神府煤田弃土弃渣堆积体径流侵蚀特征

为研究神府煤田弃土弃渣堆积体径流产沙规律,采用野外模拟降雨试验的方法研究了不同降雨强度条件下偏石质弃渣体(Ⅰ)、偏土质弃渣体(Ⅱ)及弃土体(Ⅲ)径流侵蚀特征。结果表明:(1)Ⅰ和Ⅱ弃渣体砾石含量分别为69.33%和45.06%,颗粒级配良好,而弃土体颗粒级配不良,以沙粒为主(90.31%);(2)雨强为1.0 mm/min时Ⅰ弃渣体和弃土体径流为层流,其余条件下各堆积体径流均为紊流,各堆积体坡面径流率、雷诺数和单位径流功率均与雨强成显著递增的线性或幂函数关系;(3)Ⅰ和Ⅱ弃渣体侵蚀速率随降雨时间以峰谷交替式的趋势下降至稳定,弃土体则呈增大—减小—稳定的变化趋势,Ⅱ弃渣体侵蚀波动性最强,侵蚀速率最大,Ⅰ弃渣体和弃土体侵蚀速率与雨强和径流率均成显著的指数关系;(4)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ堆积体土壤可蚀性分别为40.713、379.77、93.355 g/m~3,发生侵蚀的临界单位径流功率分别为4.61×10~(-3)、6.26×10~(-3)、5.94×10~(-3)m/s。     

黄土区生产建设工程堆积体石砾对侵蚀产沙影响

以黄土区工程堆积体概化下垫面为对象,采用人工模拟降雨方法,研究石砾含量对径流产沙的影响。结果表明:在坡度小于25°时,石砾存在增强坡面径流路径弯曲度,延缓径流形成;平均流速、平均径流率随雨强增大而递增,剔除坡度、雨强影响,平均流速随石砾含量增加呈线性递减;随着坡度递增,平均径流率减少24.50%~32.96%;雨强、坡度对平均侵蚀速率影响显著,雨强为1.0时平均侵蚀速率仅为2.5mm/min时的2.19%~23.42%,35°时的平均侵蚀速率是15°的1.50~3.91倍。石砾存在可延缓坡面径流形成时间且有效减少土壤侵蚀。     

雨强及坡度对黄土区草地坡面水流流速的影响

黄土区草被覆盖下的坡面水流流速特征研究对于深刻认识该区草地坡面侵蚀动力和科学决策该区水土保持与生态建设具有重要意义。采用草地小区人工模拟降雨试验方法,对黄土区草地坡面水流流速随雨强及坡度的变化特征进行研究,结果表明:(1)在5个不同雨强及5个不同坡度下,草地坡面流速随降雨历时变化均表现为产流初期流速快速增大,持续一段时间之后转为缓慢增大或保持稳定,且可用幂函数描述;(2)草地坡面次降雨产流平均流速分别随单一因子雨强、坡度的增大而增大,且皆可用对数函数描述;(3)草地坡面次降雨产流平均流速随雨强及坡度复合因子的变化可用二元对数函数描述,试验条件下坡度对草地坡面水流平均流速的影响大于雨强的影响。     

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。     

模拟降雨条件下开挖面土壤侵蚀测算模型研究

为科学治理工程开挖坡面水土流失问题,采用野外人工模拟降雨试验,设计了5种雨强(30,60,90,120,150 mm/h)和3种坡度(10°,20°,30°),系统分析了不同情景下雨强、坡度、径流率、径流流速、水流剪切力及水流功率同坡面剥蚀率之间的关系。结果表明:工程开挖坡面剥蚀率Di与坡度S相关性不显著(p 0.05),与雨强I、坡度和雨强的交互作用(I×S)呈极显著相关(p 0.01);采用3种常用的细沟间侵蚀模型来计算工程开挖坡面土壤剥蚀率,就拟合效果而言,幂函数型坡度因子指标更适用于工程开挖坡面土壤剥蚀率的计算;采用径流流速、水流剪切力和水流功率为代表的水动力学参数来计算土壤剥蚀率,就拟合效果而言,水流功率是描述其细沟间侵蚀动力过程的最理想水力参数。研究成果可为建立工程开挖坡面水土流失量预测模型提供技术参数和依据。     

神府矿区土质道路侵蚀及其与径流特性的关系

为明确神府矿区土质道路土壤侵蚀特征,采用野外模拟降雨的试验方法,研究了不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mm/min)条件下矿区3°和6°土质道路土壤侵蚀过程及其与径流特性的关系。结果表明:道路侵蚀速率随降雨历时呈突增—波动—稳定的变化过程,且雨强和坡度越大,侵蚀过程的波动程度就越高;相同雨强条件下,6°坡侵蚀速率是3°坡的2.61~3.46倍,两坡度道路侵蚀速率与雨强和径流率均成极显著的线性函数关系(显著性水平P0.01)。回归分析表明,侵蚀速率与径流深成极显著的幂函数关系(P0.01),与径流剪切力、径流功率、单位径流功率均成极显著的线性函数关系(P0.01),道路发生土壤侵蚀的临界径流剪切力、径流功率、单位径流功率分别为0.80 N/m~2、0.056 W/m~2、0.005 8 m/s。     

黄土高原丘陵沟壑区梯田边坡侵蚀过程对雨强的响应

为了进一步明确黄土高原水平梯田边坡在不同降雨强度下的侵蚀规律和细沟发育特征,选取陕西安塞县纸坊沟小流域土壤为试验材料,利用自制的试验模型槽,采用人工分层填筑方法,模拟野外最常见的单级梯田形态,在室内模拟降雨的条件下,设计了五组降雨强度(1.5、1.75、2.0、2.25、2.5 mm/min),研究了不同降雨强度对单级梯田的侵蚀规律和细沟发育的影响。结果表明:降雨强度对径流率和侵蚀速率的变化有着显著的影响,雨强≥2.0 mm/min时,径流率和侵蚀速率呈波动性增加;梯田边坡细沟长度、宽度和深度随雨强的增大而增大,其中细沟的长度能很好地反映细沟的发育过程,且与侵蚀速率之间存在着极显著的正相关关系;不同降雨强度下,梯田边坡坡面流速均呈先增大后稳定的趋势,坡面平均流速和雨强呈明显的幂函数关系;梯田边坡在侵蚀分为片状侵蚀、细沟侵蚀、细沟调整和崩塌四个阶段,且土壤侵蚀量与雨强之间有着明显的指数关系。     

雨强对工程堆积体侵蚀规律和细沟发育的影响

以陕西杨凌周边开发建设项目弃土堆积体表层土壤为试验材料,模拟野外最常见的散乱锥状堆积体的形成过程和堆置形态。在室内模拟降雨的条件下,设计了七组降雨强度(1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5mm/min),研究了雨强对物质组成为全土的锥状工程堆积体的产流产沙规律和细沟发育的影响。结果表明:1降雨强度对径流率和侵蚀速率的变化规律有着显著的影响,在不同的降雨条件下,径流率和侵蚀速率随时间的变化规律不同;2各雨强条件下,细沟长度、宽度和深度的变化趋势不同,其中细沟长度与侵蚀速率之间存在着显著的正相关关系;3在产流初期(0~10 min),侵蚀速率随雨强的增大呈现出一条较为平缓的曲线,产流时间10 min后,侵蚀速率随雨强的增大呈现出指数增大的趋势;4总侵蚀量与雨强之间存在着明显的指数关系。     

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。     

不同植被类型对堆积体坡面径流特性的影响

针对植被防护堆积体侵蚀动力机制的问题,通过野外模拟降雨试验,分析直根系和须根系植被对堆积体径流流速、水力和水动力参数的影响。结果表明:植被削减堆积体平均侵蚀速率达88.34%~92.88%,直根系消减平均流速效益为50.51%,须根系为21.32%~35.61%;裸坡和植被堆积体径流流型均属于层流(雷诺数<40),裸坡径流在降雨强度≤1.2 mm/min时处于急流态,直根系堆积体均处于缓流态,须根系堆积体在急流态和缓流态间变化。直根系对坡面径流的阻滞作用大于须根系;植被防护下堆积体侵蚀速率、水力和水动力参数与裸坡呈显著性差异(P<0.05),径流剪切力和径流功率可用于较好地刻画坡面侵蚀动态过程,呈显著线性关系(R²为0.63~0.96)。研究成果可为生产建设项目工程堆积体水土流失量预测模型的植被因子修订提供科学依据。     

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。     

苜蓿草地侵蚀产沙过程及其水动力学机理试验研究

利用人工模拟降雨试验，定量研究了不同降雨强度（45mm/h、87mm/h、127mm/h）下20°陡坡苜蓿草地的产流产沙变化规律，分析了苜蓿草地侵蚀产沙的水动力学机理。试验结果表明，苜蓿草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈很好的幂函数关系，随着降雨时间的增大而增大。在45mm/h和87mm/h降雨强度时，草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-稳定的变化趋势，在127mm/h降雨强度时，草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-高的变化趋势。苜蓿草地的水土保持作用通过改变土壤的入渗特性实现，草地坡面入渗率与径流量和产沙量呈明显负线性相关。从水动力学角度对苜蓿草地径流剪切力和单位水流功率与输沙率的关系进行了分析，得出试验条件下苜蓿草地的临界径流剪切力值为2.857N/m2，临界单位水流功率值为0.0114 m/s，输沙率随径流剪切力和单位水流功率的增大而增大。     

波状坡耕地工程减蚀技术设计与试验

为解决波状坡耕地水土流失的治理问题,针对波状坡耕地的形态特征及其水土流失特点,设计了波状坡耕地拦挡淀排技术,并提出了相关参数计算方法。在河北省平泉县东北沟小流域布设径流小区2个(对照小区和措施小区)并观测产流产沙量。3年观测结果表明,波状坡耕地的土壤侵蚀主要是由几场强降雨引起的,拦挡淀排措施在强降雨情况下的平均减蚀率仍能达到98.37%;通过对次降雨资料分析发现次降雨量是影响波状坡耕地侵蚀的重要因子,经过拦挡淀排措施对径流的调控作用,措施小区径流量明显减少,措施小区径流量与次降雨量的相关性系数减小;按照野外径流小区的实际修建费用估算出拦挡淀排技术的公顷造价为30075元,仅为北方土石山区石坎梯田公顷造价的49.60%,具有良好的经济适用性。因此,拦挡淀排技术能够有效防治波状坡耕地水土流失,可作为一项新型坡耕地水土流失防治技术。     

PAM 对扰动红壤水动力学过程的影响研究

为比较施加 PAM 后坡面水动力学过程的差异,采用人工模拟降雨试验,分析了不同雨强、不同坡度、不同土壤处理后的径流剪切力、水流功率和水流动能与坡面输沙率之间的关系。结果表明 : 土壤分离速率与径流剪切力、水流功率和水流动能 3 个水力参数之间均具有良好的线性正相关关系;施加 PAM 后红壤扰动土临界剪切力由 0.77Pa 增加到1.47 Pa ,临界水流功率由 0.182 4N/(m·s) 增加到 0.367 6N/(m·s) ,临界水流动能由 0.301 8 J 增加到 1.115 5 J ;水流功率是其中描述土壤分离速率的最好参数,其复相关系数明显好于径流剪切力、水流动能与土壤分离速率的关系。     

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。     

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。     

不同因素对重庆紫色土坡面细沟侵蚀产沙过程的影响研究

为揭示重庆紫色土坡面细沟形态、降雨强度和坡度对侵蚀产沙过程的影响,通过室内模拟人工降雨试验,定量分析不同降雨强度、不同坡度、细沟形态变化和不同降雨方式对细沟侵蚀产沙过程的影响,探讨细沟侵蚀强度在不同试验条件下的变化特征。结果表明：重庆紫色土坡面细沟侵蚀径流量和产沙量均随着坡度和降雨强度的增加而增加;坡面的水沙过程与细沟在形成和发育时关系密切,产沙量和侵蚀速率与细沟形态参数有显著的对数关系（r＞0.7）。研究结果可以为紫色土耕地细沟侵蚀防治提供理论支持。