黄土高原流域土地利用变化的水土流失效应

本文以黄土高原中部的油河流域为例,利用3个不同时期的遥感影像分析了1977年以来的讷河流域的土地利用变化特征,在此基础上,选择年径流深度、年侵蚀模数、汛期径流深度、汛期侵蚀模数和枯季径流深度为水土流失过程参数,通过基于流域降水与水土流失过程各参数的统计回归模拟分析,区分出了降水和土地利用等地表属性变化分别导致的流域水土流失变化过程.研究结果认为:1980年以来,流域水土流失明显趋缓,以10年为尺度得出的平均值,径流深度减少了32.75mm,侵蚀模数减少了778t/km2.水土流失的变化主要是由地表属性变化引起的,降水量变化的贡献很小.耕地面积变化和地表属性变化引起的水土流失变化具有显著的相关性,坡耕地改梯田的农田水利建设可能是导致水土流失变化的主要原因.     

川中紫色土区小流域土地利用与土壤流失关系

根据长江上游水土流失重点防治工程总结报告,建立小流域土壤流失量、轻度以上侵蚀土地面积与农地、林地、荒地、其他用地面积无截距多元回归模型,以及小流域土壤流失量与不同侵蚀强度土地面积无截距多元回归模型,分析不同类型土地的侵蚀模数、土壤流失率、土壤流失比、土壤流失面积比,不同侵蚀强度土地侵蚀模数、土壤流失比。结果表明：（1）农地、林地、荒地、其他用地的土壤侵蚀模数分别为 2 353、2 319、12 162、-2 750t/km2·a;前三者的土壤流失比分别为56%、25%、19%,水土流失的首要用地类型是农地,但在个别小流域,林地或荒地也会是产生土壤流失的首要用地类型,其他用地对土壤流失起到抑制作用;（2）农地、林地、荒地的土壤流失率分别为52%、34%、100%,土壤流失面积比分别为72%、16%、12%,农地流失面积比远高于其他用地类型,但在个别小流域,林地流失面积比大于农地; （3） 无明显侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度以上侵蚀土地土壤侵蚀模数分别为-481、2 500、484、8 068t/km2·a;轻度侵蚀、中度侵蚀、强度以上侵蚀土地土壤流失比分别为8%、33%、59%,强度侵蚀土地是水土流失的主要来源。     

柳河流域生态建设对河流水沙变化的影响

河流水沙变化受人类活动、流域气候、下垫面条件的影响,而人类活动是河流水沙变化直接影响因素。从柳河流域六个水文站多年径流泥沙观测资料看,径流量、输沙量均有递减趋势;通过分析,河道内径流泥沙减少的主要原因,是流域生态环境改善,水土流失减少。自从1983年柳河流域上游被列为全国八大水土流失治理区之后,经过多年水土保持综合治理,森林覆盖率由27%增加到54%,林地面积由11万ha增加到22万ha,人工草地面积由2万ha增加到4万ha,坡面和沟道水土保持工程控制水土流失85%,径流系数由0.56减少到0.50,侵蚀模数由2086t/km2.a减少到1094t/km2.a。     

土地利用变化对潘家口水库控制流域径流影响

以潘家口水库控制流域为研究对象,利用1970、1980、1995和2010年4期土地利用数据分析土地利用时空变化特征,并结合SWAT模型从水文响应单元的角度,分析土地利用变化对流域径流变化及其空间分布的影响。结果表明:土地利用类型变化主要表现为水域减少,林地增加及草地、耕地减少,以及建设用地的扩张;2010年土地利用情景下研究区域中滦河、伊逊河、武烈河与老牛河4个子流域多年平均径流量平均减少6.36%。耕地及草地向林地的转化导致产流量减少,蒸发量增加是径流量减少的主要原因。单纯土地利用变化对潘家口入库径流影响并不大,上游中小水库、塘坝等工程的修建,及工农业和城市用水量的增加等是影响径流变化的主要原因。     

吕二沟小流域水土保持措施对径流和侵蚀产沙的影响

以甘肃天水吕二沟流域22年实测水文泥沙数据为基础，从降水～侵蚀产沙、径流～产沙关系入手，统计分析了小流域水土保持措施对径流和侵蚀产沙的影响。结果表明：小流域径流和侵蚀产沙在年内的分布与降水的季节分配和植被生长发育期有关；径流和侵蚀产沙的年际变化是随流域水土保持措施全面实施和小流域林草植被面积的增加，流域径流量和侵蚀产沙量逐渐减少。从单次降水～径流、降水～侵蚀产沙关系曲线来看，小流域水土保持措施发挥着明显的减水、减沙效益，为流域的综合治理、水土资源的合理开发利用提供科学依据。     

近40年来唐河上游降水-径流变化及原因探讨

以海河水系唐河上游流域为研究对象,根据1960年-2002年流域的降水及实测径流资料,利用肯德尔秩次相关法和双累积曲线,分析了年降水、年径流和降水-径流关系的变化趋势.结果表明,降水量不存在明显变化趋势,而径流量存在明显的下降趋势.整个降水-径流系列可以划分为三个阶段:1960年-1978年,1979年-1995年,1996年-2002年,三个阶段的降水-径流相关系数依次减少,降水-径流相关性减弱.此外,从流域内土地利用类型变化、水利工程建设、地下水资源开发利用状况等几个方面对流域降水-径流变化原因进行了初步分析与评价.     

不同土地利用方式水土流失规律分析

区域生态环境状况在很大程度上取决于水土流失的控制程度,而不同的土地利用类型又与水土流失发展密切相关。为进一步揭示不同用地方式对水土流失的作用机理,文章以宽甸县振江项目区西江小流域,利用直接剪切试验探究了林地、灌木、草地、耕地4种不同用地类型对土壤抗剪强度的影响,并对各因素的关联度运用TOPSIS模型排序。研究表明:不同用地类型的土壤抗剪强度坡耕地林地灌木地草地,可见坡耕地抵抗土壤侵蚀的能力最弱,而草地的抗侵蚀能力最强;土壤抗剪强度与根须质量百分比间的关联度最大,由此表明草地根须对土体的增强作用为草地最难发生水土流失的根本原因。     

土地利用变化对汾河流域典型区域径流影响模拟研究

利用气象水文基础数据及土地遥感等数据,基于统计学及水文模型分析了土地利用变化对汾河流域典型区域径流的影响,定量模拟和分析了典型区域1978、1998、2010年土地利用变化遥感数据下径流变化。结果表明:(1)静乐站控制断面以上土地利用发生了明显的变化,耕地面积2010年相比1978年减少了181.06 km~2,而林地和草地分别增加了160.22 km~2和20.22 km~2;(2)土地利用变化对径流量产生影响,1978、1998、2010年3期土地利用分析结果和径流模拟结果表明林地和草地相对于耕地可以减少径流量;(3)土地利用变化对径流的影响受降水条件的影响,降雨量越大,土地利用变化对径流的减少越明显,在未来土地类型规划中,应考虑降水条件和土地利用变化对径流的影响,合理布局土地利用方式。     

长江上游紫色土丘陵区小流域地面侵蚀量的确定

 紫色土丘陵区小流域地面侵蚀类型主要有面蚀、沟蚀和母质侵蚀三种，本文采用铯-1３７同位素示踪法测算了小流域坡面土壤侵蚀模数的多年平均值；用小区法、径流场法和侵蚀针测法分别测定了相同降雨条件下小流域内面蚀、沟蚀和母质侵蚀的侵蚀模数，进而换算出紫色土丘陵区单元小流域地面侵蚀的多年平均侵蚀模数。所得结果为求取小流域泥沙输移比及预报地面侵蚀量建立了基础。     

波状坡耕地工程减蚀技术设计与试验

为解决波状坡耕地水土流失的治理问题,针对波状坡耕地的形态特征及其水土流失特点,设计了波状坡耕地拦挡淀排技术,并提出了相关参数计算方法。在河北省平泉县东北沟小流域布设径流小区2个(对照小区和措施小区)并观测产流产沙量。3年观测结果表明,波状坡耕地的土壤侵蚀主要是由几场强降雨引起的,拦挡淀排措施在强降雨情况下的平均减蚀率仍能达到98.37%;通过对次降雨资料分析发现次降雨量是影响波状坡耕地侵蚀的重要因子,经过拦挡淀排措施对径流的调控作用,措施小区径流量明显减少,措施小区径流量与次降雨量的相关性系数减小;按照野外径流小区的实际修建费用估算出拦挡淀排技术的公顷造价为30075元,仅为北方土石山区石坎梯田公顷造价的49.60%,具有良好的经济适用性。因此,拦挡淀排技术能够有效防治波状坡耕地水土流失,可作为一项新型坡耕地水土流失防治技术。     

三峡库区小流域降雨入渗和产流产沙特征试验研究

三峡库区暴雨集中,历时短,强度大,是造成土壤侵蚀的重要因素。为开展对三峡库区小流域降雨入渗和产流产沙特征研究,通过建立三峡库区小流域微缩模型,分别实施降雨强度为60,90,120 mm/h的3场人工模拟降雨,对小流域模型降雨入渗规律和径流侵蚀过程进行了分析。研究结果表明:径流量均随降雨强度的增加而增加,而降雨强度增加入渗的作用仅在一定范围内是有效的;随着降雨的进行,产流强度和入渗率都趋于稳定状态,入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;3场降雨中累计产沙量和累计径流量的关系均满足幂函数形式,含沙量和侵蚀量之间呈较好的线性关系。该研究成果可为这一区域的水土流失防治提供重要的科学依据。     

紫色土坡面径流与侵蚀特征模拟试验研究

应用人工模拟降雨试验,对紫色土坡面径流与侵蚀特征进行了模拟试验研究。结果表明：紫色土坡面初始产流时间随着雨强的增大而减少,且在小雨强下坡度对初始产流时间的影响显著;紫色土坡面径流总量有随坡度和雨强的增加而增大的趋势,坡度较大时,雨强对径流总量影响不明显;紫色土坡面侵蚀总量随坡度和雨强的增大而增大,１０°、１５°、２０°坡的侵蚀量较大,在３１０６．０３～８１１７．０９ｇ之间,故应在坡度≥１０°的坡地上实施有效的水土保持措施。     

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。     

黄河流域水土保持减沙计算方法存在问题及改进途径探讨

水文法保法是分析计算汉域治理减水减沙效益常用的两种方法，但都存在一些问题。水文法计算的基础是帮雨沙资料建立的产沙模型，该模型很难准确地反映降雨产沙的自然规律；水保法计算的基础是制定的水土保持措施减沙定额，很难完全符合客观实际。本文从不同途径提出了三种经过改进的计算方法，即小流域天然产流量对比法、坡面综合措施减少沙系统数法和最大可能产沙量法。试算结果表明，在具有必要的前提下，应用这三咱方法分析计算流     

模拟降雨条件下径流侵蚀力与地貌特征的动态响应关系

本文通过模拟降雨模型试验,用高精度摄影测量、GIS技术和分形理论,对不同雨强条件下小流域模型次降雨径流侵蚀力和地貌形态分形维数变化及其动态响应关系进行了研究。结果表明,基于次降雨洪峰流量模数和径流深乘积的流域尺度径流侵蚀力量化方法揭示了径流的做功效率;大雨强的次降雨径流侵蚀力明显高于小雨强,不同雨强的次降雨径流侵蚀力随模拟降雨场次增加均呈现较为相似的变化趋势;小流域模型历经25场模拟降雨,地貌形态趋于复杂化,地貌形态分形维数呈波动增加趋势;小流域模型地貌形态分形维数的所处取值范围对于相同降雨条件下次降雨径流侵蚀力变化趋势具有决定性影响。本研究揭示了地貌形态特征与次降雨径流侵蚀力空间变异定量作用关系,提高了流域尺度土壤侵蚀预报模型精度和适用性。     

紫色土区小流域泥沙输出过程对雨型和空间尺度的响应

以紫色土区3个具有不同集水面积、物理特征和土地利用方式的小流域为研究对象，在1999～2000年间对流域野外自然降雨下泥沙输出过程进行了监测，旨在从小流域尺度阐明径流含沙量过程特征及其空间约束效应。结果表明：天然降雨侵蚀过程中流域径流含沙量时间曲线表现为波浪起伏形、幂函数递减形和抛物线复合形3种类型；峰值径流流量后，含沙量降低，表现为变化幅度小的低含沙量特征。泥沙输出过程对流域空间尺度的响应受降雨型式的强烈影响。均匀型降雨侵蚀下，径流含沙量时间曲线表现为低含沙量的波浪起伏形，并且，随流域面积的增加，次降雨平均含沙量增加；间歇型降雨侵蚀下，随流域面积的增加，径流含沙量曲线从抛物线复合形向幂函数递减形过渡；中大型降雨侵蚀下，径流含沙量时间曲线表现为幂函数递减形，泥沙输出过程对流域空间尺度的响应不敏感。     

三种土壤质地工程堆积体坡面流速及产沙特征

生产建设项目工程堆积体由于土壤质地、砾石质量分数差异较大,导致侵蚀过程流速及产沙特性发生变化。通过人工模拟降雨试验,研究砂土、壤土及黏土3种土壤质地堆积体的流速与产沙特性。结果表明:①堆积体坡面流速在产流开始3 min内递增,随后趋于稳定;②小雨强时砂土堆积体侵蚀主要发生在产流的中后期,壤土堆积体发生在产流前期和中期,而黏土堆积体的侵蚀发生在整个降雨过程,21 min后的累计产沙量占次降雨总产沙量砂土、壤土和黏土堆积体分别为52.3%~95.6%、29.6%~44.9%和42.1%~50.0%;③产流历时、雨强与径流率、入渗率、流速、产沙率均呈显著相关性;④雨强增加1.5~2.0倍,3种土质堆积体侵蚀量增大1.2~39.8倍。相同雨强下砂土堆积体侵蚀量是壤土的6.0~6.3倍,是黏土的3.2~3.5倍;相同砾石质量分数下砂土堆积体侵蚀量分别是壤土和黏土的5.0~9.8倍和2.7~3.8倍。研究成果对于明确含砾石堆积体侵蚀过程机理具有重要意义,并为建立堆积体侵蚀预报模型奠定基础。     

SCS-CN模型改进及其径流预测

黄土高原的土壤侵蚀与水土流失程度都很严重,对其进行水土流失的预报有着重要的生态意义和经济意义。利用SCS-CN(soil conservation service curve number)模型进行地表产流预测。针对黄土高原特定的气候及下垫面条件,以陕西省榆林市绥德韭园沟典型小流域为研究区域,借助韭园沟流域次降雨径流资料,优化影响降水产流关系的相应参数(初损率和降雨强度)。结果表明:①使用反算法来优化初损率,确定初损率为0.075,模型效率系数为0.208;②使用MATLAB结合粒子群算法来进一步优化初损率,确定初损率为0.13,模型效率系数为0.504,相比于反算法提高了142%,模型预报精度得到了很大提高;③在黄土丘陵沟壑区引入雨强因子修正降雨量函数,改进后模型效率系数为0.652,确定性系数为0.753,利用雨强修正函数后的SCS模型相比于标准SCS模型,确定性系数和模型效率系数分别提高了101%和534%。通过预测流域径流深与实测流域径流深的比较,模型模拟精度较为理想,可用于黄土高原不同小流域场次降雨的产流预报。     

红砂岩侵蚀区典型水土流失治理模式减流减沙效应

阐明小区尺度下不同水土流失治理模式的减流减沙效应,可为大尺度上的水土流失治理提供科学依据。以红砂岩侵蚀劣地为研究对象,采用野外径流小区长期定位试验的方法,分析自然降雨下典型水土流失治理模式的减流减沙效应及其对降雨要素、降雨雨型的响应规律。结果表明:试验观测期间,裸露地表径流系数为0. 66,土壤侵蚀量为0. 07 t/hm2,生态或经济开发治理后减流减沙效应均能达90%以上。地表裸露坡面产流产沙受降雨量、雨强影响显著,生态恢复模式降低了降雨要素对坡面产流产沙过程的影响,经济开发模式受降雨量影响显著。大雨强、短历时的降雨雨型是坡面产流产沙的主要雨型,对裸露坡面产流产沙的贡献将近50%,生态或经济开发治理后该雨型对产流产沙的贡献明显提高,增幅以经济开发模式大于生态恢复模式。因此,生态恢复和经济开发均是治理红砂岩水土流失的有效途径,应将生态恢复和经济开发治理相结合,使水土流失治理模式不仅具有水土保持功能,同时提升生态服务价值,促进当地的经济发展。     

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。