黄河流域砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应研究

识别砒砂岩区多动力侵蚀的叠加效应,对于深化认识砒砂岩区土壤侵蚀与产沙机理,为黄河粗泥沙来源区水土流失治理及砒砂岩区生态恢复等实践提供科学依据具有重要意义.通过室内人工降雨-风洞-冻融循环实体模型试验研究了砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应.试验结果表明:单一的冻融、风蚀作用不会导致坡面产沙量的明显增加,而是增加了水力侵蚀的...     

黄河流域砒砂岩区地貌-植被-侵蚀耦合研究进展

砒砂岩地区是黄河中游粗泥沙来源的核心区,是黄河流域生态保护的重点。揭示黄河中游砒砂岩地区地貌植被侵蚀耦合规律,对于砒砂岩区生态综合治理具有重要的理论指导价值。本文评述了砒砂岩区侵蚀地貌特征、植被生境空间分异规律、侵蚀空间分异规律,以及砒砂岩区地貌-植被-侵蚀空间耦合关系研究进展,并展望了其研究发展趋势。同时,提出了今后应加强研究的方向:应着重从机理层面对砒砂岩区的地形地貌空间结构分异特征、植被生境和群落分异特征及侵蚀时空分异特征进行深入研究,特别是将三者作为一个耦合系统的因素进行研究,解决制约砒砂岩区水土流失综合治理理论水平提升与实践的瓶颈问题;研究不同地貌单元的土壤侵蚀年内时空分异性特征及其成因,揭示坡沟系统水蚀年内时空分异性特征与自然植被时空分异性特征的耦合机理;揭示砒砂岩区地貌-植被-水蚀空间耦合机理。本综述可为黄河流域砒砂岩区生态保护、侵蚀规律研究及高质量发展提供一定参考。     

砒砂岩侵蚀机理研究与展望

砒砂岩侵蚀机理是我国北方脆弱生态区治理实践中迫切需要解决的应用基础问题中的难点。为深化理解砒砂岩复合侵蚀发生发展过程、揭示多动力侵蚀交替/耦合关系、辨识复合侵蚀与植被退化的耦合机理,系统总结了国内外对砒砂岩侵蚀研究的主要成果,包括砒砂岩侵蚀类型及其发生动因、砒砂岩侵蚀分布特征、砒砂岩侵蚀岩性机理等,并对现有研究进展进行讨论,指出砒砂岩侵蚀规律研究中面临的关键科学问题,提出未来研究的重点课题,包括砒砂岩区多动力复合侵蚀时空分异规律、复合侵蚀与植被退化的互馈关系、水岩作用下砒砂岩三元结构破坏机理、复合侵蚀试验观测方法等,可为今后开展相关研究工作提供参考。     

砒砂岩地区水土流失研究进展与治理途径

砒砂岩地区是黄土高原生态环境最脆弱、土壤侵蚀最剧烈的区域。从砒砂岩地区生态建设和治理开发的需求出发,回顾砒砂岩地区土壤侵蚀规律研究的主要进展,包括砒砂岩地区土壤侵蚀机理、水土流失动态监测、水土流失模拟评估。同时,对砒砂岩地区水土流失治理措施等方面的最新进展进行了分析,并针对目前存在的问题以及今后砒砂岩地区水土流失的治理途径进行了探讨。     

砒砂岩区二元立体配置治理技术及示范效果

针对黄河流域砒砂岩地区立地条件差、水土流失剧烈,以及砒砂岩孔隙率大、颗粒间黏性差而使常规的植物与工程治理措施难以有效实施的问题,探索了砒砂岩区水土流失治理的抗蚀促生与改性筑坝新技术,集成多措施多技术建立了综合治理模式,并开展了关键技术应用示范研究。研究表明:基于砒砂岩区水土流失规律提出的水土保持材料-工程-生物措施、坡面-沟道系统二元立体综合治理措施配置模式,治理效果明显;研发的抗蚀促生材料具有良好的抗蚀促生性能,具有减少土壤侵蚀、促进植物生长的作用;利用砒砂岩原岩改性材料建设的淤地坝,各项主要力学性能指标满足工程建设规范要求;研发的抗蚀促生复合生态材料措施可以作为我国生态环境极度脆弱区水土流失治理、生态建设的一条有效的新途径。     

十大孔兑降雨侵蚀产沙时空分布特征及预测

采用GIS与CA-Markov模型,对十大孔兑土地利用格局及土壤侵蚀产沙的时空分布特征进行了分析,并对2030年土地利用格局及降雨侵蚀分布特征进行了模拟。结果表明:十大孔兑土地利用类型以草地和荒草地(砒砂岩)为主,以自然生态系统为主,但人工生态系统分布相对集中,对局部干扰程度较大。2000—2015年人工生态系统不断扩张,耕地和城镇建设用地面积显著增大,沙地及荒草地面积显著减小,期间约有37%的土地利用类型发生转化,城市化及当地生态绿化措施显著影响着区域土地利用格局;2015—2030年土地利用变化比2000—2015年剧烈,土地类型转化集中于沙地转变为草地及灌木林地,城市化开始影响北部区域,部分砒砂岩转变为草地及灌木林地;影响十大孔兑地区土地利用格局的主要驱动力是政策驱动下的生态修复,城市化对区域的影响在逐步增强。十大孔兑降雨侵蚀较严重,属于极强烈侵蚀,砒砂岩裸露是造成降雨侵蚀强度增大的主要因素。2000—2015年虽然平均土壤侵蚀模数减小,但是剧烈侵蚀面积显著增大。到2030年土壤侵蚀强度继续减小,减小约10.39%,侵蚀量大的砒砂岩区得到修复,但是随着城市化进程加快,北部土壤侵蚀呈加剧趋势;十大孔兑未来的治理重点是既要针对砒砂岩地区开展生态修复工程建设,又要加强对北部城市化地区的生态管控,限制城镇无序发展侵占自然生态系统。     

防止砒砂岩地区土壤侵蚀的水土保持综合技术探讨

砒砂岩地区是黄河流域多沙粗沙来源的主要组成部分，又是我国沙暴扬尘的两大策源地之一，要想从根本上解决黄河下游粗沙淤积的危害，制止沙暴扬尘扩散范围，实现该区生态环境良性循环，必须对砒砂岩区进行集中治理。作者在砒砂岩地区植物“柔性坝”拦截粗泥沙试验成果的基础上，研究了防止沟道土壤侵蚀的系统综合技术，并对使用这项技术提出了一个可操作性的治理模式和数理关系式。     

砒砂岩地区土壤侵蚀机理研究

在砒砂岩地区土壤侵蚀特征研究的基础上,首次按产沙部位、方式、时序、动力和流程给出了砒砂岩区完整的土壤侵蚀分类系统图;其次,暴雨径流主要是输移的动力,其搬运输移力和对沟床的冲刷,可用单宽功率表示,并给出了两组判别式;其三,给出了小流域产沙量和输沙量的计算式.     

基于W-OH的砒砂岩抗蚀促生机理研究

砒砂岩区是黄河中游粗沙的主要来源区之一,而化学—植物措施对保护砒砂岩免受降雨和风力侵蚀具有较为明显的效果。从砒砂岩侵蚀机理、表面浸润性、抗蚀性、微观结构、红外光谱、保水性和植生等方面研究了一种新型亲水性聚氨酯复合材料(W-OH)对砒砂岩的抗侵蚀和促生机理。结果表明,砒砂岩易受侵蚀主要是组成和内部结构造成的,而W-OH溶液能够包裹在砒砂岩表面,形成一层具有保护作用的固结层,且可以很好地渗透入砒砂岩颗粒内部,增加颗粒间的黏结性,从而可以防止砒砂岩的进一步侵蚀。另外,W-OH为高分子材料,与水迅速反应可以形成网状的弹性凝胶体。该凝胶体具有保水保肥的作用,可以反复缓慢吸收和释放水分为植物生长所需,延长植物的生长期,起到促生的效果,从而为砒砂岩区综合治理提供理论依据。     

黄河流域砒砂岩区抗蚀促生技术试验研究

根据黄土高原水土流失防治与生态修复的需求,以黄土高原生态环境极度脆弱的砒砂岩区为研究对象,基于抗蚀促生新理念,研发了治理砒砂岩区水土流失的环保型抗蚀促生复合材料,并进行了野外试验研究。研究表明:砒砂岩中的蒙脱石、方解石和长石含量高,岩体孔隙微结构发育,是砒砂岩抗侵蚀性能差的主要原因;W-OH在砒砂岩表面具有良好的渗透性,通过添加紫外线吸收剂可以大幅度提高弹性固体的抗老化性能,具有抗蚀促生的功能;研发的抗蚀促生新材料具有明显的防治水土流失作用,根据野外天然径流小区试验观测,产流量减少70%~75%,产沙量减少90%~99%。     

砒砂岩区水土流失治理的"沙棘模式"

晋陕蒙砒砂岩区防治水土流失的“沙棘模式”,包括种植、开发、销售3个模块。3个模块耦合在一起,形成了一个高生产力的开放系统。在全国范围内,可仿照“沙棘模式”,开展推广沙棘等水土保持植物的综合种植开发试点,既有效地防治水土流失,又为这些地区的新农村建设做出贡献。     

砒砂岩抗剪强度与其结构特征关系

通过直剪试验、X射线衍射、电镜分析的方法,分析了红色砒砂岩和白色砒砂岩力学性能随含水率的变化规律,观测了砒砂岩的颗粒粒径分布、矿物组成及微观形貌,探讨了砒砂岩结构特征对抗剪强度的影响。结果表明,含水率对红色和白色砒砂岩抗剪强度的影响不同,红色砒砂岩抗剪强度随含水率增大先增大后减小,黏聚力起主导主用,白色砒砂岩抗剪强度随含水率增大而减小,摩擦力和咬合力起主导作用;红色和白色砒砂岩的主要矿物是石英、长石、蒙脱石和方解石,长石的易于风化,蒙脱石的遇水膨胀及方解石的易分解,导致砒砂岩力学性能较差;白色砒砂岩以粗砂为主,含少量细砂,颗粒有明显棱角,孔隙较大,导致颗粒间具有较强的摩擦力和咬合力,而红色砒砂岩细砂含量较多,结构连接较致密,导致滑动过程中以黏聚力为主导,咬合摩擦作用较弱。     

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。     

Study on reforestation with seabuckthorn in the Pisha Sandstone area

In northwest China, an area of more than 11 000 km² is covered by Pisha Sandstone, a kind of loosely bonded sandstone formed during the Tertiary period. Pisha Sandstone is hard when it is dry but becomes loose when it is wet. Due the nature of this sandstone, this area of northwest China is plagued with a high erosion rate (over 20 000 t/km² yr) as well as poor vegetation. In order to reforest gullies and to control erosion in the area, seabuckthorn (Hippophae rhamnoides Linn) was successfully used to reduce the erosion rate and help encourage vegetation growth in this area. Field investigations have been carried out in the Xizhao gully to study the effects of the species on sediment trapping and ecological improvement. Through these investigations, it was discovered that seabuckthorn encouraged the growth of Clinelymus dahurcus Turcz, and consequently, the two species form a dense double-layer of vegetation with well-developed middle and understory plant communities. The forest was planted in the late 1990s (first introduced in 1995), with a measured rate of sediment trapping efficiency of more than 90%. Rainstorm water was also stored in the gully within the trapped sediment. The water content in the reforested gully was approximately twice as high as the non-vegetated gully. Soil organic matter content was higher in the gully planted with seabuckthorn than compared with a non-vegetated gully. The understory community was evaluated by the taxa richness, the thickness-coverage and the Simpson diversity of the sub-layer vegetation. The understory community patterns found in the seabuckthorn vegetation was much better compared with those found in areas forested with poplar or willow vegetation.     

东北黑土区水土保持技术标准化建设

东北黑土区在防治水土流失的实践中使用了很多有地域特点的水土保持技术措施,在水利部的支持下,松辽委从2005年开始对东北黑土区水土流失综合防治技术进行了深入的挖掘和整理,并按照国家的水利标准化工作要求进行了东北黑土区水土保持技术标准化建设,取得了阶段性的成果,推动了黑土区水土流失的治理工作健康开展。     

引黄灌区现代化改造的水土保持措施研究

本文按照新时期黄河流域生态保护和高质量发展以及灌区现代化建设的相关要求,通过分析引黄灌区在现代化改造实施中的水土流失特点,结合引黄灌区自身特点进行水土流失防治分区并总结水土流失防治策略,提出了引黄灌区现代化改造中各防治分区在施工前、施工中、施工结束后的水土保持措施。研究结果可为黄河流域生态保护和高质量发展提供技术支撑。     

改性黄河砒砂岩筑坝材料性能试验

为改变砒砂岩遇水溃散的特性,满足砒砂岩区淤地坝建设对建筑材料的需求,研究了砒砂岩改性技术。通过试样固结体积观测、抗剪强度测试、X射线衍射(XRD)、热重(TG-DTG)分析和扫描电子显微镜(SEM)分析,探讨了不同浓度改性剂对砒砂岩固结体积、抗剪强度、矿物组成和微观结构形貌的影响。试验结果表明,改性后砒砂岩的膨胀性得到显著抑制,材料体积稳定性及抗剪强度得到提高,试样的体积减小率及抗剪强度最大值分别为50%和138 kPa;改性后试样中蒙脱石晶层间距和试样质量损失明显减小,试样的水化膨胀特性得到有效控制;改性后试样的孔隙结构得到改善,裂隙数量及尺寸显著减小,试样更加均匀密实。