间歇入渗影响因素的大田试验研究

间歇灌是一种新的地面节水灌溉技术。本文以141组大田连续及间歇单点入渗试验资料为依据,针对陕西关中地区中壤质地土壤,分析了土壤初始含水量、土壤结构及灌水参数等因素对间歇入渗减渗效果的影响。结果表明,土壤初始含水量的大小主要影响入渗过程的初始阶段,对减渗效果影响甚微;随着表土容重增大,减渗率减小;灌水参数对减渗效果有不同程度的影响,其中循环率影响最大。     

黄丘区自然草地对坡面土壤入渗的影响机制

利用野外人工模拟降雨试验,研究了草地覆盖度变化对土壤入渗过程的影响,定量分析了草地作用下入渗参数的变化规律。结果表明:草地覆盖度对土壤入渗率的影响存在着分级现象,36%~54%覆盖度范围内入渗率随着覆盖度增大而增大的幅度并不大,只有当草地覆盖度超过59%之后,入渗率才明显增大;草地具有削减入渗波动的能力;Horton和Philip入渗公式均能有效地反映不同植被覆盖度下降水在土壤中的入渗过程及特性;草地覆盖能有效增大土壤初始入渗率和稳渗率,并且土壤初始入渗率以及稳渗率与草地覆盖度均可用指数函数关系表示;草地覆盖度越高,初始入渗率和稳渗率相差越小,入渗率衰减得越慢。     

考虑成层土阻水减渗效应的地表水入渗过程分析模型

为完善地表水入渗过程分析的理论方法,抓住从高吸力土入渗到低吸力土,入渗会有停滞和入渗速率降低的特点,考虑湿润锋附近土体的非饱和特性,将土壤中水分运移划分为上层土入渗阶段、滞水入渗阶段和下层土入渗阶段,推导了可反映成层土入渗中阻水减渗作用的地表水入渗模型。通过与已有试验结果和现有同类型模型的对比分析,对模型参数进行敏感性分析。结果表明：本文模型比较准确地描述了层状土入渗中的滞水和减渗现象,更好地反映了入渗机理。当湿润锋行进发生停滞时,假设入渗速率呈线性下降是符合实际情况的。不同的土体性质对入渗有不同的影响：下层低吸力土的种类、埋深及积水深度对入渗特性有较大的影响;土体初始含水量仅对入渗时间影响较大;湿润锋过渡区占比对滞水作用有较大影响。     

草被覆盖对坡面水沙关系的影响分析

研究自然修复草被坡面的侵蚀产沙过程对认识生态修复措施的减水减沙作用和黄河水沙锐减原因具有重要意义。采取野外标准径流小区冲刷模拟试验的方法,研究不同立地类型下的坡面产流产沙过程和水沙搭配关系,结果表明:1与裸坡相比,自然修复草被坡面的减水减沙效益分别达到88.0%和99.9%,人工草被坡面的减水减沙效益分别达到47%和97.6%;2自然修复草被措施对坡面水沙关系影响明显,自然修复草被小区呈现水少沙少现象,水沙搭配关系与裸坡和人工草被坡面明显不同;3对于自然修复草被来说,土壤入渗率的显著提高是其发挥减水减沙作用的重要原因。     

干旱区若干水文过程研究进展

干旱区严重缺水,土地荒漠化的部分原因是对现有水资源的不合理管理和利用,本文从提高水分利用效率(WUE)的角度,就干旱区降雨截留、水分入渗和土壤蒸发等若干水文过程的影响因素及其机理的研究进展进行评述.在干旱区,冠层截留雨水损失很少,但树干茎流可以使水分和养分在植物根部富集,提高了水分和养分的利用效率,并且在灌丛周围,水分入渗较多,树荫具有减少土壤蒸发的作用;土壤物理结皮可以减少水分入渗,增加蒸发,但关于生物结皮的作用还存在争论,干沙层的保水机理有待深入;砂田砾石层具有截留雨水、增加入渗和减少蒸发的作用.目前对干旱区这些水文过程的认识还停留在植株或中小尺度,需要在较大尺度加深对水循环过程的综合理解.     

不同泥沙级配浑水灌溉入渗量及减渗作用分析

浑水灌溉是黄河流域普遍存在的现象,浑水中泥沙级配和浓度的大小对土壤入渗过程有很大的影响,不同泥沙级配和浓度的浑水入渗结果有显著差异。通过分析不同泥沙级配浑水灌溉入渗试验数据,并与清水灌溉入渗试验对照得出:不同泥沙级配浑水灌溉累计入渗量与时间的关系和清水相同,均为指数为正的幂函数曲线。相同含沙量、同一入渗历时,泥沙较粗的浑水始终比泥沙较细的浑水累计入渗量大。泥沙颗粒越细的浑水,其相应的累计入渗量越小,减渗量和减渗率越大;而相同累计入渗量条件下,泥沙颗粒越细,相应入渗历时越长。不同泥沙级配浑水相对于清水的时段减渗量和减渗率随时间均先增大后减小,最大值均发生在前50 min,泥沙组成颗粒越细,最大值出现的时间越早,同时刻浑水的减渗作用越强。     

耕作后土壤水分入渗参数BP预报模型

根据黄土高原区耕作后土壤水分入渗资料所建立的基于Kostiakov三参数经验模型公式的BP神经网络预报模型,对土壤水分入渗参数进行预测。预测结果表明:利用土壤基本理化参数耕作层(0~20 cm)土壤含水率及其密度、砂粒含量、粉粒含量、有机质含量预报入渗模型参数具有可行性。入渗模型参数入渗指数α、入渗系数k的平均相对误差约为1%;稳渗率f_0的平均相对误差约为8%,在可接受范围内;90 min累计入渗量I_(90)的平均相对误差小于3%。模型整体预测精度较高,实现了利用土壤基本理化参数预报土壤水分入渗参数,可为黄土高原区耕作后土壤的灌水技术参数的确定提供理论与技术支撑。     

秸秆层施深度对土壤水分入渗 特性的影响

通过室内试验分析了秸秆层施深度对土壤水分入渗特性的影响,结果表明：（1）不同秸秆层施深度的累积入渗量和湿润锋运移距离均小于对照处理,入渗时间越长,减渗效果越明显,随着秸秆层施深度的减小,相同入渗时间的累积入渗量和湿润锋运移距离减小;（2）不同秸秆层施深度下,秸秆层上部土壤含水量比不施秸秆时大,而秸秆层下部土壤含水量比不施秸秆时小;（3）入渗结束时,层施深度越小,其秸秆层上部的土壤含水量越大,而秸秆层下部范围则相反。研究结果可以为秸秆覆盖下农田水分的高效利用提供参考。     

降雨强度对土壤水再分布的影响

为了研究降雨强度对降雨入渗土壤后的水量分布规律,对不同降雨强度下坡耕地0～100 cm土壤含水量消退过程进行了分析。结果表明:降雨入渗后表层土壤含水量急剧增加,土层越深,变化幅度越小;随着停渗时间的延长,上层土壤含水量明显减小,下层土壤含水量稳定增加;降雨强度越大,转化成土壤水的水量越多,停渗后表层水分损失就较少;土壤水变化幅度越小,土壤水消耗过程越短,土壤水再分布影响的土层越深。     

植被恢复改变黄土高原产流模式问题初探

产流模式是研究所有水文及其相关学科问题之基。植被有效恢复深刻地改变了黄土高原土壤水文性质,进而影响地表产流模式,是黄河水沙变化归因分析中亟待研究的新问题。在有限时期内,地质地貌相对稳定,地表产流模式可以表征为降雨及水文下垫面的函数。植被恢复能增加冠层截留及地表糙率等,随植被恢复年限增加,土壤容重降低,土壤孔隙度和水稳性团聚体含量增加,土壤持水性能和入渗能力提升。通过对典型植被恢复流域河川径流过程分析,发现黄土高原部分地区的产流模式出现了从超渗产流向蓄满产流转变的趋势。植被恢复引起的土壤入渗能力增强、流域蓄水容量增大、调蓄能力增强是导致流域产流模式变化的主要原因。针对黄土高原地区产流模式变化对植被恢复的响应,指出未来应当加强植被恢复对土壤微结构、土壤水文物理特性及对产流模式变化影响的研究。     

黄土高原地区实施退耕还林还草战略的思考

退耕还林还草是一项庞大的系统工程。一要通过建设高质高产的粮食和饲料基地，满足农民生存与发展的基本需求，调整土地利用结构，保证坡耕地能“退”得下来，巩固得住，即“以建促退”。要针对黄土高原地区侵蚀环境特点，在千沟万壑中修建坝系工程，拦泥淤地造田，发展高产稳产的粮食和饲料基地，满足农民生产、生活和持续发展的需要，使得退耕还林还草有一个长期稳定的社会和物质基础，在腾出的坡耕地上造林种草。二是科学利用有限的水资源，解决水量资源性不足，提高林草的成活率和保存率，使林草能“还”得上去，并能够正常地生长，实现生态环境良性循环，即“治水保还”。黄土高原地区是典型的水资源贫乏区，干旱是制约林草生长的主要因素。能否顺利地还林草，关键取决于水资源。应采取“保、蓄、节、调”四个方面的措施，解决退耕还林还草的水资源问题。     

多沙粗沙区水土保持措施组合的调查分析

通过对黄土高塬多沙粗沙区涉及较多的黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区几条典型小流域和现有治理模式的调查分析，初步确定了多少粗沙区两个主要侵蚀类型区的水土保持措施组合方案。结果表明，黄土丘陵沟壑区第1副区和第2副区各水土保持措施面积占总措施面积的百分比：水平梯田18％-25％，人工造林45％-55％，人工种草20％-25％，坝地5.5％-7.5％，水地0.5％-2.7％，黄土高塬沟壑区北部和南部则分别为基本农田38％-50％、25％-38％，水保林43％-53％、33％-43％，经济林4％-15％、15％-25％，种草2％-6％、6％-20％.     

黄土高原公路建设中的水土流失成因及预估研究

结合陕西省合阳王村—皇甫庄公路改建工程,分析了黄土高原这一特殊地貌条件下的公路建设中的水土流失现状及形成机理。在详细论述水土流失预估方法和模型的基础上,对黄土高原公路工程建设中土壤侵蚀模数、建设区域内扰动原地貌面积、破坏土地和植被面积、建设区域内破坏水土保持设施面积、新增水土流失量、弃土和弃渣量、施工造成的水土流失危害进行了预估研究,结果表明:①高原公路工程建设中水土流失主要是不利的自然条件(降雨、地面坡度等)与工程开挖、填筑等建设活动互相交织产生的;②弃渣场是高原公路建设中新增水土流失的主要策源地,弃渣场产生的新增水土流失量为3.19×104t,占新增水土流失总量的99.71%;③公路建设造成的水土流失呈线形,影响范围广,应加强施工期的临时防护工程。     

不同次降雨条件对黄土区主要地类水沙动态过程的影响及其机理研究

通过野外人工模拟降雨试验，对不同次降雨条件下黄土丘陵区主要地类坡面水沙过程进行对比研究，分析降雨因素与产流产沙过程的关系，并对林草植被的水土保持机理做了有益探讨。结果表明，降雨因素是影响径流和产沙的主要动力因素之一，在不同降雨条件下，各地类小区产流产沙过程线均表现出较为强烈的波动趋势，产沙过程较产流过程波动更为剧烈，在植被覆度较低的黄土丘陵区，降雨强度是产流产沙的主控因子。不同地类的产流量和产沙量的变化，随着降雨强度的增强而增加，随着植物被覆度的增加，由于林草植被措施具有蓄水固土作用，减沙效益显著，降雨的影响相对降低。因此将陡坡耕地退耕还林还草是解决水土流失、恢复黄土高原良性生态环境的必由之路。     

基于GIS黄土丘陵沟壑区分布式侵蚀产沙模型的构建——以蛇家沟小流域为例

分布式侵蚀产沙模型是土壤侵蚀模型的重要发展方向,本研究将蛇家沟流域下垫面划分为5 ×5m的栅格,每个栅格内赋予相应的高程、坡度、地貌、土地利用等属性信息.根据流域DEM,确定流域的汇流方向、流路与汇流累积面积.在蛇家沟流域内采用“穷举算法”对SCS-CN模型的参数值进行校正.基于DEM、地貌、土地利用以及降雨等资料,利用黄土丘陵沟壑区良好的水沙关系,运用VB.NET+ARC ENGINE9.2+ SQLSERVER2000构建分布式侵蚀产沙模型.模型结构简单,输入参数比较少,利用求产流来求产沙,考虑了土地利用、汇流等因素具有一定的物理意义,并能达到一定的预报精度.其中产沙模型是建立在黄土丘陵沟壑区普遍的水沙关系基础上,通过校正水沙关系式系数及产流模型中的CN、λ值可在其它相似的小流域内使用.该研究可为黄土丘陵沟壑区水土保持治理效果评价提供依据.     

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.     

重塑非饱和黄土中水-气两相运移规律研究

黄土区水分入渗的实质是水、气两相运移共同作用。长时间强降水影响下,水分入渗更易在远离边坡的土层底部形成封闭条件,而在靠近边坡区域形成开放条件。为深入剖析黄土中水-气运移规律,分别在封闭和开放条件下进行了重塑土柱试验,并统计分析了土柱内实测的含水率和气压数据。结果表明:在开放和封闭条件下,湿润锋运移速度初始时最大;体积含水率均为先增大后减小,封闭条件下含水率减小后趋于稳定,而开放条件下含水率仍存在小幅波动;开放条件下气压差先增大后减小,最后在0附近振荡,而封闭条件下浅层气压差波动上升,深层气压差振荡后减小趋于稳定。因此,在滑坡治理过程中应同时考虑水、气两相共同的影响,制定更为全面、高效的防治措施。     

坡面产流过程及产沙临界对立地条件的响应关系

利用人工模拟降雨试验，以黄土高原黄土丘陵沟壑区第三副区黄土为模拟对象，依据45、90mm/h和130mm/h降雨强度下共计18个试验组次观测资料，定量研究了裸地、草地和灌木地三种立地条件20°陡坡产流过程及其产沙临界的响应关系。研究表明，高强度降雨条件下，草地和灌木地的减流作用会降低；裸地径流过程具有明显的起涨阶段，而草地和灌木地的起涨阶段不明显，对洪水过程具有消波调控作用，同时草地产流量受下渗率的影响比灌木地的大；裸地下渗率比草地和灌木地的明显为小，且其过程波动性强；三种立地条件的初渗率与稳渗率之差以裸地的最大，草地的最小，而且，产流与入渗的关系对降雨的响应是非线性的；断面比能参数可表征为产沙的主导因子，裸地、草地和灌木地的临界断面比能分别为0.074、0.11cm 和0.13cm。该研究对于揭示植被调控坡面产流产沙机理，为生态修复工程建设提供科学依据具有重要科学意义。     

一个改进的随机动力学水平衡模型及其应用研究Ⅱ。应用

本文用黄土高原长武农业生态试验站的冬小麦长期定位试验资料对改进的随机动力学水平衡模型进行了准确性检验。从模型对参数反映的敏感性分析和模型计算值与数值模型WAVES的比较，以及模型对黄土区旱作高生产力的水分环境效应的评价结果，均证明改进的随机动力学水平衡模型能比较准确地预测一定生产力水平、特定生态系统平衡体系水均衡要素的定量分配和土壤含水量的动态变化。     

基于Budyko假设的黄河流域水热耦合平衡规律研究

本文通过对黄河流域内63个子流域的年降水、径流深及实际蒸散发和蒸发能力的分析，证实了基于Budyko假设的流域水热耦合平衡关系是成立的。根据各子流域的长期水量平衡结果拟合并检验了水热耦合平衡模型中的唯一参数，结果显示，该参数具有显著的区域分布规律，黄土高原区平均为3.22，青藏高原区平均为2.27。 同时，研究结果表明，模型参数综合反映了流域的下垫面条件，并提出了根据流域相对入渗能力、相对植被-土壤有效蓄水能力和流域平均坡度估算模型参数的经验公式。