆积体的形成过程和堆置形态。在室内模拟降雨的条件下,设计了七组降雨强度(1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5mm/min),研究了雨强对物质组成为全土的锥状工程堆积体的产流产沙规律和细沟发育的影响。结果表明:1降雨强度对径流率和侵蚀速率的变化规律有着显著的影响,在不同的降雨条件下,径流率和侵蚀速率随时间的变化规律不同;2各雨强条件下,细沟长度、宽度和深度的变化趋势不同,其中细沟长度与侵蚀速率之间存在着显著的正相关关系;3在产流初期(0~10 min),侵蚀速率随雨强的增大呈现出一条较为平缓的曲线,产流时间10 min后,侵蚀速率随雨强的增大呈现出指数增大的趋势;4总侵蚀量与雨强之间存在着明显的指数关系。     

黄土区生产建设工程堆积体石砾对侵蚀产沙影响

以黄土区工程堆积体概化下垫面为对象,采用人工模拟降雨方法,研究石砾含量对径流产沙的影响。结果表明:在坡度小于25°时,石砾存在增强坡面径流路径弯曲度,延缓径流形成;平均流速、平均径流率随雨强增大而递增,剔除坡度、雨强影响,平均流速随石砾含量增加呈线性递减;随着坡度递增,平均径流率减少24.50%~32.96%;雨强、坡度对平均侵蚀速率影响显著,雨强为1.0时平均侵蚀速率仅为2.5mm/min时的2.19%~23.42%,35°时的平均侵蚀速率是15°的1.50~3.91倍。石砾存在可延缓坡面径流形成时间且有效减少土壤侵蚀。     

多场次降雨条件下覆沙坡面的径流产沙特性试验研究

基于可控坡面进行多场次降雨试验,对覆沙坡面的产流产沙特性进行研究,以期为揭示黄土高原风蚀水蚀交错区风水复合侵蚀机理研究提供科学依据。结果表明:覆沙坡面的初始产流时间远大于裸坡,相对延迟了5.3~11.2倍,多场次降雨条件下,产流时间显著提前。首场降雨下,覆沙厚度为1cm,当雨强由1mm/min增加到1.5mm/min,覆沙坡面径流量、产沙量分别增加了0.87倍、0.85倍;雨强为1.5mm/min时,当覆沙厚度由0.5cm增加到1cm,首场降雨的径流量、产沙量分别减小了9.6%、12%。相对于裸坡,覆沙坡面产沙量较大,产沙过程较剧烈,首场降雨产沙量占总产沙量的70%以上,是裸坡的8.9~10.8倍,但在多场次降雨条件下,产沙量显著减小,并趋于稳定。研究结果表明坡面覆沙在一定程度上加剧了土壤侵蚀,可为揭示风蚀沉积物对水蚀过程的作用机理研究提供参考。     

神府煤田弃土弃渣堆积体径流侵蚀特征

为研究神府煤田弃土弃渣堆积体径流产沙规律,采用野外模拟降雨试验的方法研究了不同降雨强度条件下偏石质弃渣体(Ⅰ)、偏土质弃渣体(Ⅱ)及弃土体(Ⅲ)径流侵蚀特征。结果表明:(1)Ⅰ和Ⅱ弃渣体砾石含量分别为69.33%和45.06%,颗粒级配良好,而弃土体颗粒级配不良,以沙粒为主(90.31%);(2)雨强为1.0 mm/min时Ⅰ弃渣体和弃土体径流为层流,其余条件下各堆积体径流均为紊流,各堆积体坡面径流率、雷诺数和单位径流功率均与雨强成显著递增的线性或幂函数关系;(3)Ⅰ和Ⅱ弃渣体侵蚀速率随降雨时间以峰谷交替式的趋势下降至稳定,弃土体则呈增大—减小—稳定的变化趋势,Ⅱ弃渣体侵蚀波动性最强,侵蚀速率最大,Ⅰ弃渣体和弃土体侵蚀速率与雨强和径流率均成显著的指数关系;(4)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ堆积体土壤可蚀性分别为40.713、379.77、93.355 g/m~3,发生侵蚀的临界单位径流功率分别为4.61×10~(-3)、6.26×10~(-3)、5.94×10~(-3)m/s。     

模拟降雨条件下工程堆积体产流产沙特征研究

试验选取江西红壤为研究对象,设计四种降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5mm/min)与四种砾石含量百分数(0%、10%、20%、30%)相组合,在室内通过降雨试验对坡顶平台有车碾压堆积体在降雨过程中的流速、径流含沙量和侵蚀速率的变化规律进行了研究。结果表明:堆积体坡面径流流速在整个降雨过程中大体上处于稳定波动状态,是降雨强度和砾石含量共同作用的结果,并得到了流速与降雨强度和砾石含量的关系式;径流含沙量随时间变化曲线可被描述为"先增大—再小幅度减小—再稳定—再急剧减小—最后小幅度上升"的趋势,同时分析得到了坡顶平台有车碾压堆积体出现二次侵蚀的临界时间为降雨后48min左右;侵蚀速率随着降雨强度和砾石含量的增大均会增大,拟合了侵蚀速率与降雨强度和砾石含量的关系式。     

粗糙度对坡面侵蚀及泥沙分选性影响试验研究

为进一步揭示土壤侵蚀的内在规律,以某一试验小区为例,通过模拟不同地表粗糙度,分析了不同雨强条件下的坡面侵蚀产沙及泥沙颗粒粒径变化特征。结果表明:相同雨强和降雨历时下,粗糙度对坡面径流率、水流功率、径流含沙量和产沙率有显著影响;侵蚀泥沙的搬运形式与雨强和粗糙度均有关,而不同泥沙颗粒搬运方式是引起不同粗糙度坡面侵蚀产沙分异的重要原因。因此,坡面侵蚀产沙模型中应综合考虑地表粗糙度和泥沙粒径信息。研究成果可为水土保持规划设计和水土保持措施优化配置提供一定依据。     

花岗岩发育红壤坡地侵蚀产沙规律试验研究

本文在对野外试验观测小区进行数年天然降雨观测的基础上，借助于模拟降雨试验方法对花岗岩发育红壤坡地的三种不同试验小区的水土流失过程与规律以及降雨强度对水土流失的实际影响作一些探讨．试验实测资料表明农耕小区与光板小区的产流产沙结果较为接近，产流比牧草小区大数倍至数十倍，侵蚀产沙大到数百倍，而且随雨强增加其相差更加悬殊．雨强与降雨能量是影响农耕地与光板地水土流失的重要因素，但对牧草小区影响不大，牧草对增加土壤入渗、增强土壤抗蚀性、防止雨滴溅蚀有极其显著作用与效益．最后本文简述了对坡地改良与利用的一些想法．     

华南红壤区坡面产流产沙对植被的响应

植被对坡面水蚀具有重要影响,其减水、减沙效益广受关注。以广东省五华县源坑水小流域2011—2014年的径流小区次降雨水沙观测数据为基础,分别在次降雨、月、年及不同降雨区间讨论植物类型差异、月际植被盖度变化、年际植物生长及不同次降雨量对坡面产流、产沙的影响。研究结果表明:(1)在次降雨尺度,植物小区平均减沙效益、减水效益分别为24.77%、12.95%,其减沙效益大于减水效益;(2)在各降雨区间,相较于裸土小区,桉树、松树和糖蜜草小区分别在次降雨量为20~30 mm、20~40 mm和20~50 mm的降雨区间具有较为显著的减沙效益。松树和糖蜜草在次降雨量为10~50 mm的降雨区间均具有显著的减水效益。但在次降雨量50mm的降雨区间植物的减沙、减水效益均不显著。(3)在月尺度上,各径流小区产流、产沙量均无显著差异。但由于月际植被盖度的变化,不同月份植物减沙效益数值顺序存在一定变化,但植物减水效益数值顺序较为稳定均呈现为糖蜜草松树桉树。(4)在年尺度上,桉树,松树和糖蜜草的减沙、减水效益区间分别为7.00%~38.66%、2.98%~8.76%,7.74%~37.30%、6.67%~19.67%和8.35%~45.33%、10.00%~23.36%。各径流小区年均次降雨产流、产沙数值顺序均呈现裸土小区桉树小区松树小区糖蜜草小区。各植物小区的减水效益与减沙效益相一致,表明相较于植物通过改变水沙关系减沙而言,植物主要是通过减水来减沙。     

人工降雨和放水冲刷试验下红壤坡面径流与泥沙特征分析

南方红壤丘陵区是我国水土流失最严重的区域之一,严重的水土流失会导致土壤退化,也会影响农业生产的可持续发展,因此,研究红壤坡面侵蚀规律对南方红壤丘陵区水土流失防治意义重大。以红壤坡面为研究对象,应用人工降雨和放水冲刷试验,选择5°,10°,15°,20°四个坡度,设计0.8,1.2,2.1,2.6 mm/min四种降雨强度(相对应的放水流量分别为1.4,3.0,5.7,7.0 L/min),对红壤坡面的径流和泥沙特征进行了研究。结果表明:2种试验条件下,红壤坡面初始产流时间均随着坡度和降雨强度(放水流量)的增大而减小,尤以5°坡和0.80 mm/min降雨强度(1.40 L/min放水流量)下变化幅度最为明显,且在坡度较小时(5°和10°),人工降雨试验产流快;2种试验条件下红壤坡面径流量稳定时间为15~20 min,人工降雨试验红壤坡面泥沙量稳定时间为10~15 min,放水冲刷试验红壤坡面泥沙量稳定时间为15~20 min;径流和产沙总量随降雨强度(放水流量)和坡度增加而增大,在降雨强度(放水流量)和坡度较小时变化幅度较大;降雨试验的径流总量超过放水试验,产沙总量在降雨强度(放水流量)和坡度较小时,放水试验多,但随着降雨强度(放水流量)和坡度的增加,降雨试验多;5°坡在不同的降雨强度和放水流量下,径流和泥沙总量变化幅度最大,故应重视5°坡的水土流失预防。研究结果有助于全面了解红壤侵蚀规律,并为南方红壤丘陵区开展土壤侵蚀治理提供数据支撑。     

黄土区坡面侵蚀时空分布与上坡来水作用的实验研究

本文采用多坡段模型，运用模拟降雨实验方法研究了坡面侵蚀时空分布特征和上坡来水来沙的侵蚀作用，结果表明：坡面各部位的侵蚀方式与雨强密切对应。定量分析得出径流量、产沙量与坡度呈对数关系，与坡长呈线性关系，与雨强呈幂函数关系，建立了产沙量与坡度、雨强及径流量的关系式。同时也建立了产沙量、产沙增量与上坡来水来沙的关系方程，上坡来水使梁峁坡和谷坡产沙量增大了20.2%～63.5%和42.9%～74.5%。     

不同措施下土壤侵蚀特征值及其影响因子典型相关分析

根据东北沟小流域观测裸地、等高耕种、水平阶等3种措施径流小区的径流量和泥沙量资料,研究不同措施下径流泥沙与降雨等因素的相互关系,采用典型相关分析法分析不同措施下影响土壤侵蚀的主要因子。结果表明,在裸地和等高耕作措施下,径流深在土壤侵蚀特征因子中起主要作用,而在水平阶措施下,土壤流失模数在土壤侵蚀特征因子中起主要作用。不同措施下土壤侵蚀影响因子不同,在裸地和水平阶措施下,可以通过降雨量、雨强和雨前土壤含水量等土壤侵蚀影响因子来预测径流深和土壤流失模数,而在等高耕作措施下,用降雨量、雨强、降雨侵蚀力等土壤侵蚀影响因子预测土壤侵蚀特征因子更为准确。     

紫色土坡面壤中流形成与坡面侵蚀产沙关系试验研究

 采用人工模拟降雨法,在长5.0 m、宽1.5 m、6个不同坡度（10°,15°,20°,25°,30°,35°）的径流小区上,通过3个不同降雨强度（1.0,1.5,1.8 mm/min）,对紫色土坡面产流形式及侵蚀产沙关系进行了模拟试验研究。结果表明：紫色土坡面总径流主要由地表径流和壤中流两种形式组成,地表径流和壤中流在总降雨量中的比例随雨强和坡度的不同而发生变化,在相同坡度情况下,壤中流占总降雨量的比例随雨强的减小而增大,在雨强相似的条件下,壤中流占总降雨量的比例随坡度的增大而增大。普遍存在的壤中流在土壤侵蚀尤其是重力侵蚀中起到了相当重要的促发作用,甚至由壤中流促发的侵蚀量要远远高于片蚀、沟蚀等坡面侵蚀形式,这与以往研究表明的长江流域坡面侵蚀以面蚀为主的结论有所不同。