Experimental study and simulations of infiltration in evapotranspiration landfill covers

Various cover systems have been designed for landfill sites in order to minimize infiltration (percolation) into the underlying waste.This study evaluated the soil water balance performance of evapotranspiration covers (ET covers) and simulated percolation in the systems using the active region model (ARM).Experiments were conducted to measure water flow processes and water balance components in a bare soil cover and different ET covers.Results showed that vegetation played a critical role in controlling the water balance of the ET covers.In soil profiles of 60-cm depth with and without vegetation cover,the maximum soil water storage capacities were 97.2 mm and 62.8 mm,respectively.The percolation amount in the bare soil was 2.1 times that in the vegetation-covered soil.The ARM simulated percolation more accurately than the continuum model because it considered preferential flow.Numerical simulation results also indicated that using the ET cover system was an effective way of removing water through evapotranspiration,thus reducing percolation.     

土地利用变化情景下牧羊河水文响应研究

土地利用方式变化影响水量平衡各要素的分配,进而导致流域水源涵养能力发生变化。本研究选用长江流域金沙江水系下段牧羊河小流域内及周边气象站气象资料,植被、土壤以及地形数据,构建了研究区SWAT水文模型,并分析其在牧羊河适用性后,结合1986—2009年的土地利用以及设置的人类活动增强和生态环境改善的4种土地利用变化情景,用SWAT模型分析了土地利用变化下牧羊河水文响应。结果表明,径流依次按1986、2000、2009、1995年土地利用方式减小,而蒸散依次按2009、1986、2000、1995年土地利用方式减小,土地利用对径流和蒸散的影响在汛期大于非汛期,随着林地面积的增加径流将减小;将现有耕地变为林地或变为草地都有助于减少径流,从流域水源水量涵养角度出发,构建适宜的生态系统将有助于减少径流和蒸散,而增加入渗。这一结果为牧羊河水源涵养林建设提供科学依据。     

冀北山地人工油松林水文效应研究

分密度对森林水文效应有一定影响,以冀北山地不同密度油松人工林的植被层、枯落物层和土壤层为研究对象,对其水文效应进行了研究。结果表明:林冠截留能力随着林分密度的减小而减小,林下植被截留能力随着林分密度的减小而增大;林下枯落物最大持水量随着林分密度的减小而减小,其中林分密度分别为1 584株/hm~2、864株/hm~2和684株/hm~2标准地枯落物最大持水量差距相对较小,分别是林分密度388株/hm~2标准地的1.56倍、1.50倍和1.42倍;388株/hm~2油松林枯落物有效拦蓄量较小,但其枯落物初期持水速率较大。土壤持水能力随着林分密度的减小表现出逐渐增大趋势,林分密度864株/hm~2、684株/hm~2和388株/hm~2标准地土壤持水能力分别为林分密度1 584株/hm~2标准地的1.05倍、1.16倍、1.17倍,密度684株/hm~2和388株/hm~2标准地的土壤持水能力较为接近。对油松人工林进行合理抚育间伐,保留合适密度,能改善其涵养水源功能。     

岩溶区植被覆盖变化与气候波动的相关性——以云南石林为例

应对气候变化与植被恢复是岩溶区亟需解决的现实问题。以云南石林岩溶区为对象,采用1987-2017年的长序列植被指数和气象站点数据,融合Sen's斜率分析、Morlet小波分析、偏相关分析与Mann-Kendall非参数检测等手段,从时间序列变化的匹配性视角研究岩溶区植被覆盖变化与气候因子波动的相关性。结果表明:研究时段内4种植被类型呈现出减少趋势,均存在约21、11和6a的时间周期,常绿阔叶林、针阔混交林和针叶林的突变年份发生在2009年,而石漠化灌草丛发生于2004年;植被NDVI与降水量间呈现为正相关关系,与气温呈现为负相关关系,1987-2017年植被NDVI的趋势性变化、周期性变化是降水韵律所控制,阔叶林、针阔混交林和针叶林3种植被类型的突变由降水量的突变引起,而石漠化灌草丛的突变则由气温的突变引起;石漠化灌草丛较其他植被类型稳定性最差,常绿阔叶林、针阔混交林和针叶林在气候变化的背景下较石漠化灌草丛更稳定,应对气候变化的能力更强。本研究成果可以为我国南方岩溶区植被恢复与保护提供科学依据。     

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。     

南方红壤区马尾松林下水土流失与降雨量关系研究

为了更好地研究马尾松林水土流失规律,从水土流失主要控制因子——降雨因子出发,通过对红壤侵蚀区不同林下配置模式马尾松林径流试验小区2009—2011年的产流、产沙与降雨量的关系研究。得到如下结论：①各小区的产流量和产沙量均与降雨量呈显著性相关,回归模型主要以一元二次回归最优,个别小区以幂函数和对数函数最优,其中以马尾松地表裸露小区模拟方程可决系数最大;②各雨型在同一郁闭度条件下,除去郁闭度为0％的小区外,各小区基本满足乔＋地表裸露〉乔＋百喜草〉乔＋胡枝子,伴随着降雨量的增加,各小区的径流系数总体上呈增加的趋势,尤其在暴雨和大暴雨以上的雨型更加明显;③产沙方面,各雨型条件下,除去郁闭度为O％的小区和个别郁闭度为24％的小区外,基本上满足乔＋地表裸露〉乔＋胡枝子〉乔＋百喜草。     

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。     

地下铺膜对温室芹菜种植土壤深层渗漏的影响

为了探讨温室蔬菜种植过程中不同地下铺膜方式对深层渗漏的影响,选择芹菜作为试验样本,在试验区域布置了不同间隔宽度的平面条带和U型条带共四个试验组以及一个不铺膜的对照组,进行试验研究。试验时采用PR1分层水分探头和烘干法监测土壤水分变化过程,根据实测根层土壤水分含量确定各试区的灌水时间,在温室大棚内设置自动气象站收集环境气象数据,利用能量平衡法计算芹菜生育期的腾发量,最终通过水量平衡方程计算各种铺膜方式下的深层渗漏,分析地下铺膜对深层渗漏的影响。在各种地下铺膜方式下,芹菜均长势良好,并且都取得了不同程度的减少深层渗漏的效果,其中U型铺膜减小深层渗漏的效果好于平面铺膜,而相同铺膜方式下间隔越小效果越好。铺膜后,灌水间隔时间有所加长,大部分方案的总灌水量和灌水次数均有所降低,在最理想的情况下深层渗漏降低了50%。研究结果表明,温室大棚蔬菜种植,采用地下铺膜的方法可以有效降低深层渗漏,节约灌溉用水,但在不同条件下优化的布置参数仍需通过进一步的试验或数值分析才能得到。     

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。     

基于水土保持工作中植物措施发挥的作用

水土流失是当今社会一个重要的环境问题,尤其是对于一些干旱地区来说。因此,必须重视治理水土流失问题,加强水土保持各方面工作的力度。当前,开展水土保持工作,一般利用工程措施以及植物措施。其中,植物措施不仅对于涵养水源、保持水土,改善生态环境有着重要作用,还可以增加一定的经济效益。水土保持工作的植物措施包括水源涵养林、固沙造林等水土保护林的营造、水土保持草的种植等。文章简析了水土流失以及水土保持工作,对水土保持工作的基本措施进行概括,并对植物措施在水土保持工作中的作用进行重点分析。     

向家坝水电站不同修复模式边坡土壤生物量研究

以向家坝水电站工程扰动区2处不同修复模式样地以及1处天然林样地土壤为对象,研究了不同修复模式边坡土壤理化性质及微生物量,以揭示该工程扰动区不同修复模式对土壤质量的影响。结果表明,天然林样地土壤微生物量和有机碳含量均高于人工修复边坡;土壤p H值从大到小为植被混凝土基材、客土喷播、天然林。相关分析显示,土壤微生物量与有机碳呈相关性,表明向家坝工程扰动区边坡土壤微生物量与土壤有机质紧密相关;土壤C/N与有机碳呈显著正相关,说明向家坝水电站坝址扰动区不同边坡土壤C/N的变化主要由有机碳决定。     

基于面积转移矩阵的龙川江流域土地利用变化研究

长时期的土地利用变化研究有利于提高对土地利用和土地覆被变化动态过程的认识。基于1982年和2016年龙川江流域遥感影像及地理信息软件,将该流域土地利用类型主要分成9类,即暖温性针叶林、常绿阔叶林、人工林、暖温性石灰岩灌丛、干热河谷稀树灌木草丛、水田、旱地、水域和居民区。基于Arcmap10. 1软件的分类统计功能,从土地利用类型的面积变化、时空动态变化、动态度变化以及面积转移矩阵四个方面对研究区土地利用变化进行了分析。结果表明:研究区土地利用类型主要以暖温性针叶林、常绿阔叶林、暖温性石灰岩灌丛、干热河谷稀树灌木草丛为主。1982～2016年,暖温性针叶林、暖温性石灰岩灌丛以及旱地面积呈下降趋势,面积减少最多的是暖温性针叶林;常绿阔叶林、人工林、干热河谷稀树灌木草丛、水田、水域和居民区面积呈增加趋势,但是水域面积增加不多。动态度最大的是人工林,其变化幅度也是最大,面积大幅增加;干热河谷稀树灌木草丛和水域的动态度最小,其增幅也不大。研究成果对该流域水土保持工作的开展具有一定参考价值。     

Assessing an Enhanced Version of SWAT on Water Quantity and Quality Simulation in Regions with Seasonal Snow Cover

Winter soil-temperature simulations with soil and water assessment tool (SWAT) are generally inaccurate in snow-dominated areas of the word, because the existing empirically-based soil-temperature module in SWAT does not account for snow-insulation effects. This problem, in turn, leads to all subsequent projections including water flow and nutrient loading biased. To address this issue, a physically-based soil-temperature module was developed and incorporated into SWAT as an alternative to the empirical formulation, which was found generate better overall estimates of winter soil temperature in a previous study. In the current study, we continue to examine the modified version of SWAT performance on watershed modeling by making pairwise comparisons between the outputs from the original and modified versions of SWAT against related field measurements in a testing watershed. Results show that the physically-based soil-temperature formulation helps to dramatically improve SWAT estimations of base flow discharge and NO₃-N loading for the watershed as a result of improvement in modeled winter soil temperatures. Compared with the original version of SWAT, the new version of SWAT predicted overall lower surface runoff and soil moisture content, as well as higher percolation and lateral flow in winter, resulting in clear differences in modeled flow paths and fate of chemical pollutants. Adding a physically-based treatment of soil temperature in SWAT is an important generalization that has potential of making the model more relevant to snow-dominated areas of the world.     

北庙水源地土地利用变化对水文要素影响的研究

选用保山市日气象观测数据和北庙水源地水库坝上径流资料,结合北庙水源地内的土地利用数据、土壤数据和DEM数据,构建其SWAT分布式水文模型,研究水源地三期不同土地利用方式变化对水文要素的影响。结果表明:在模型率定期和验证期,R2数分别为0.70和0.72,模型效率系数均大于0.55,径流模拟值与实测值相对误差在15%以内,SWAT水文模型在北庙水源地有较好的适用性。1986-2009年,北庙水源地土地利用类型以林地、耕地、草地为主;草地面积减少,耕地、未利用土地和居民用地增加是这一时期土地利用方式变化的主要特征。水源地水文要素发生相应的变化主要表现为坡面径流深、径流深和土壤侵蚀模数增加,而实际蒸散减少。     

基于EFAST方法的寒旱区流域水文过程参数敏感性分析

寒旱区流域受降雨径流和融雪径流联合补给,坡面产流和融雪过程可能对流域水文产生重要影响。以分布式水文模型SWAT为平台,选取模型多个参数为关键因子,借助EFAST方法探索融雪期(3月-5月)、非融雪期(6月-次年2月)的径流峰值以及全时段径流均值的参数敏感性,这些参数涉及降雨径流、积雪消融、蒸散发、下渗、地下水补给和壤中流等多种水文过程。同时,结合流域特征及参数物理意义,深入分析参数敏感的原因,并揭示参数背后的水文过程对开都河流域产汇流的重要影响。研究发现,坡面产流、下渗以及积雪消融等水文过程对开都河流域水循环具有重要影响。此外,对于寒旱区流域重要的融雪过程参数,其总敏感性显著而一阶敏感性不显著,表明通过EFAST方法得到的水文模型参数总敏感性更为合理。结果揭示了流域水文敏感因子及关键过程,为探索水循环机理,水文科学预测、管理流域水资源奠定了基础。     

土壤水分植被承载力数学模型的初步研究

本文通过对不同密度林地根层土壤水分补给和消耗量的分析，提出确定土壤水分植被承载力的概念模型。通过对不同密度人工林地根层土壤水分补给和消耗的定位监测资料分析，建立了土壤水分植被承载力的数学模型。通过实例分析可以看出，该方法是简便易行。     

一个改进的随机动力学水平衡模型及其应用研究Ⅱ。应用

本文用黄土高原长武农业生态试验站的冬小麦长期定位试验资料对改进的随机动力学水平衡模型进行了准确性检验。从模型对参数反映的敏感性分析和模型计算值与数值模型WAVES的比较，以及模型对黄土区旱作高生产力的水分环境效应的评价结果，均证明改进的随机动力学水平衡模型能比较准确地预测一定生产力水平、特定生态系统平衡体系水均衡要素的定量分配和土壤含水量的动态变化。     

一个改进的随机动力学水平衡模型及其应用研究Ⅱ.应用

本文用黄土高原长武农业生态试验站的冬小麦长期定位试验资料对改进的随机动力学水平稀模型进行了准确性检验。从模型对参数反映的敏感性分析和模型计算值与数值模型ＷＡＶＥＳ的比较，以及模型对黄土区旱作高生产力的水分环境效应的评价结果，均证明改进的随机动力学水平衡模型能比较准确地预测一定生产力水平、特定生态系统平衡体系水均衡要素的定量分配和土壤含水量的动态变化。     

黄土高原水土流失区薪炭林发展问题探讨

从阐述黄土高原水土流失区发薪炭林的必要性入手，分析了影响薪炭林发展的原因，认为薪炭林自身经济效益低是主要制约因素，因此，薪炭林在发挥水土保持功能的基础上，如何达到兼有薪用的多种经济目的是关键，优良薪炭草也应当纳入薪炭林的发展计划，进一步分析表明，多用途薪炭树种的开发利用及植物间的混合种植是促进薪炭林发民菜的有效技术措施。本文提出了薪炭林发展的主要类型，认为林草间作及农地薪炭林草植被建设更为突出的措     

不同生态护坡下水土保持效果动态变化研究

为研究不同生态护坡措施实施后其护坡效果随时间的变化情况,选取北京市昌平区朱辛庄水土保持示范基地内的4组不同护坡类型径流小区为研究对象,通过连续5 a的植被调查和人工模拟降雨实验研究,对各个护坡径流小区的植被状况以及产流和产沙数据进行了分析。结果显示:4种生态护坡实施后,随着时间推移,护坡植物种类会朝着当地土生植物种类发生演替,从而导致护坡的水土保持效果发生变化,每种生态护坡的效果各不相同;单一植物护坡容易受到植物演替规律的影响,而采用工程与植物措施相结合的护坡形式,水土保持效果则更为持久有效。研究成果可为今后生态护坡技术的推广应用提供借鉴。