紫色土坡面产流产沙模拟试验研究

应用人工模拟降雨试验,对紫色土坡面产流产沙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,雨强对径流总量的影响不明显;紫色土坡面产沙总量随着坡度和雨强的增大而增大,10,15,20°坡的产沙量较大,为3 106.03～8 117.09 g,故应在坡度≥10°的坡地上实施有效的水土保持措施.     

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。     

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。     

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。     

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。     

锦州市土壤侵蚀产流产沙规律研究

以锦州市水土保持监测点为例,采用K均值聚类法和灰色关联法分析2014—2021年侵蚀性降雨类型、特征以及不同径流小区产流量、产沙量、降雨量间的相关性,使用双累积曲线法分析不同下垫面条件产流产沙差异性。结果表明：(1)汛期是发生侵蚀性降雨集中期,频次达到65.1%,以Ⅰ型降雨为主,其次是Ⅱ型和Ⅳ型降雨,Ⅲ型最少;(2)径流深、降雨量与产沙量关系密切,相关系数处于62～0.88之间,Ⅲ型、Ⅳ型降雨造成的次降雨含沙量和土壤流失总量最高;(3)产沙能力最大的是农地,其次是林地,最小的是林地,选用高覆盖度的植物、横向起垄种植和减少人为扰动可以提高水保效益,林地比农地更具有更显著的水保效益;(4)随着雨强和雨量的增加,不同地表覆盖形式对水流和泥沙产生的差异逐渐减小,可为锦州市水土保持效益提升和水土流失治理提供一定支持。     

人工降雨和放水冲刷条件下紫色土坡面产流产沙特征分析

采用可变坡的3 m×1 m土槽进行人工降雨和放水冲刷试验,在不同坡度(5°~20°)、不同雨强(0.6~2.5mm/min)和放水流量(1.6~7 m3/s)情况下,对紫色土坡面的产流产沙特征进行了研究。结果表明:放水冲刷试验中径流流速从坡上到坡脚表现出先增加后减小、逐渐增大和逐渐减小3种趋势,而人工降雨试验则恰恰相反,径流流速从坡上到坡脚表现出逐渐增大的趋势;15 min是2种试验方法产流过程稳定的临界时间;人工降雨试验径流含沙量稳定的时间介于5~50 min之间,放水冲刷试验含沙量稳定的临界时间为20 min。试验成果可为后续紫色土侵蚀相关研究提供数据支持。     

小流域产流产沙动力学模型

按自然水系划分单元,每一单元又被概化为“一本打开的书”概化后的单元又区分为几个微地貌区。各单元水沙过程演算至流域出口迭加得流域产流产沙过程。此法一方面解决了降雨,侵蚀和下垫面的不均匀性,另一方面又解决了水沙的演算问题。坡面和沟道水流用运动波方程描述并用四点隐式差分格式求其数值解。根据水流作功和能量平衡原理推导出各微地貌区上的土侵蚀量计算公式,建立起具有物理过程基础的小流域产流产沙模型。     

红壤坡地果园产流产沙及氮磷流失对坡面水土保持措施的响应

坡地果园随降雨-径流-侵蚀-养分输出过程所带来的土地生产力衰退及水体污染是制约红壤丘陵区经济发展和生态安全的关键问题之一.为明确降雨条件和水土保持措施对产流产沙和氮磷流失特征的定量影响,本研究以江西水土保持生态科技园2020-2022年的坡地果园径流小区次降雨-径流观测数据为基础,分析不同水土保持措施下降雨量、降雨强度对含沙量、径流系数的定量影响,进而分析产流产沙与氮磷流失的定量关系.研究结果表明:(1)不同水土保持措施下,含沙量、径流系数随降雨量、雨强的变化趋势存在差异,带状植草(S1)、全园植草(S2)、水平梯田(S3)、水平梯田+梯壁植草(S4)相比清耕对照(CK)的平均含沙量分别降低17.8％、42.3％、22.6％、47.9％,平均径流系数分别降低60％、71.8％、26.4％、56.4％,植被措施相比工程措施能更好地调节径流,工程措施相比植被措施能更好地拦截泥沙;(2)在S1、S2、S3、S4、CK条件下,可溶性总氮/总氮(STN/TN)分别为 48.2％、45.6％、44.2％、45.9％、45.7％,可溶性总磷/总磷(STP/TP)分别为 52.9％、50.0％、47.2％、45.2％、47.4％,表明不同措施相比对照条件,氮磷的流失形态并未出现显著的变化;(3)S1、S2、S3、S4相比CK,TN的平均浓度变化分别为-8.2％、-13.4％、15.0％、-12.1％,STN的平均浓度变化分别为-3.2％、-13.6％、11.4％、-11.7％,TP的平均浓度变化分别为-10.5％、-21.0％、39.5％、10.5％,STP的平均浓度变化分别为0、-16.7％、38.9％、5.5％,相比工程措施,植被措施对于氮磷流失浓度的控制能起到更为关键的作用.研究成果对于红壤丘陵区果园坡地水土保持措施合理布设具有重要意义.     

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。     

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。     

工程开挖面水土流失特征试验研究

针对生产建设过程中工程开挖引发严重的水土流失问题,通过野外模拟降雨试验,研究了不同开挖坡度(30°,40°,50°)坡面产流、产沙特征。结果表明:坡度、雨强均能对开挖面产流、产沙过程造成重大影响,随着坡度增大,不同雨强(0.65,1.15,1.65 mm/min)下开挖面产流、产沙参数值增大,产流率介于0.47～0.72 mm/min之间,径流系数介于0.39～0.63之间;产沙率介于8.64～49.80 g/(m²·min)之间,径流含沙量介于17.27～77.64 kg/m³之间;但在相同坡度下,随着降雨强度的增大,产流、产沙参数值的变化存在差异。产流率随雨强增大而增大,径流系数的中(1.15 mm/min)、高(1.65 mm/min)雨强无明显差异。坡度30°的开挖面产沙率随雨强的增大而增大,坡度增大时,中、高雨强坡面产沙率接近;50°开挖面产沙率和径流含沙量在3个雨强下呈高-低-高势。试验成果为开挖面水土流失的预测、评价提供数据支撑,同时也为生产建设项目水土流失防治及水土保持监督执法提供科学依据。     

水土保持措施下的土壤入渗研究及次暴雨地表产流计算方法

从土壤水分下渗能力曲线出发，从理论和实验分析两方面说明水土保持措施下土壤入渗性能的改良作用。考虑到流域实际的下渗能力，建立了将下渗能力曲线，不稳定降雨过程和前期土壤含水量有机联系起来的流域场暴雨地表径流计算模式。     

祖厉河流域水沙状况及其对黄河安宁渡断面含沙量的影响

分析了近50年祖厉河流域出口断面靖远水文站的年径流量、年输沙量,总体来看,年径流量和输沙量均表现为下降趋势,径流量与输沙量关系密切,直接影响到该流域输沙量的变化。同时,近50年来,祖厉河泥沙进入黄河后在较大时段内呈扩散状态,且黄河安宁渡断面含沙量在一定程度上取决于祖厉河入黄口的水沙状况。     

秃尾河 窟野河 孤山川产流输沙模型研究

依据秃尾河、窟野河、孤山川三条河流域降雨时空分布极不均匀及产流输沙多集中汛期的特点,将流域分为若干单元,以各单元面积内的时段最大降雨、雨强、地貌参数为影响产流输沙综合指标,最后叠加成总指标的方法,建立了产流输沙次和年经验模型。统计结果表明,模型计算与实测值相比,平均相对误差分别为:年清水模数0.69％～4.5％;年浑水模数0.2％～8.4％;年输沙模数0.05％～11.5％。