红壤坡地不同生态措施地下径流养分流失研究

利用大型土壤渗漏装置(Drainage Lysimeter)对百喜草覆盖、百喜草敷盖、裸露三种生态措施的地下径流养分流失问题进行了研究.结果表明:在试验期间这三种处理措施氨氮流失总量分别为992.64 mg,2 679.67 mg,258.84 mg;总氮流失总量为1 096.494 mg,3 108.376 mg,295.064 8 mg;总磷流失量为603.35 mg,3 109.45 mg,182.42 mg;养分随地下径流流失量敷盖最大、裸露对照最小,这和一般情况下地表径流养分流失有所不同;从流失过程可以看出这三个处理的地下径流养分流失和径流过程比较相似,符合"肥随水走"的水肥运动规律,当降雨过后地下径流变大,养分流失也增大;在整个过程中,氨氮随径流过程变化剧烈,而且随地下径流流失量大,总磷则相对平稳,而且流失量也小.     

红壤坡地氮溶质分层输出特征试验研究

南方红壤丘陵地区降水集中且多暴雨,土层薄,易被冲刷侵蚀,坡地农林开发中以径流为载体传输的氮素面源污染对水环境造成威胁。本文利用大型土壤渗漏装置,在施肥前、施肥后、施肥后一年3个不同时期3场自然降雨事件下,对植草覆盖、干草敷盖和裸露3种处理下红壤坡面氮素随径流垂向分层输出特征进行分析。结果表明:地表径流总氮(TN)输出量各处理排序为裸露干草敷盖植草覆盖,壤中流和地下径流总氮的输出量干草敷盖裸露植草覆盖。在暴雨条件下红壤坡面径流中总氮分层输出以地下径流为主(占55.28%~95.30%),氮素流失不仅体现在地表(占0.12%~42.16%),更多地还体现在地下的壤中流和地下径流。植生覆盖和枯落物覆盖等水土保持措施有利于可溶性无机氮的下渗。     

不同下垫面红壤坡地壤中流对自然降雨的响应

壤中流是红壤坡地降雨产流的重要组成,但其发生机理与定量化一直是研究的难点。本文通过野外大型水分渗漏小区长期定位观测,研究自然降雨条件下,不同下垫面(百喜草植草覆盖、百喜草干草敷盖与地表裸露)红壤坡地壤中流产流特征及其关键影响因素。结果表明:(1)植草覆盖和干草敷盖能有效减弱红壤区降雨季节性差异对地表径流的影响,降低地表径流,促进壤中流发育;(2)植草覆盖与干草敷盖的次降雨地表径流系数是地表裸露的10.80%和12.55%,而壤中流次降雨径流系数为地表裸露的2.47倍和3.22倍;(3)下垫面条件能显著影响壤中流的输出特征,地表裸露壤中流主要发生在60 cm层,次降雨径流系数是30 cm层的1.29倍,植草覆盖和干草敷盖主要影响30 cm层,对60 cm层影响较小,且30 cm层次降雨径流系数是60 cm层的1.44倍和2.22倍;(4)春季是植草覆盖与干草敷盖30 cm层壤中流的主要输出季节,输出量占全年的34.90%和39.63%,随着土层深度增加,60 cm层壤中流季节性差异降低;(5)壤中流受降雨量和降雨历时两个因子影响显著,与降雨强度无显著关系。在红壤坡地侵蚀治理过程中,科学的坡面覆盖类型能有效调节坡面降雨-径流特征,控制降雨侵蚀,该研究有助于进一步认识红壤坡地土壤侵蚀机制及防治。     

不同水土保持措施对坡地养分的影响

对不同水土保持措施对坡地养分的影响进行了研究,结果表明:采取百喜草覆盖或敷盖措施的坡地土壤的养分均得到了提高,养分空间分布差异也明显小于裸露对照,养分空间分布规律为上坡大于中坡大于下坡,横坡方向上养分分布差异不明显,养分有明显的表聚性,速效氮的平面空间分布差异大于有机质和全氮,垂直空间上分布差异速效氮小于有机质和全氮;分析表明采取百喜草覆盖和敷盖措施可以有效提高土壤养分含量并且减小养分的空间分布差异,其中以百喜草覆盖措施效果最好。     

雨水集蓄利用复合坡度试验研究

针对黄土高原地区水土流失与干旱缺水并存的矛盾，在分析研究现有坡地径流规律和在均一坡度试验研究的基础上，进一步研究了不同水土保持措施下复合坡度的地表径流的调控效果。研究表明，单纯在裸地上打地孔的坡面径流的调控效果要比裸地对照的坡面径流的调控效果差，而“帕特草＋PAM”则是一种理想的措施。     

不同坡面径流调控措施的筛选试验研究

缺水与水土流失并存是制约黄土高原地区经济社会可持续发展的重要限制性因子,通过坡面径流调控手段消除水土流失动力,同步实现水土流失防治与雨水资源化,是解决上述问题的一个有效途径.本文利用人工降雨的模拟方法,以不同坡面径流调控与优化配置各种地表径流调控为主要研究内容,筛选出集成化、高效、低成本的坡面径流措施.     

红壤坡地降雨产流的数学模拟及其过程分析

本文采用一维运动波理论建立了自然降雨下红壤坡地产流模型,应用Preissmann隐式格式对模型进行了数值求解,通过实测资料进行验证,计算值与实测值的相对误差最大不超过17%,说明该模型是合理的,可以描述不同雨型下不同水土保持措施的红壤坡地产流规律。将试验实测的降雨过程输入到本文建立的模型中计算,得到不同雨型下的产流过程。通过分析表明：百喜草覆盖与敷盖措施的起始产流时间明显滞后于裸露地,而洪峰流量也明显小于裸露地,说明百喜草覆盖与敷盖措施都有明显的削峰滞后作用。     

百喜草对红壤坡地氮磷养分流失特征影响分析

为了研究南方红壤地区的氮磷等养分的流失规律,采用裸露对照(处理Ⅰ)、百喜草敷盖(处理Ⅱ)和百喜草覆盖(处理Ⅲ)3种处理措施进行比较,分析了百喜草对红壤坡地氮磷流失特征的影响。研究结果表明,水土流失是导致氮磷养分流失的主要原因,氮磷的流失以泥沙携带为主。3个处理小区中氮磷的流失浓度基本呈现先增大后减小并最终趋于稳定的状态,氮磷流失浓度的大小受降雨量及降雨历时等影响不大,受降雨强度影响较大。处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区内的总氮及总磷流失量要远远低于处理Ⅰ小区,均可有效控制氮磷的流失,其中以处理Ⅲ效果更佳并且便于实施。     

红壤坡地降雨产流的数学模拟及其过程分析

基于运动波理论建立了自然降雨下红壤坡地产流模型,应用Preissmann隐式格式对模型进行数值求解,并通过实测资料对模型进行验证,结果表明计算值与实测值的相对误差最大不超过±17%,说明该模型是合理的,可以描述不同雨型下不同水土保持措施的红壤坡地产流规律。将试验实测的降雨过程输入到本文建立的模型中计算,得到不同雨型下的产流过程。分析表明:百喜草覆盖与敷盖措施的起始产流时间明显滞后于裸露地,而洪峰流量也明显小于裸露地,说明百喜草覆盖与敷盖措施都有明显的削峰滞流作用。     

不同地表覆被对赣北柑橘园土壤抗蚀性及产流产沙的影响

为研究赣北柑橘园不同地表覆被措施对土壤抗蚀性及其减流减沙的影响,采用野外径流小区定位观测试验,分析了裸露对照、带状覆盖百喜草、顺坡耕作和横坡耕作等4种措施对土壤团聚体组成、抗蚀性及产流产沙特征的影响.结果表明横坡耕作措施土壤团聚体破坏率最低,其次是顺坡耕作措施.带状覆盖百喜草措施水稳定性团聚体(WSA)含量、干筛与湿筛...     

石子和秸秆覆盖条件下降雨水量转化特征试验研究

通过人工模拟降雨,利用蒸渗仪、TDR(时域反射仪)和翻斗式自计流量测定仪,对石子和秸秆覆盖条件下的土壤水分动态变化、地下渗流过程进行了连续监测,并对不同下垫面条件下水量转化的变异特征进行了分析。结果表明：(1)不同下垫面条件下土壤表层的水分变异不大,而土壤深层的水分变异较大,这主要是由于覆盖降低了雨滴对土壤表层结构的破坏程度,以及石子在地表构建了许多个微型拦水坝,从而促进了土壤水分的快速下渗;(2)覆盖具有增加地下渗流的效果,特别是坡地上覆盖小石子在防止土壤侵蚀,增加地下渗流方面效果最为显著,地下渗流系数达到了37.44％;(3)小石子覆盖有利于山地降水资源的高效转化利用,其中在水平地上进行覆盖处理有助于降水资源的就地利用,而在“上覆土壤、下伏岩石”为结构特征的坡地上进行覆盖处理有助于坡地岩土界面渗流的产生,而从提高降水资源的异地利用率。     

石质边坡防护中生态植被毯水土保持效果研究

为研究石质边坡生态植被毯防护坡面的水土保持效果,在某高速公路施工现场软弱岩石边坡、碎石边坡段设置植被毯防护区和自然撒播草籽防护对照区,分不同时段对各区植被覆盖度、根系土壤根密度、崩解时间、地表径流量及土壤流失量等与水土保持相关的参数进行了测定,并对实测数据进行了对比分析。结果表明:软弱石质坡面采用生态植被毯防护技术,可增加植被覆盖度,减少地表径流量和土壤侵蚀量,有效控制水土流失,水土保持效果明显优于直接撒播草籽护坡。该技术在同类边坡防护工程中具有较高的推广价值。     

卡拉贝利水库对河流末端地下水埋深的影响

重点水利枢纽工程区域环境现状、发展趋势及水库运行对环境可能产生的影响是环境影响评价工作的重要组成部分。本文分析了克孜河下游河岸林草区的水分运动和补给关系,计算地下水补给量变化值和埋深变化值,预测卡拉贝利水库修建后天然植被的生长状况,为项目决策和工程环境管理提供科学的依据。通过建立区域水均衡模型,模拟工程修建前后,区域地表水与地下水的水量分配和流转关系及平衡状况变化,通过监测研究区地下水埋深数据,模拟工程建成前后河流末端河岸带林草区地下水埋深的分布变化情况,分析由于工程建设导致地下水位变化进而对河岸带林草的影响。结果表明:研究区总体上是河道地表径流补给地下水,河道过水期水面线高于地下水位,河道地表径流与地下水的补给关系是地表水补给地下水,在断流期河道两岸地下水位高于河床高程,地下水侧向渗出补给地表水。     

沙颍河流域径流过程模拟与径流组分变化特征

采用线性关系和非线性关系对沙颍河流域的地下水退水曲线进行拟合对比,基于改进的SWAT(soil and water assessment tool)模型对沙颍河流域径流过程进行模拟,并采用Nash-Sutcliffe效率系数、百分比偏差及确定系数等3个指标对模拟效果进行评价,在此基础上,分析沙颍河流域径流过程的年内和年际变化特征。结果表明:沙颍河流域地下水退水曲线非线性关系拟合比线性拟合效果好,基于此建立的模型模拟结果较好;沙颍河流域地表径流、壤中流和基流分别占径流量的55.5%、25.4%和19.1%,冬季径流主要由基流补给,径流年内分配与降水变化基本一致,具有明显的季节变化和不均匀性;1961-2014年径流量呈上升趋势,地表径流和基流的波动与径流的变化基本一致,呈上升趋势;1961-2014年壤中流呈下降趋势。     

基于单位象元尺度的黑龙港流域农用地下水资源供需分析

水资源匮乏和土地资源相对贫瘠是黑龙港流域最为严重的资源环境问题,基于对研究区遥感图像进行监督分类后得到的农业种植结构的分析,并运用作物缺水量和地下水资源供需短缺量、供需比的计算模型,开展了单位象元尺度的农业水资源供需平衡研究。结果表明,研究区冬小麦、水果和蔬菜分布较多的区域缺水最为严重,缺水量2 400m3/hm2以上的达到1.45万km2,占总面积的42.2%。据此,提出了区域水土资源优化配置方案,即在水资源短缺、土壤盐渍化或沙化地区,以种植耐干旱和耐盐咸的作物为主;在水资源丰沛、土壤有机质含量高和保蓄能力强的地区,以种植对水土资源要求高的作物为主。     

马尾松纯林不同地表覆盖对产流产沙的影响研究

马尾松林地水土流失严重,为了研究马尾松林下种植植物的水土流失防治效果,选择4种不同郁闭度的林地设计3种试验小区,其中两个小区分别种植百喜草、胡枝子,与保留的自然小区进行对比试验,分析了不同郁闭度对小区产流及侵蚀产沙的影响。结果表明,当马尾松纯林地郁闭度低于0.3时,不同郁闭度间的细微差异对小区产流和产沙的影响不显著;植被盖度对小区产流和产沙的影响呈现一定规律性,当自然小区植被盖度低于30%时,产流、产沙量随植被盖度增大而下降;百喜草小区植被盖度达到45%以上时,形成乔草复层结构,比单一草被覆盖保水减蚀效果更好,且与是否有枯落物覆盖等因素有关;胡枝子小区产流、产沙量与植被盖度、乔灌草立体结构是否形成有关,人工种植胡枝子更有助于马尾松纯林形成乔灌草立体结构群落。     

冻土水文地质学研究进展

冻土水文地质学主要研究冻土区水分要素的时空分布和运动规律及其与冻土间的相互作用。在微观上,冻结温度、未冻水含量以及孔隙水压力等冻土层独有的水热参数决定了冻土的结构和物理力学性质,同时影响了冻土层的冻融过程。而宏观上,冻土层的存在改变了常规的地表径流和水系模式,地下水的循环系统也由于冻土层的季节性冻融发生了根本变化,形成了冻土区独特的水文地质条件。从微观和宏观两种角度系统归纳与总结国内外冻土水文地质学研究进展,并分析包括地球物理技术、水化学、冻土水文模型在内的技术方法,同时对高寒区特有的地下水溢流冰、融雪入渗和冻土保墒现象的研究成果进行总结与分析。冻土水文的发展趋势应在积累研究数据和技术方法的基础上进一步探索产汇流过程机理,并建立更完善的冻土水文物理模型,定量分析冻土与水资源之间的相互作用。     

Urbanisation and Shallow Groundwater: Predicting Changes in Catchment Hydrological Responses

The impact of urbanisation on catchment hydrological response was investigated by using a process-based coupled surface water–groundwater model (MODHMS). The modelling estimated likely changes in river discharge as a result of land-use change in the Southern River catchment in Western Australia, underlined by a highly transmissive aquifer, has permeable soils and a shallow watertable. A significant increase in total annual discharge was predicted as a result of urbanisation area with the runoff coefficient rising from 0.01 to more than 0.40. In contrast with urban areas elsewhere, these changes were mainly due to a shift in the subsurface water balance, leading to significant reduction in evaporative losses from the soil profile and shallow watertable after urbanisation (from nearly 80 % of infiltration to less than 20 %). The infiltration of roof and road runoff and establishment of subsurface drainage adopted in local construction practice leads to higher groundwater recharge rates and subsequently groundwater discharge to the urban drainage network. Urban density and groundwater abstraction for urban irrigation most strongly influence the urbanisation impact on catchment fluxes. The results shows that urban development leads to a production of ‘harvestable’ water; and depending on local needs, this water could be used for public and private water supply or to improve environmental flows.