黄土区工程堆积体水蚀测算模型坡度因子研究

生产建设项目形成大量的弃土弃渣,即工程堆积体,坡度陡峻,物质组成复杂,土体多含石砾,且较为松散,具有区别于自然坡地独特的侵蚀机理与水土流失规律。通过对野外工程堆积体的下垫面进行概化,采用室内人工模拟降雨试验,对黄土区坡度在15°~35°条件下的工程堆积体地形坡度因子S值进行了修订。在明确定义我国工程堆积体标准径流小区和坡度因子的基础上,建立了黄土区工程堆积体地形坡度因子的幂函数和三角函数关系式,得到了坡度在15°~35°之间的坡度因子S值的查算表,并建立了土石体类型条件下坡度因子Si与纯土体类型条件下坡度因子So和石砾含量Pi之间的线性关系式,以期为黄土区工程堆积体水蚀测算模型的建立提供科学依据。     

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。     

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。     

皖西皖南土壤可蚀性值及估算方法验证

土壤可蚀性是水土流失预测的基础数据,可蚀性指标值的准确与否直接影响到水土流失预测精度。利用径流小区实测资料,研究了皖西、皖南主要土壤可蚀性值,并对EPIC模型和诺谟公式进行了验证。结果表明:皖西、皖南不同土壤可蚀性实测值差异较大,其值范围为0.013～0.043 t·hm~2·h/(MJ·mm·hm~2),黄棕壤最小,红壤最大,红壤可蚀性值是黄棕壤的3.3倍;同一种土壤不同方法估算的土壤可蚀性值差异较大,在没有实测资料验证的情况下,难以选择适宜的土壤可蚀性估算方法。研究结果为皖西、皖南水土流失预测提供了数据参考。     

不同成土母岩的坡耕地土壤侵蚀对比

通过对贵州省常见不同成土母岩的坡耕地分布区调查、取样分析、模拟试验,计算土壤可蚀性K值及其土壤侵蚀量。结果表明,不同成土母岩在土壤可蚀性K值上具有显著的差异性,其大小顺序表现为煤系地层组(0.247 8)、石灰岩组(0.243 6)最大,其次是变质岩组(0.214 6)、玄武岩组(0.211 0),再次是紫色页岩组(0.198 9),最后是紫色砂岩组(0.175 6)、长石砂岩组(0.157 2)。对比发现,不同母岩形成的土壤在相同的条件下受到的侵蚀程度具有一定的差异性,一般表现为土壤可蚀性K值越大,土壤侵蚀量越大,这说明了土壤抗蚀性的本质在于土体。这一结论将对区域土壤侵蚀研究具有重要的参考价值。     

西南地区生物质改良剂对土壤侵蚀因子的影响

为探究玉米秸秆和EM菌剂2种生物质改良剂对西南土壤侵蚀因子(降雨侵蚀力R和土壤可蚀性指数K)的影响,采用微型小区(1 m×1 m)的研究方法,统一坡度,合理定量施用2种生物质改良剂,同时设置原状土壤对照,观测分析径流泥沙和各处理土壤理化性质变化。结果表明:2种改良方式相对原状土壤均具有减轻水土流失的功能:雨季(6—10月)在玉米秸秆还田的改良方式下土壤侵蚀量各月分别减少52.8%、53.0%、63.0%、62.1%、63.5%,在EM菌剂施用的改良方式下土壤侵蚀量各月分别减少34.0%、33.9%、43.7%、39.2%、41.3%;土壤侵蚀程度强弱排序:秸秆还田菌剂施用原状对照。秸秆还田、菌剂施用、原状对照3种不同处理方式下的土壤侵蚀量与降雨侵蚀力R的拟合优度为0.957、0.993、0.734,与土壤可蚀性指数K的拟合优度为0.692、0.738、0.974,均呈现较好的相关性;秸秆还田和菌剂施用2种改良方式K值分别为0.216~0.250和0.298~0.320,比原状土壤的K值0.345~0.369均显著减小。综合分析认为:在生物质改良剂作用下的西南红壤侵蚀量与降雨侵蚀力R、土壤可蚀性指数K均呈显著相关性,R值对滇中地区土壤侵蚀量的影响大于K值的;2种生物质土壤改良方式均能有效增强土壤抗蚀性,秸秆还田对土壤的固结效果大于菌剂施用的。     

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。     

不同水保措施对土壤可蚀性及速效养分的影响研究

文章以丹东市宽甸县棕壤土区无水保措施和5种不同水保措施的坡地为例,通过对比土壤可蚀性特征与速效养分含量的差异,揭示了不同水保措施下土壤可蚀性与速效养分间的关系。研究表明:除硝态氮外5种水保措施下棕壤土速效养分含量均较高,水土保持有利于促进速效养分平衡、降低土壤可蚀性K值、提高有机碳含量和土壤的抗侵蚀能力;棕壤土可蚀性与速效养分之间密切联系,速效养分流失程度随土壤可蚀性K值的增大而增强,即K因子值越大则速效养分含量越低。研究成果可为棕壤土坡地水保方案的优化设计、小流域的治理效果评价等提供科学依据。     

四新小流域水土流失成因与防治

一、流域水土流失概况(一)水土流失概况黑龙江省七台河市四新小流域的土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主,侵蚀形态为面蚀和沟蚀两种。该流域现有水土流失面积784.82hm2,占流域总面积的38.08%,其中轻度侵蚀410.58hm2,中度侵蚀307.12hm2,强度侵蚀67.12hm2,分别占水土流失面积的52.32%、39.13%、8.55%。流域内8条侵蚀沟占地面积0.9hm2,沟道总长度     

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。     

喀斯特山区药用栽培植物泥沙减蚀量的神经网络模拟

为了对药用植物的水土保持效益进行科学评价,在地处西南喀斯特腹地的毕节市七星关区岔河镇足纳村的黄壤坡地上,建立5个药用植物泥沙侵蚀监测小区,得出土壤侵蚀量与植物覆盖度、枝叶层厚度、根系条数的监测数据,以此建立3-32-1结构的BP神经网络模型。模型进行10 625次训练后达到标准误差平方和0.001的精度要求,侵蚀模数的实测值与模拟值的绝对误差在-0.02~0.03 t/hm2·a之间,相对误差基本上为零。对调查的20种药用植物进行模拟,泥沙减蚀率最少为11.8%,最大为58.73%,大部分为55%左右。通过BP神经网络,能将部分药用植物的水土流失径流小区监测结果扩展到多种药用植物,得出其水土流失减蚀量,模拟结果较为切合实际。     

土石比与土体物理力学参数关系研究

通过阐述土石比变化对土体干密度、孔隙度、抗剪强度的影响,分析了不同土石比、应力和密实度条件下土石混合物的抗剪强度机理.结果表明:土石混合物的最大干密度由粗细粒的百分比决定,不同成分组成混合物的百分含量界限值接近;土石混合物的孔隙度取决于粗细粒的百分比,混合物的孔隙度低于纯黏粒和纯粗粒的孔隙度;无论样品的压力多大,随着压实度的增大,孔隙度减小,并趋向最小值;土石混合物的抗剪强度参数值不仅与土石比有关,还与其密实度、所受应力有关.     

云南省土壤可蚀性及其空间分布特征

为了给云南省土壤侵蚀研究、土壤环境潜在危险性评价、水土保持工作和生态环境建设提供参考,收集了全省274个土壤剖面资料,并对其中的222个典型剖面开展野外调查,采用Wischmeier模型和Williams模型计算所有土种的土壤可蚀性K值,与1∶75万云南省土壤图进行链接,得到云南省土壤可蚀性K值分布图,进而分析了各州(市)、各流域、不同海拔高度的土壤可蚀性空间分布特征,结果表明:云南省土壤可蚀性K值平均为0.006 2,属于中等可蚀性等级;土壤可蚀性K值最大的州(市)是楚雄州、最大的流域是红河流域,1 000～2 000 m海拔高度土壤可蚀性K值最大。     

土石混合体中抗滑桩抗滑力计算方法

抗滑桩是加固堆积层滑坡的主要工程措施之一,其与滑坡体的相互作用力决定了滑坡加固效果。堆积层滑坡多由土石混合体构成,为计算土石混合体中抗滑桩的抗滑力,引入土石混合体宏观抗剪强度指标评价模型,基于桩间土拱效应,构建了考虑块石体积含量(含石量)及休止角的抗滑力计算方法,并提出土石混合体中抗滑桩抗滑力的计算流程。针对20%~45%含石量和25°~40°休止角的土石混合体研究发现,土石混合体中抗滑桩提供的抗滑力并不总是大于纯土体中抗滑桩提供的抗滑力,其相对关系取决于块石的含石量与休止角的数值,并且存在明显的分界线。通过与数值模拟结果对比,验证了本文抗滑力计算方法的合理性,为堆积层滑坡中抗滑桩抗滑力的初步计算提供了一种可行的方法。     

华中地区土壤可蚀性因子研究

以全国第2次土壤普查数据为基础,利用 EPIC模型估算华中地区主要土壤可蚀性因子K 值,结合该区土种分布图,分析各主要土壤类型可蚀性K 值分布特征。结果表明：该区土壤可蚀性因子K值主要分布在 0.09～0.39 之间,高值区主要分布在河南省的东部、西部区域,低值区则主要分布在湖南省的南部、湖北及河南交界的中部及东部地区。依据华中地区土壤图,全区共分布有土类 25 种。其中,K 值最大的为褐土,约为0.34 ;红黏土的K 值次之,为0.31;粗骨土的可蚀性最低,约为0.19。华中地区红壤、水稻土、潮土、黄壤、黄棕壤等土类所占面积较大（约占全区总面积的 72.63% ）,其土壤可蚀性因子K 值分别为：0.250 , 0.253 ,0.287 , 0.225 ,0.244,可基本反映华中地区的土壤抗侵蚀情况。     

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。     

典型地震扰动区泥石流堆积体工程特性及其启动机制

地震扰动区内的高山峡谷地区,斜坡易发生崩塌、滑坡,堆积在坡面或沟谷内。雨水入渗导致堆积土体饱和度增加,强度衰减,继而诱发泥石流启动。都汶公路沿线和甘肃舟曲泥石流沟汇水区松散堆积体的物理力学特性试验结果表明,两组泥石流土体细粒含量少,均为宽级配不均匀粉土质砾石土。当舟曲泥石流堆积土含水率增至15%~18%时,都汶土含水率增至12%~15%时,土体黏聚力骤减,暗示土体强度丧失存在临界含水率,这一特定含水率可作为泥石流启动的临界含水率。进一步统计分析表明,泥石流发生前1h的临界降雨量与临界含水率密切相关,利用二者的相关性拟合,可反推泥石流发生的临界降雨量,为地震扰动区泥石流灾害的防治预警提供科学依据。     

三峡库区小流域水土流失的生物治理措施

南山桥沟小流域位于重庆市开县东面,长江支流小江的上段,自然地理类型属川东平行岭谷区,总面积548.9 hm2,区内降雨充沛,年降雨量1 053.8～1 431.3 mm,流域内水土流失面积381.35 hm2,占总面积的69.48%.在分析水土流失主要原因的基础上,确定了水土流失生物措施的治理模式,主要根据当地的土质类型,选择适宜于当地生长的植物种类,辅之一些配套措施.通过治理,森林覆盖率从7.8%提高到28.1%,土壤年侵蚀模数从3 653 t/(km2·a)降到2 510 t/(km2·a).     

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。     

不同植被类型对堆积体坡面径流特性的影响

针对植被防护堆积体侵蚀动力机制的问题,通过野外模拟降雨试验,分析直根系和须根系植被对堆积体径流流速、水力和水动力参数的影响。结果表明:植被削减堆积体平均侵蚀速率达88.34%~92.88%,直根系消减平均流速效益为50.51%,须根系为21.32%~35.61%;裸坡和植被堆积体径流流型均属于层流(雷诺数<40),裸坡径流在降雨强度≤1.2 mm/min时处于急流态,直根系堆积体均处于缓流态,须根系堆积体在急流态和缓流态间变化。直根系对坡面径流的阻滞作用大于须根系;植被防护下堆积体侵蚀速率、水力和水动力参数与裸坡呈显著性差异(P<0.05),径流剪切力和径流功率可用于较好地刻画坡面侵蚀动态过程,呈显著线性关系(R²为0.63~0.96)。研究成果可为生产建设项目工程堆积体水土流失量预测模型的植被因子修订提供科学依据。