高强度人工降雨条件下地面坡度、植被对坡面产沙过程的影响

本文采用野外人工降雨的方法，研究了高强度降雨条件下地面坡度、植被对坡面产沙过程的影响。研究结果表明：（１）影响坡面累积产沙量的临界坡度明显存在，本试验中临界坡度介于２３．４°～２７．３°之间；（２）植被具有良好的减沙作用。当植被覆盖度超过６０％，植被的减沙效益均在９０％以上（与休闲地相比）。     

植被格局对坡面产流产沙影响的试验研究

利用人工模拟降雨试验,在不同植被格局的坡面上,研究了坡面不同植被格局对入渗、产流产沙的影响,结果表明:在小雨强下,不同植被格局的稳渗率大小差别较大;随着雨强的增大,不同植被格局的稳渗率差别逐渐减小。五种不同植被格局在不同雨强下的坡面上都在五分钟内达到稳渗。五种植被格局坡面累积产沙量的差异随着雨强的增大而增大,说明不同植被格局的确能够影响坡面植被的减沙减蚀作用。     

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、90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3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,对径流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;3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,产流与人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、0．11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。     

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。     

原状砒砂岩坡面产流产沙规律试验研究

为深入了解砒砂岩坡面的侵蚀产沙特征,在野外建立了人工原状砒砂岩坡面,通过放水冲刷试验对比研究了白色和红色原状砒砂岩坡面的产流、产沙过程。结果表明:白色砒砂岩坡面水分入渗率为18.9 mm/h,小于红色砒砂岩坡面的47.0 mm/h;白色和红色原状砒砂岩坡面水流平均流速与流量呈幂函数关系,相同冲刷流量条件下红色砒砂岩较白色砒砂岩产沙量及坡面水流含沙量大、抗侵蚀性弱;受水分入渗率和砒砂岩颗粒分离速度的控制,两种坡面土壤剥蚀率与单宽流量之间呈向下弯曲的二次曲线关系;两种砒砂岩坡面土壤剥蚀率与水力学参数的相关关系相似,说明其侵蚀产沙的水力学机制是一致的。     

模拟降雨下枯落物调控坡面产流产沙过程及特征研究

本研究采用模拟降雨实验的方法,研究了30、60和90 mm/h降雨强度下,5种枯落物覆盖坡面径流的水动力学特征,以期揭示枯落物覆盖条件对坡面产流产沙过程及其径流水动力学特征影响。研究结果表明:坡面平均产流率和产沙率随降雨强度增大而增大,随枯落物生物量增加而减小,并且与降雨强度和枯落物生物量之间均为指数函数关系;坡面流量-历时曲线稳定流量值主要受降雨强度的影响;产沙率-历时曲线稳定产沙率受降雨强度和枯落物生物量等多种因素的影响;枯落物覆盖对坡面径流水动力学特性有显著影响,相比于裸坡覆盖有50、100、150、200 g/m~2枯落物坡面径流平均流速相比裸坡减少率分别在17.7%、26.8%、37.9%、53.7%;雷诺数减少率分别在11.2%、18.7%、26.3%、33.4%左右;弗劳德数减少率在21.3%、30.3%、42.9%、61.2%左右,Darcy-Weisbach阻力系数增大了0.5~5.6倍;产沙率与Darcy-Weisbach阻力系数呈对数关系,与剪切力和径流功率呈线性关系,枯落物能显著增大径流临界剪切力和功率;产沙率(Dr)和各水动力学因子间有良好的相关关系,相关程度顺序为:RewVPFrft。     

不同坡度对大别山区产流产沙的影响研究

大别山区是国家级水土流失重点预防保护区,针对大别山区水土流失问题,在霍山县水土保持试验站野外径流小区对2017年不同坡度的径流和泥沙监测数据资料进行分析,通过线性回归方程和典型降水事件分析大别山区产流产沙在不同坡度下产生的变化规律以及不同坡度对大别山区产流产沙的影响,为大别山区水土流失的预防与治理提供依据。研究发现:①在降雨量、雨强、降水历时条件相同的情况下,坡度对试验径流小区的产流产沙量影响较大,而降雨量对于不同坡度坡面产流产沙的影响具有延续特征;②在降雨量相同的情况下,坡度越大,坡面径流量越大,同时,坡面径流量与暴雨、大暴雨2种降雨强度相关性强,相关性系数均为0.52(0.50);③坡面产沙量与降水强度相关性强,相关性系数为0.56(0.50),其中大暴雨降雨强度对坡面产沙量影响最大,坡面产沙量来自这种降雨的比重大,占总沙量的92%。     

水蚀风蚀交错区不同坡长坡面产流产沙过程

通过野外径流冲刷模拟试验,研究了水蚀风蚀交错区不同坡长坡面产流产沙过程。结果表明:1坡面径流起始时间、止流时间随着坡长的增加而增加,起流阶段坡长每增加一倍,起流时间不呈比例增加,但止流阶段坡长每延长一倍,止流时间呈比例增加;2在整个冲刷过程中,4、8、16 m坡长的平均流速分别为0.165、0.170、0.177 m/s,随着坡长的增加,平均流速略有增大,瞬时流速最大值发生在8 m坡长的坡面,4、8 m坡长的坡面径流流速总体上随着冲刷历时波动幅度比16 m坡长的剧烈;34、8、16 m坡长的平均侵蚀速率分别为54.15、75.32、23.02 g/(m2·min),随着坡长的增加,侵蚀速率呈先增大后减小的变化趋势,冲刷过程中4 m和8 m坡长的侵蚀速率陡涨陡落,16 m坡长的变化相对平缓;4坡面产流3 min之内,不同坡长坡面径流的含沙量均出现峰值,进而出现不同程度的下降,而且随着坡长增加,含沙量呈现先增大再减小的变化趋势。     

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。     

不同人工降雨和坡度条件下区域产流产沙变化特征影响试验研究

文章结合室外人工降雨试验,分析了不同降水条件(20、40、60、80mm/h)以及不同坡度(4°、6°、8°、10°)下壤土和潮土的产流产沙相关特征,并结合试验数据分别建立两种土壤类型下产流、产沙总量与雨强和坡度的拟合方程。试验表明:各土壤下产流、产沙与雨强和坡度分别呈现线性和幂函数关系,雨强对区域产流产沙影响程度总体高于坡度。在40、60mm/h雨强8°的潮土产沙总量高于壤土,其他条件下都低于壤土。     

不同土壤含水率对冻融坡面产流产沙过程的影响试验研究

北方寒区春季的坡面反复冻融会降低土壤粘聚力,在遭遇降雨时会产生更为严重的水土流失。为了掌握在不同土壤含水率对冻融坡面产流产沙过程的规律,本文根据北方气候变化特征和坡面产流特点,通过室内试验,研究获得了不同土壤含水率下冻融坡面的产流、产沙变化规律。其结果对于构建水土流失预测模型,有效采取水土流失防治措施具有参考意义。     

施加聚丙烯酰胺后坡长对侵蚀产沙过程的影响

坡长是影响坡面径流和水流侵蚀产沙的重要地貌因素之一。本研究通过一系列人工模拟降雨，研究了在不同条件下坡长对侵蚀产沙过程的影响。试验中测取了3种雨强（50mm/h、100mm/h、150mm/h）、4种坡度（5°、10°、20°、25°）、4种当量坡长（8m、16m、24m、40m）和5种地表处理（对照、麦草覆盖和3种聚丙烯酰胺覆盖度）的产流和产沙量。试验结果表明，不同的雨强、地表处理和坡度下，坡长对侵蚀产沙过程的影响也不同。     

大牛岭科技示范园区不同作物措施坡面产流产沙分析

以大牛岭科技示范园区2013-2020年自然降雨径流泥沙观测数据为依据,利用随机森林算法分析了不同作物措施坡面产流产沙特征以及水沙与降雨因子之间的关系。结果显示,土壤流失量、径流量随不同场次降雨的变化规律基本相同,红薯措施的土壤流失量及产流量最小,花生措施较大;A型降雨对产流产沙的影响最大,其次为C型,B型降雨影响最小;I30、PI60、PI、降雨量对土壤流失量产生影响,产流产沙受I60的影响偏低,产流受降雨量的影响最高;土壤流失量与径流深存在显著线性相关性,土壤流失量增速为白蜡树<大豆<李子树<红薯<核桃树<花生。研究成果可为辽阳地区生态文明建设、水土保持规划和低山丘陵区坡面侵蚀预测提供科学指导。     

坡面植被对径流的减流减沙作用机理及试验研究

坡面上的植被斑块和裸地斑块会对坡面产流产沙量产生较大影响.本文设计了两种坡面植被格局,分别模拟了原生植被坡面在开发初期和末期的状态,采用不同流量进行冲刷实验,结果表明草地景观中的裸地斑块和裸地中的草地斑块对坡面径流流量的影响均小于其对于坡面产沙的影响.裸地景观中的植被斑块减沙能力取决于植被带拦截次数,而植被景观中的裸地斑块增加产沙的能力取决于裸地斑块的顺坡长度.因此为了减少坡面土壤流失,在对原始土地进行开发时,应尽量沿等高线开发,减少顺坡长度.对于已经大面积开发的土地,应在沿等高线方向尽可能短距离内重复设置植被带,达到有效拦截泥沙的作用.     

坡面措施蓄水拦沙指标神经网络模型研究

建立具有通用性和实效性的水土保持坡面措施蓄水拦沙指标计算模型,是准确评价水土保持蓄水拦沙效益的基础。依据以往对大量小区试验资料的整理分析结果,运用神经网络技术来映射影响蓄水拦沙指标的各变量间的复杂关系,建立了以区域降雨-径流-泥沙子模型和林草盖度子模型等为基础的基于BP神经网络的坡面措施蓄水拦沙指标模型,并在黄土高原水土保持世行贷款项目蓄水保土效益评价中进行了应用和验证。结果表明：①神经网络模型能以较高的精度映射不同区域降雨产流产沙、水土保持措施质量与蓄水拦沙量间的复杂关系;②神经网络模型突破并消除了对降雨、植被盖度等因子进行人为分组的局限及其对计算精度产生的影响;③随着监测数据的增加,模型将不断得到泛化。     

雨强和地表糙度对坡面微地形及侵蚀的影响

地表糙度是影响坡面侵蚀产沙的重要因素之一,以往研究多关注糙度对坡面产流产沙特征的影响,而较少关注不同糙度条件下坡面微地形变化和侵蚀产沙的关系。通过人工模拟降雨试验,结合Photoscan技术研究了不同雨强和地表糙度对坡面微地形及产流产沙的影响。结果表明:在试验条件下,降雨后光滑坡面和粗糙坡面4个微地形因子(地表糙度、地形起伏度、地表切割度、洼地蓄积量)数值均减小,且有随雨强增大,其减幅增大的趋势;相同雨强和降雨历时条件下,粗糙坡面微地形因子变化幅度大于光滑坡面,微地形因子变化量与侵蚀产沙量呈明显正相关;与光滑地表相比,粗糙地表只在降雨初期能有效减少产流,随着降雨时间延长,2种坡面的产流率趋于一致;在试验选取的4个雨强条件下,粗糙坡面和光滑坡面产流率均呈现先增大后趋于稳定的趋势。粗糙坡面产沙率和产流率变化规律一致,但光滑坡面产沙率表现出在产流初期迅速增大,而后呈降低并趋于稳定的趋势。研究结果可为揭示坡面土壤侵蚀机理和建立坡面侵蚀产沙模型提供参考。     

生态护坡条件下坡角对边坡产流产沙规律影响的试验研究

以粘土和工程常用草种狗牙根、百喜草和白三叶为试验材料,利用自主研制的一种模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置,开展了生态岩土力学护坡条件下坡角对边坡产流产沙规律影响的试验研究,基于传统的径流量和产沙量的测量方法,分析了生态岩土力学护坡及一定雨强条件下坡面的产流产沙的演化规律。试验结果表明:不同坡度的各种工况下,边坡的侵蚀产沙变化趋势基本一致。百喜草和狗牙根的护坡效果明显,可作为护坡工程的优选草种,白三叶抗性较差,护坡效果不理想,工程用时要谨慎选择。对4种工况在不同坡度下的总产沙进行分析,得出坡度在35°左右时,各种工况的产沙量到达最大。这对于护坡工程的设计建设和运营提供了可靠的技术支持,同时为进一步探讨生态护坡产流产沙理论及本构模型的构建提供了参数依据。     

不同因素对重庆紫色土坡面细沟侵蚀产沙过程的影响研究

为揭示重庆紫色土坡面细沟形态、降雨强度和坡度对侵蚀产沙过程的影响,通过室内模拟人工降雨试验,定量分析不同降雨强度、不同坡度、细沟形态变化和不同降雨方式对细沟侵蚀产沙过程的影响,探讨细沟侵蚀强度在不同试验条件下的变化特征。结果表明：重庆紫色土坡面细沟侵蚀径流量和产沙量均随着坡度和降雨强度的增加而增加;坡面的水沙过程与细沟在形成和发育时关系密切,产沙量和侵蚀速率与细沟形态参数有显著的对数关系（r＞0.7）。研究结果可以为紫色土耕地细沟侵蚀防治提供理论支持。     

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。