坡耕地径流小区产流产沙规律

基于四川省连宁水保试验站坡耕地水土流失的观测和数据统计,通过探讨降雨产生的地表径流深及冲刷量随坡度的变化,以及耕作措施和植被对坡面侵蚀的影响,提出坡耕地在降雨时的产流产沙规律.同时用灰色关联系数法确定了各因子时坡耕地水土流失的影响序列.     

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。     

基于SVM的遂宁坡耕地径流小区产流产沙预测研究

基于四川省遂宁水保试验站坡耕地水土流失的观测和统计数据,利用SVM算法和LIBSVM对统计数据进行定量化处理,建立产流产沙的预测模型,得到遂宁坡耕地径流小区径流产沙的相关规律,为今后研究遂宁坡面产流产沙提供了一个新的方法。     

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。     

细沟侵蚀特征及其产流产沙过程试验研究

在不同坡度(15°、20°、25°)和降雨强度(1.5mm/min和2.0mm/min)条件下,利用室内模拟降雨试验,研究了杨凌塿土和安塞黄绵土的坡面细沟发育过程、形态特征及水沙关系.结果表明,不同降雨强度和坡度下,塿土坡面的细沟发育规律基本一致,主要由沿坡面方向呈线状分布的跌坎链相互连通而成,表现为沟头溯源侵蚀和沟道下切侵蚀,细沟宽深比随雨强及坡度增加而变小,细沟密度则随之而增加;黄绵土的跌坎形状为长条状,细沟主要由单个跌坎发育而成,发育过程中溯源侵蚀和边壁崩塌现象更为明显,细沟的宽深比较大.相比黄绵土,塿土的产流和达到稳定径流量的速度较快,相同降雨强度条件下,不同坡度间径流量的差异性较小;不同降雨强度和坡度条件下,塿土的含沙量变化过程较为一致,最终会趋于一个稳定值,黄绵土含沙量的变化过程较为复杂.另外,两种土壤从含沙量开始较快增加至达到最高值的时间段与其细沟形成及发育的时间段大体吻合,相比之下塿土更易发生细沟侵蚀.     

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。     

黄土坡耕地耕作方式对产流产沙的影响研究

通过人工模拟降水试验,对黄土坡耕地常用的等高耕作、人工掏挖与人工锄耕等措施下地表的产流产沙规律进行了研究。结果表明:①在降水初期的25 min内,3种耕作方式具有明显的截流减沙效果,但是随着降水的继续,截流效果减弱;②产流量随降水时间呈先增大、后趋于平稳的趋势,与CK相比,等高耕作、人工掏挖和人工锄耕产流量分别减小38.17%、17.88%和9.43%;③产沙量随降水时间呈先增大、后减小并逐渐趋于稳定的趋势,且随坡度的增大呈逐渐增大的趋势,与CK相比,等高耕作、人工掏挖和人工锄耕产沙量分别减小65.6%、36.3%和23.4%;④地表开始产流依次为CK、人工锄耕、人工掏挖和等高耕作。     

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。     

不同降雨强度和下垫面条件对黑土区坡面产流产沙的影响

为了优选合适的东北黑土区堤防坡面侵蚀防控技术,基于人工模拟降雨的方法研究了不同降雨强度和下垫面条件下坡面的产流产沙特征,利用三维激光扫描仪对降雨后的坡面侵蚀形态进行监测,分析坡面土壤的侵蚀情况。结果表明,降雨强度增大,坡面的初始产流时间提前,产流率随降雨历时波动更加显著。在不同降雨强度下,植被措施使平均产流率降低7.4%～20.4%,在裸地上施加PAM(聚丙烯酰胺)使平均产流率增大6.8%～25.9%。随降雨强度增大,下垫面L1(裸地)和下垫面L2(均匀撒施5 g/m~2 PAM的裸地)的产沙率随降雨历时波动更加显著,其产沙率变化规律可以用幂函数进行描述。下垫面L1的总产沙量相比下垫面L2增幅明显,在裸坡上施加PAM能够减少总产沙量,起到固土效果。草地坡面在降雨过程中未出现产沙情况,裸地坡面的侵蚀形态主要表现为溅蚀和片蚀特征,施加PAM使得侵蚀严重区域的面积相较裸地减小了21.5%,能够起到一定侵蚀控制的效果。总体来看,草地坡面的保水固土效果要优于裸地坡面。在坡面上施加PAM使得土壤入渗能力减弱,但能减少侵蚀产沙,在实际工程中有应用价值。     

黄土坡面侵蚀产沙分配及其与降雨特征关系的研究

本文根据天然降雨径流小区资料,研究了陕北黄土丘陵区坡面不同侵蚀带的产沙分配,以及降雨因素对其影响.结果表明,细沟浅沟侵蚀带是沟间地泥沙的主要来源;各侵蚀带产沙量随雨量、雨强的变化趋势一致,但在不同强度级降雨下,各侵蚀带产沙盈随雨强变化的幅度相差很大.经分析得出了各侵蚀带侵蚀量与30min最大雨强的关系模型,提出了不同侵蚀带侵蚀发生的临界雨量和临界雨强值,以及反映雨强影响作用规律的两个特殊雨强值.     

不同次降雨条件对黄土区主要地类水沙动态过程的影响及其机理研究

通过野外人工模拟降雨试验，对不同次降雨条件下黄土丘陵区主要地类坡面水沙过程进行对比研究，分析降雨因素与产流产沙过程的关系，并对林草植被的水土保持机理做了有益探讨。结果表明，降雨因素是影响径流和产沙的主要动力因素之一，在不同降雨条件下，各地类小区产流产沙过程线均表现出较为强烈的波动趋势，产沙过程较产流过程波动更为剧烈，在植被覆度较低的黄土丘陵区，降雨强度是产流产沙的主控因子。不同地类的产流量和产沙量的变化，随着降雨强度的增强而增加，随着植物被覆度的增加，由于林草植被措施具有蓄水固土作用，减沙效益显著，降雨的影响相对降低。因此将陡坡耕地退耕还林还草是解决水土流失、恢复黄土高原良性生态环境的必由之路。     

模拟降雨条件下工程堆积体产流产沙特征研究

试验选取江西红壤为研究对象,设计四种降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5mm/min)与四种砾石含量百分数(0%、10%、20%、30%)相组合,在室内通过降雨试验对坡顶平台有车碾压堆积体在降雨过程中的流速、径流含沙量和侵蚀速率的变化规律进行了研究。结果表明:堆积体坡面径流流速在整个降雨过程中大体上处于稳定波动状态,是降雨强度和砾石含量共同作用的结果,并得到了流速与降雨强度和砾石含量的关系式;径流含沙量随时间变化曲线可被描述为先增大—再小幅度减小—再稳定—再急剧减小—最后小幅度上升的趋势,同时分析得到了坡顶平台有车碾压堆积体出现二次侵蚀的临界时间为降雨后48min左右;侵蚀速率随着降雨强度和砾石含量的增大均会增大,拟合了侵蚀速率与降雨强度和砾石含量的关系式。     

多场次降雨条件下覆沙坡面的径流产沙特性试验研究

基于可控坡面进行多场次降雨试验,对覆沙坡面的产流产沙特性进行研究,以期为揭示黄土高原风蚀水蚀交错区风水复合侵蚀机理研究提供科学依据。结果表明:覆沙坡面的初始产流时间远大于裸坡,相对延迟了5.3~11.2倍,多场次降雨条件下,产流时间显著提前。首场降雨下,覆沙厚度为1cm,当雨强由1mm/min增加到1.5mm/min,覆沙坡面径流量、产沙量分别增加了0.87倍、0.85倍;雨强为1.5mm/min时,当覆沙厚度由0.5cm增加到1cm,首场降雨的径流量、产沙量分别减小了9.6%、12%。相对于裸坡,覆沙坡面产沙量较大,产沙过程较剧烈,首场降雨产沙量占总产沙量的70%以上,是裸坡的8.9~10.8倍,但在多场次降雨条件下,产沙量显著减小,并趋于稳定。研究结果表明坡面覆沙在一定程度上加剧了土壤侵蚀,可为揭示风蚀沉积物对水蚀过程的作用机理研究提供参考。     

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。     

降雨条件下坡面径流泥沙起动流速研究

针对降雨条件下坡面径流泥沙起动规律研究中存在的问题,在前人研究的基础上,将雨滴侵蚀力引入到降雨条件下坡面径流泥沙起动受力分析过程中,建立了降雨条件下坡面径流均匀沙起动公式,进行了典型试验,并利用已有资料和典型试验资料进行了验证。结果表明,在降雨条件下坡面径流泥沙起动研究中考虑雨滴侵蚀力的作用是合理的,且给出的公式可用于降雨条件下坡面径流及河川径流泥沙起动流速的计算。     

花岗岩红壤区不同生草措施果园产流产沙特征

南方花岗岩红壤区果园普遍面临着严重的水土流失问题,采用林下生草措施能有效降低地表产流产沙,减少果园水土流失.本文以江西省兴国县塘背小流域为研究区域,通过设置五种不同生草措施的果园径流小区,研究天然降雨下不同生草措施果园的产流产沙特征.结果表明:(1)不同生草措施果园的产流产沙量具有显著差异,且随降雨量和降雨侵蚀力的增加而增加;(2)不同生草措施果园的产流产沙量,以脐橙+白三叶最小,产流量比脐橙+艾蒿、脐橙+马齿苋、脐橙+草木犀和脐橙清耕,分别减少54.09％、53.15％、58.07％、69.85％,产沙量分别减少61.53％、59.94％、68.88％、87.26％,具有较好的减流减沙效果;(3)不同生草措施对果园侵蚀泥沙的粒径组成具有一定影响,但区别不明显;其中脐橙+白三叶措施的侵蚀泥沙粒径组成中,砂粒平均含量最少,粘粒平均含量最多.因此,在南方花岗岩红壤区果园林下采用生草覆盖措施能有效减少水土流失.     

乌兰木伦河流域暴雨产沙分析研究

乌兰木伦河流域位于沙粗沙地区，其产流，产沙变化具有独特的规律。本文用考虑雨强时空分布的超渗产流模型及胜前期影响雨量为参数分别就涨水、落水段的含沙星 与流量关系的流域沙经验模型以计算产流量和产沙量，效果良好，基本满足实用要求，具有生价值，也可应用于同类流域。     

不同土地利用类型降雨径流氮磷特征分析——以赣江下游地区为例

为研究赣江下游不同土地利用类型条件下农业面源污染的特征,分析了自然降雨条件下,不同土地利用类型（林地、蔬菜地、水田）的产流规律和降雨径流中氮、磷分布特点。结果表明,不同土地利用类型间地表径流产生量存在明显的差异,其大小依次为林地、蔬菜地、水田;降雨径流中氮、磷的浓度在降雨初期较高,短暂升高后,开始出现显著下降趋势,具有明显的初期冲刷效应;蔬菜地降雨径流中氮、磷浓度最高,其次为水田,而林地最低。研究结果可为防治赣江下游不同土地利用类型降雨径流中氮、磷流失提供参考依据。     

红壤丘陵区不同类型梯田产流产沙特征研究

为了探讨红壤丘陵区坡地综合开发治理模式,选择适宜的梯田类型,通过5 a的野外定位观测试验,研究了5种不同梯田类型的产流产沙特征。研究结果表明:①研究区降雨年际、年内分布不均,汛期(4~9月)降雨量占全年降雨量70%以上,而且以大雨、暴雨为主;②不同类型梯田均有显著的减流减沙效应,其中,以前埂后沟水平梯田减流减沙效益最好,梯壁裸露水平梯田的减流减沙效益最差;③与梯壁裸露水平梯田相比,梯壁植草的水平梯田蓄水保土效益分别高21.7%和30.1%。前埂后沟水平梯田和梯壁植草水平梯田适宜在红壤丘陵区推广。