含沙量测量方法及比较分析

土壤侵蚀中的径流含沙量是衡量坡地水土流失的重要参数之一,文章从测量原理出发,对含沙量各种测量方法的适用环境、测量精度及其局限性进行了比较分析,研究了坡面径流含沙量的测量方法。     

粗糙度对坡面侵蚀及泥沙分选性影响试验研究

为进一步揭示土壤侵蚀的内在规律,以某一试验小区为例,通过模拟不同地表粗糙度,分析了不同雨强条件下的坡面侵蚀产沙及泥沙颗粒粒径变化特征。结果表明:相同雨强和降雨历时下,粗糙度对坡面径流率、水流功率、径流含沙量和产沙率有显著影响;侵蚀泥沙的搬运形式与雨强和粗糙度均有关,而不同泥沙颗粒搬运方式是引起不同粗糙度坡面侵蚀产沙分异的重要原因。因此,坡面侵蚀产沙模型中应综合考虑地表粗糙度和泥沙粒径信息。研究成果可为水土保持规划设计和水土保持措施优化配置提供一定依据。     

坡地土壤侵蚀与氮素迁移转化规律研究

研究坡地土壤氮素迁移转化的过程具有重要的科学理论意义和工程应用价值。结合目前国内外研究现状，论述了坡地土壤侵蚀与氮素迁移转化的过程，以及降雨、土壤特性、地表状况、土地利用方式等因素对坡地土壤氮素迁移转化规律的影响。分析得出，坡面地表径流、壤中流和侵蚀泥沙为坡地土壤氮素迁移转化的主要途径。最后围绕坡地土壤氮素迁移转化模型展开了探讨。     

坡面薄层水流中电解质脉冲迁移模型

确定坡面薄层水流速度是研究土壤侵蚀动力学的基础。本研究中利用薄层水流中电解质脉冲的迁移特性，建立电解质脉冲在水流的迁移的数学模型，用拉普拉斯变换计算出解析解，最小二乘法计算了有关参数，建立了测量水流速度的电解质脉冲法。实验结果初步表明此方法是可行的，这为测量坡面薄层水流速度和研究溶质在水流中的迁移提供了理论依据。     

坡面径流小区径流桶搅拌取样法测量误差研究

坡面径流小区径流桶含沙量测量是坡面径流小区水土流失监测的关键。在1.05,5.25,10.49,52.46,104.92,524.58kg/m3六个含沙量水平,30,60,90cm三个水深,对径流桶含沙量进行人工搅拌法取样试验测量精度及其影响因素分析。结果表明：人工搅拌法观测红壤坡面径流小区径流桶的含沙量,其测量值均小于真实值,相对误差在-20.18%～-49.57%之间,平均相对误差为-34.79%;人工搅拌法测量精度与径流桶的含沙量相关,其测量相对误差随含沙量的增大而显著增大;人工搅拌法测量精度与径流桶的水深相关,其测量相对误差随水深的增大而显著增大;测量值与实际值存在极显著线性相关,通过线性修正方程修正可以减少相对误差,提高测量精度,水深在30,60,90cm条件下,修正方程率定后,相对误差绝对值平均数分别减小21.05%,27.53%,16.62%。     

草被格局对坡面土壤侵蚀特征的影响

为揭示草被格局对坡面土壤侵蚀特征的影响,采用模拟降雨试验的方法,对60 mm/h、90 mm/h和120 mm/h降雨强度下,6个草被格局坡面土壤侵蚀特征进行研究。结果表明：(1)坡面径流率和侵蚀率随降雨历时的变化均受降雨强度、草被格局以及草种垂直结构的共同影响;(2)与裸坡相比,不同草被格局植草坡面和留根坡面的减流效益分别为6.85%～65.34%和2.19%～23.15%,减沙效益分别为22.88%～70.46%和10.49%～50.61%,沿等高线带状格局的减流减沙效益最佳;(3)在不同降雨强度条件下,草本冠层对坡面径流率的削减占主导作用,根系对土壤侵蚀率的削减占主导作用;(4)土壤侵蚀率与水流剪切力和单位水流功率均呈良好的线性关系,草被覆盖能有效增大坡面临界水流剪切力和临界单位水流功率。坡面侵蚀率和各水动力学参数以及试验变量之间可近似呈线性关系,其相关顺序依次为：P_u>ω>Re>G_d>R_i>Fr>f>τ。研究结果可为黄土高原坡面侵蚀及生态环境治理提供理论依据。     

生草覆盖条件下不同降雨强度对紫色土坡面侵蚀产沙的影响

造林种草,增加植被覆盖度是防止土壤侵蚀的重要措施.通过人工模拟降雨试验,探讨生草覆盖下紫色土坡面侵蚀产沙的动态变化.结果表明,有生草覆盖的坡面径流含沙量较裸地的径流含沙量更快达到稳定状态;坡面侵蚀产沙率随覆盖度增加呈指数型递减,且坡下种草的减沙效果最好;覆盖度与降雨强度对坡面侵蚀产沙量的影响存在对比消长关系,但生草覆盖度对产沙量的影响小于降雨强度的变化对产沙量的影响.     

坡面流侵蚀的水动力学研究进展

径流分离土壤是降雨或融雪后坡面水流在特定水动力条件下的一种径流对土壤作用的必然结果,深入理解坡面水动力条件、流水力学特征及侵蚀动力过程是研究坡面水蚀机理的前提,同时也是侵蚀预报模型建立和防治土壤侵蚀的关键。从坡面流流速、分离能力以及挟沙能力等多方面进行系统概述,以期综合目前已有的各种国内外研究经验及研究成果,促进坡面流侵蚀研究的发展与成果应用。     

红壤坡面侵蚀发生的临界条件

采用可移动式降雨侵蚀槽进行放水冲刷试验,研究了红壤坡面侵蚀产沙强度与坡面径流能耗的关系,并分析得到土壤侵蚀发生的临界平均径流能耗值.研究结果表明:运用能量守恒原理得出坡面径流能耗,在4种不同坡度条件下,径流能耗越大,坡面产沙强度也越大;在径流能耗相同的情况下,坡度越大,产沙强度越大;建立坡面产沙强度(Dr)与径流能耗(△E)之间的关系,两者存在良好的线性关系:Dr=2.842 5△E-15.172,可用此进行坡面产沙强度的估算;土壤侵蚀发生存在有一定的临界径流能耗,在试验研究的范围内,可得到红壤坡面侵蚀发生临界平均径流能耗为5.34J/min.     

黄土坡面径流侵蚀泥沙的空间动态及其尺度关系

为认识近自然非治理状态下坡面系统径流侵蚀输沙的空间变化及其尺度关系,以黄土高原丘陵沟壑区团山沟集水区为例,筛选28次全坡面径流侵蚀产沙事件,选取或构建8类径流参量,建立了基于事件的尺度间的水沙关系,对径流泥沙动态进行量化描述.研究结果表明,输沙模数、平均及最大含沙量均在全坡面尺度达到最大值,变异系数则达到最小值.坡面土...     

红壤区坡面径流小区全剖面采样方法探讨

坡面径流小区径流桶含沙量测量是坡面径流小区水土流失监测的关键.本文通过在1.05kg/m3、5.25kg/m3、10.49kg/m3、52.46kg/m3、104.92kg/m3、524.58kg/m36个含沙量水平,30cm、60cm、90cm 3个不同水深径流桶下进行全剖面取样器取样实验测量精度分析,结果表明:全剖...     

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

根据黄土高原高含沙水流的特点,认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示,关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上,以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区,其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明,治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系,被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力,且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀,使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充,达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为,在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下,治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明,在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。     

坡耕地小区坡面不同坡段侵蚀泥沙贡献率的7Be示踪研究

侵蚀泥沙来源的研究对深化侵蚀规律的认识,优化水土保持措施的配置等有重要的意义。本文利用7Be示踪技术结合传统的土壤侵蚀研究方法,通过建立不同坡度的径流小区,分别探讨了坡耕地小区坡面不同坡段片蚀、细沟侵蚀对侵蚀泥沙的贡献率及小区泥沙输移比。研究发现,片蚀主要发生在小区坡面距坡顶0～2m区域,占总片蚀量的60%以上,细沟侵蚀主要发生在小区坡面距坡顶2～5m区域,占总细沟侵蚀总量的75%以上,总体而言,侵蚀泥沙主要来源于小区坡面距坡顶1～4m区域,上部和下部泥沙贡献相对较小。对于降雨强度高的15°小区,片蚀泥沙几乎来自与全坡面,坡面不同坡段对总侵蚀泥沙的贡献率从坡顶向坡脚呈增加趋势。利用7Be示踪计算出各小区泥沙输移比在0.643～0.979之内,除5°小区外,其它小区泥沙输移比都大于0.9。     

Experimental Study on Slope Runoff,Erosion and Sediment under Different Vegetation Types

The relationships between precipitation, vegetation and erosion are important yet unresolved issues in the field of earth surface processes. Vegetation plays an important role in controlling soil erosion. Through field simulated rainfall experiments, we analyzed the characteristics, regulation of, and correlation among the slope rainfall-infiltration-runoff, erosion and sediment under different vegetation types. The results showed that the forest effectively improved soil structure, had stronger runoff and sediment regulation and was influenced less by rainfall intensity than those under other vegetative conditions. In addition, the efficiency and pattern of the regulation of runoff and sediment varied with vegetation types as did the mechanism of action. The soil and water conservation function of forest was water storage and sediment reduction by plant root systems to reduce erosion power, increase infiltration, decrease runoff and reduce flow speed. The function of grassland was direct sediment interception based on surface vegetation canopy for runoff and sediment regulation. The root contribution to runoff and sediment reduction was relatively greater than the shoot contribution under forest conditions, whereas, the effect of shoots and roots on soil loss was almost equivalent under grassland conditions. The different spatial structures of vegetation affected runoff and sediment regulation in different ways, and plant root systems were crucial for soil and water conservation. The cumulative sediment yield of the slopes increased as a statistically significant power function of cumulative runoff. The coefficient and curve shape of function were dependent on vegetation type, soil properties, rainfall intensity and surface roughness. The process of slope runoff and sediment was divided into development, active and stable stages. These stages correlated with each other to constitute a complete rainfall-runoff and erosion-sediment process, which exhibited their own features at each stage. This study furthers understanding of the relationships between vegetation, soil erosion and precipitation.     

赣南红壤坡面不同措施径流泥沙及氮磷污染输出试验研究

选择赣南于都县左马小流域的典型红壤坡面,通过在研究区布设标准径流小区,进行了不同措施径流泥沙及氮磷污染输出的试验研究。通过径流小区的试验观测分析表明:水保林+水平竹节沟式综合水保措施实施初期,平均减流和减沙效果达到近73%,以植被增加地表覆盖度,以水平竹节沟坡面水保工程截短坡长,分段拦蓄径流泥沙,可实现保水保土目的;经果林+坡面工程或绿篱是坡地经济果业开发保持水土的重要措施,工程措施在初期发挥作用较绿篱更大;氮磷等面源污染随水土流失从坡面输出,试验区不同措施氮素输出多以径流携带为主,磷素输出均以泥沙携带为主;经果林+工程措施对径流携带氮磷拦截率较高,水保林+工程措施对泥沙携带氮磷的拦截率较高,都在75%以上。     

长江中上游坡耕地侵蚀产沙调控理论与实践

针对以往长江中上游坡耕地水土流失研究中忽视壤中流,侵蚀产沙调控措施缺乏理论依据等问题,以人工模拟降雨实验为手段,基于细沟侵蚀临界坡长等理论,提出了既能截、排地表径流,又能排导壤中流的新型截水沟布局技术,改变了传统截、排水沟的设计思路。其原理是,在坡面截、排水沟的设计和布局中,以坡面细沟发育临界坡长为截水沟布设间距,阻断细沟发生,有效减少坡面侵蚀产沙和面源污染物;截获的坡面污染物通过梯级网络化调控体系排、蓄、集,经处理后可再次利用。该技术有效改善了坡耕地季节性干旱、缺肥以及河流水质问题,为长江中上游地区坡耕地侵蚀产沙调控提供了新思路。     

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。     

模拟上方来水对工程开挖面冲刷的试验研究

工程开挖面是生产建设项目水土流失的主要来源之一,开挖面下垫面改变剧烈,产生的水土流失既有传统水土流失的共性,又有其自身的特殊性。其中有汇水影响开挖面占总开挖面数量的94%。通过人工开挖坡面小区及放水冲刷试验模拟汇水影响,研究上方来水条件下开挖面水土流失规律,以期为开挖边坡水土流失预测及防治提供理论基础和科学依据。结果显示:放水冲刷试验过程中基本没有初损历时,径流系数普遍偏大;侵蚀外营力放水流量、下垫面因素坡度、坡长等对开挖面土壤侵蚀均有重要的影响,均与单位面积土壤流失量呈极显著相关;新旧开挖面土壤流失量差异显著,其倍数与坡度呈极显著幂函数负相关关系;随放水流量增大,各小区径流量、单位面积产沙量均呈增大趋势;同一放水流量,不同坡长小区产流产沙差异不明显;同一放水流量,不同坡度小区之间单位面积产沙量差异显著,但径流量差异不明显。     

新型水溶性聚氨酯对紫色土坡面产流产沙的影响

为探索新型水溶性聚氨酯防治紫色土坡面水土流失的效果,采用室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强条件下5%浓度的新型水溶性聚氨酯(W-OH)对紫色土坡面入渗、产流和侵蚀过程的影响。结果表明:紫色土坡面施加W-OH能显著提高土壤抗蚀性,从而减小坡面侵蚀产沙量;在42,72,112 mm/h 3种雨强试验条件下,施加W-OH组的坡面与对照组坡面相比,尽管坡面径流增大了12.40%~203.41%,但产沙量减小了89.40%~97.43%,沙输移率降低了86.67%~97.45%,且当雨强较大时(72,112 mm/h),施加W-OH组的土壤可蚀性降低率为96.80%~97.41%。研究结果为紫色土坡面防蚀提供了一定的理论依据及应用指导。