不同降雨条件下生态护坡减流减沙效应对比研究

生态护坡技术逐渐广泛应用于边坡防护工程中,目前国内尚缺乏生态护坡水力侵蚀规律的研究。为更好地模拟自然降雨条件下Enkamat型生态护坡产流产沙规律,设置持续性降雨、间歇性降雨及变降雨强度不同降雨条件下试验,分析径流含沙量及泥沙累积侵蚀量随降雨历时变化规律;设置降雨强度为120 mm/h,坡度25°下Enkamat7220+植被、Enkamat7020+植被、Enkamat7220+植被根系、Enkamat7020+植被根系、仅植被、仅根系、裸坡7组不同试验组次,分析并得出加筋植草型生态护坡产流产沙规律及其减流减沙特性,验证了Enkamat型生态护坡水土防护效果的优越性,为江苏沿海垦区生态软防护工程提供理论支撑。     

土壤抗冲性的研究

本文通过野外实地放水试验的方法，研究了同一坡度、不同土地利用形式以及同一土地利用形式、不同坡度下的土壤抗冲性。结果表明，由于植被情况和水稳性团粒含量的不同，土壤抗冲性有较大的差别。本试验中土壤抗冲性的排列顺序为封育荒草坡＞洋槐林中杂草地＞柠条林地＞沙棘林地＞沙打旺人工草地＞谷子农地＞裸露休闲地，与裸露休闲地相比，土壤抗冲性封育荒草坡地提高９４％，洋槐林中杂草地提高８４．３％，柠条林地提高７２．１％，沙棘林地提高６８．７％，沙打旺人工草地提高５３．４％，谷子农地提高２８．３％；土壤抗冲性随地面坡度的增加呈指数函数递减趋势。     

黔东北喀斯特坡面产流产沙及土壤含水量特征

为了解不同因素对喀斯特地区坡面产流产沙的影响、给喀斯特地区石漠化综合治理和水土流失防治提供理论指导,基于贵州省浒洋水水土保持监测站径流小区的降雨、产流产沙、土壤水分、植被盖度等资料,采用ORIGIN2017及SPSS22软件进行数据处理及相关性分析,探讨了降雨量、坡度、土地利用类型、前期土壤含水量对喀斯特坡面产流产沙的影响及植被盖度对土壤含水量动态变化的影响。结果表明:①坡面径流小区的产流产沙量与降雨量、降雨侵蚀力均成正相关关系,在相同的侵蚀性降雨条件下,不同类型径流小区的侵蚀敏感度存在较大的差异,撂荒地侵蚀敏感度最大、坡耕地侵蚀敏感度最小;②随着地面坡度从13°增大到25°再增大到30°,撂荒地径流小区单位面积产沙量呈现先增大后减小的趋势,25°可以作为撂荒地单位面积产沙量的参考临界坡度;③在相同的侵蚀性降雨条件下,喀斯特坡耕地单位面积产沙量最大,原因是坡耕地生态环境较差、人类活动强烈,土壤侵蚀量大且动态变化不稳定;④径流深及土壤流失量与前期土壤含水量均成显著的正相关关系,植被盖度的变化对土壤含水量具有一定的影响,植被盖度>15%时,随着植被盖度的提高土壤含水量呈现抛物线增大趋势。     

淮北平原砂姜黑土区坡面产流产沙规律试验模拟

针对淮北地区砂姜黑土土壤侵蚀的问题,利用五道沟实验站人工模拟降雨试验场,开展了三个雨强(40mm/h、60mm/h、80mm/h)及三个坡度(5°、10°、15°)产流产沙实验。结果表明:产流量随降雨历时表现为前期快速增大,中期缓慢增大,后期平稳,其中5°40mm/h产流量整体呈缓慢增长趋势,雨强60mm/h、80mm/h,坡度10°、15°,产流量随坡度增大而基本相同;产沙量随雨强和坡度增大而增大,其中雨强80mm/h,坡度10°、15°在降雨后期产沙量相近;不同坡度,累计产流量、产沙量随降雨时间变化关系呈线性函数关系(R~2 0.97)。     

不同土地利用类型土壤大团聚体与抗冲性关系

为了解滇中红壤的抗冲性特征及土壤大团聚体与土壤抗冲性间的关系,以云南玉溪澄江尖山河小流域内次生林、坡耕地、人工林、灌草地4种不同土地利用类型的土壤为研究对象,采用原状土抗冲刷槽法研究了其土壤抗冲性特征,并用SPSS软件分析了土壤大团聚体与抗冲性间的关系。研究表明,坡耕地的土壤抗冲性较弱,4~1 mm大团聚体越多土壤的抗冲性越好,因此减少人为破坏、增加植被覆盖,并有效改善土壤的团粒结构才是提高土壤抗冲性的关键。研究结果可为珠江流域水土保持工作的开展提供一定参考。     

黄土缓坡耕地粟株不同生育期土壤的抗冲性特征

采用典型黄土,基于原状土冲刷法,测定并分析了粟株不同生育期土壤抗冲性变化特征及其与根系生长的关系。研究结果表明:粟株各生育期土壤含沙量随冲刷时间延长逐渐降低,除苗期外均在3 min后趋于平稳,苗期在9 min后保持稳定,且前3 min内苗期的流失量最大(5.92 g/L)。随着粟株生育期推进,土壤抗冲指数及其增强效应呈现出先增强后减弱的趋势,苗期均最弱,分别为1.19 min/g和0.59。各土层,土壤抗冲指数与除根系平均直径以外的其他根系特征参数显著相关,相关系数介于0.64~0.91之间,其中根长是影响土壤抗冲性的主要因素,通过线性拟合进一步分析,发现土壤抗冲性与根长0.5 mm指标相关最紧密。因此,在缓坡耕地上种植粟株有利于增强土壤抗冲能力,保持水土。     

基于人工模拟降雨的黄潮土坡面侵蚀规律研究

为探讨不同坡度和雨强条件黄潮土坡面侵蚀及入渗规律,采用人工模拟降雨实验方法,选择4种坡度和3种雨强坡面产流量、侵蚀量和土壤入渗实验研究。结果表明,相同雨强坡面产流量随着坡度的增加先增大后减小,坡度9°时产流量最大。40 mm/h雨强坡面侵蚀量随坡度的增加而逐渐增大,60、80 mm/h时侵蚀量随坡度增加表现为先增大而后逐渐减小,坡度6°时侵蚀量最大。累计产流量与累计侵蚀量在3°和其他坡度时均呈线性函数关系。黄潮土埋深0.5 m以内的土壤含水率受降雨响应较为敏感,坡度影响降雨入渗速率,浅层土壤含水率变化速率随着坡度的增加先增大后逐渐减小。入渗是影响黄潮土降雨侵蚀的重要因素。     

不同坡度不同雨强下的棕壤坡面侵蚀特征研究

文章以北票市白石水库库区土壤为例，通过降雨模拟试验探讨了不同坡度不同雨强下棕壤坡面的产流、产沙特征。研究发现：(1)雨强相同条件下，坡度越大则初始产流时间越短，径流量也越大；坡度相同条件下，坡面径流量及初始产流时间差异均随着雨强的增加而减小。(2)随坡度增加棕壤坡面产沙量逐渐增大，坡度为20°时坡面产沙呈明显波动变化，研究成果可为棕壤水土流失预测及水保措施的合理布设提供一定参考。     

喀斯特原生马尾松林下地表径流与土壤侵蚀效应

探索喀斯特马尾松原生林地表径流和土壤侵蚀的的变化规律,对该区的植被类型的水土资源保护利用及生态恢复有着重要的启示意义。利用野外人工模拟降雨实验,在尾松原生林里设置不同坡度(15°、20°和25°)径流小区,监测不同雨强(60、90、120 mm/h)下径流和泥沙量的变化。结果表明,喀斯特马尾松土壤的持水率在短时间内较难达到完全饱和;在不同雨强、坡度的条件下,马尾松地表侵蚀产流产沙特征差异明显;相同条件下,产沙量随着雨强及坡度的增大而增大;但产流量在坡度一定时,90 mm/h雨强的累积及总径流量明显高于60、120 mm/h的雨强;不同降雨强度对小于25°坡面的累积径流量影响较小,但当雨强≥90 mm/h,坡面≥25°时累积径流量变化明显。     

不透水表面坡度对溶解态污染物传输过程的影响研究

溶解态污染物是城市降雨径流污染的一个重要组成部分,揭示其在降雨径流阶段的传输过程对于城市污水治理具有重要意义。采用人工模拟降雨实验研究了不透水表面不同坡度(0.5°、1°、2°、3°、4°、5°)情况下降雨径流及溶解态污染物传输过程。结果表明:坡度越大,坡面产汇流时间越短,径流量越快达到稳定;污染物浓度随降雨径流深度增加呈逐渐减小趋势,坡度越大,初始浓度越高,衰减越快;污染物传输速率呈先增大后减小的变化规律,坡度越大,污染物传输速率峰值越大,峰值出现在径流深度为0.3~0.5mm之间;溶解态污染物传输过程符合指数冲刷模型,随着坡度的增大,冲刷系数k先线性增加,坡度大于3°基本保持稳定。相对于颗粒态污染物,溶解态污染物冲刷系数大,易被冲刷,冲刷集中发生在径流初期。     

自然降雨条件下坡度对紫色土坡地土壤侵蚀的影响

采用野外不同坡度径流场坡面降雨产流、产沙实测数据,系统分析了紫色土坡地降雨径流、土壤侵蚀对坡度的响应特征及其相互关系。结果表明随坡度增加,紫色土坡地年径流总量表现出先增加后再减少的趋势,在坡度为20°的径流小区上达到最大;紫色土坡面侵蚀产沙规律与径流变化相一致,土壤侵蚀量与坡度的正弦值呈2次曲线关系;不同坡度条件下,坡面年径流总量与年侵蚀产沙量存在显著的正相关,年径流总量与年侵蚀产沙量之间的变化关系具有较好的2次多项式关系。研究结果可为长江上游紫色土丘陵区土壤侵蚀的防治提供参考。     

神府东胜煤田开发中扰动地面径流泥沙模拟研究

神府东胜国家级特大煤田在开发建设过程中,严重扰动了原有的土壤结构层次,破坏了地面的植被,造成了严重的新增水土流失,本文采用野外放水冲刷实验的研究方法,对神府东胜煤田开发建设中人为扰动地面侵蚀产沙规律进行了模拟研究。结果表明:5°条件下在流量为15 L/min2、0 L/min2、5 L/min时产沙量与径流量呈幂函数关系,10 L/min时呈线性关系。11°条件下在各放水流量时的产沙量与径流量呈线性关系。17°条件下流量为10 L/min1、5 L/min时产沙量与径流量呈对数函数关系,20 L/min2、5 L/min时呈线性关系。产沙量与坡度在放水流量10 L/min2、5 L/min时呈对数函数关系,在放水流量15 L/min2、0 L/min时呈线性关系变化。径流量与放水流量呈线性关系,产沙量与放水流量呈对数函数关系。     

高强度人工降雨条件下地面坡度、植被对坡面产沙过程的影响

本文采用野外人工降雨的方法，研究了高强度降雨条件下地面坡度、植被对坡面产沙过程的影响。研究结果表明：（１）影响坡面累积产沙量的临界坡度明显存在，本试验中临界坡度介于２３．４°～２７．３°之间；（２）植被具有良好的减沙作用。当植被覆盖度超过６０％，植被的减沙效益均在９０％以上（与休闲地相比）。     

不同坡度和前期土壤含水率条件下裸地降雨产流试验研究

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为研究华北半干旱地区的降雨产流机制,采用人工模拟降雨的方法,进行了不同坡度(5°、10°和15°)和前期土壤含水率(0.20、0.25和0.30)条件下的降雨产流试验。结果表明:在整个降雨产流过程中,地表径流量随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,累积径流量与产流历时呈线性函数关系;土壤入渗率和产流滞时均随前期土壤含水率和坡度的增加而减小,且前期土壤含水率对土壤入渗率和产流滞时的影响较坡度更加明显;Horton模型对降雨入渗关系的拟合结果优于Kostiakov和Philip模型。     

坡面径流与产沙量影响因素分析——以甘肃省定西安家沟流域为例

以黄土丘陵沟壑区安家沟流域坡沟系统作为研究对象,采用多元线性回归与单因素方差分析了植被类型、坡度、降水平均强度、降水历时等因子对径流量与产沙量的影响。结果表明:不同植被类型条件下坡面径流量、产沙量的组间F检验值分别为3.873,3.930,均在0.05水平下差异显著;不同坡度的坡面径流量与产沙量的F检验值均大于1,径流量与产沙量均值存在差异;不同植被类型条件下径流量与产沙量的泊松相关系数R值均高于0.6(Sig.=0.00),二者存在显著相关关系,产沙量随径流量的增加而增加;不同植被类型下各影响因子与产沙量多元回归拟合度的R2均较高,说明各类因素可以较好地解释产沙量的变化,尤其天然草地相关性最大,R2值达到0.95并在0.05水平下显著。研究结果为黄土高原水土流失治理提供了一定理论参考。     

不同坡度下的坡面土壤侵蚀特征分析

文章利用北票市水土保持部门2019、2020年径流小区实测数据,科学分析了坡面产流产沙量受坡度因子的影响,为全面掌握低山丘陵区坡面侵蚀特征提供一定支持。研究表明：坡面产流产沙量随着坡度的增加而增大,坡度处于20°～25°之间时产流产沙量最高,随后小幅减小但整体呈上升趋势;不同雨强下,最大30min雨强I30≥50mm/h的产流产沙量高于I30 <50mm/h,随植被覆盖度的增加坡面产流产沙量逐渐减小,土壤抗蚀性增强;径流小区实测数据与USLE方程模拟产沙量相差不大,对北票市坡面土壤侵蚀计算该模型及其参数具有较高适用性。     

城市背景下草地植被根系层蒸散发及土壤水分模拟

为揭示城市化背景下草地植被根系层蒸散发和土壤水分的变动特性,选取扬州大学扬子津校区农水与水文生态实验场的禾草坪为研究区,对集中降雨事件同期的土壤水分变动过程进行分析,采用Penman-Monteith公式推求草地植被生长期内根系层(0～30 cm深度)的蒸散发量,并分析其变化特性。基于Richards方程构建研究区的一维土壤水分计算模型,在检验模型适用性的基础上,对草地植被根系层土壤水分变化过程进行模拟。结果表明:草地根系层土壤含水量在集中降雨期间有较明显的增加,而后逐渐减小,但不同深度的土壤含水量的增加幅度和变动过程存在较明显的差异;ET与降雨的联系密切,在集中降雨发生后,ET通常有较大幅度的增加;在计算时段内,所构建的一维土壤水分计算模型具有较高的计算精度。研究结果可以为城市化背景下草地植被根系层蒸散发及土壤水分运动的研究提供部分基础数据和方法上的借鉴。     

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。     

开发建设新增土壤流失后评估方法研究

以天然降雨、人工降雨、放水冲刷等试验研究成果为基础，结合典型区域开发建设新增土壤流失分析的研究成果，以降雨侵蚀力、土壤抗冲性和地面坡度为主要因子，建立了用年降雨资料和次降雨资料计算土壤侵蚀模数的数学模型和开发建设新增土壤流失量的计算方法。所建模型和方法不仅适用于典型研究区域，而且也适用于黄河中游地区。     

坡面植被分布对降雨侵蚀的影响研究

在黄土高原约15°的自然荒草坡面上,对两个坡面小区进行野外模拟降雨实验,其中一个从坡顶向坡底逐渐破坏地表植被和结皮,另一个从坡底向坡顶逐渐破坏地表植被和结皮,分别对破坏过程中各种植被面积下的降雨产流产沙量进行比较,结果认为:在相同面积条件下,位于坡底的植被比位于坡顶的植被保水作用高2.4倍,保土作用高2.8倍;随着植被面积的减少,坡面产流量和产沙量呈不均匀的增加趋势,在不同的植被面积变化范围,坡面产流量和产沙量的增幅不同。