黄土高塬沟壑区水土保持调水保土效益研究

利用甘肃省第一次全国水利普查关于水土保持措施的成果资料和黄委西峰水保试验站60多a观测资料,确定甘肃省黄土高塬沟壑区调水保土效益指标参数,按照《水土保持综合治理效益计算方法》(GB/T15774—2008)规定的计算方法,以1979年为基准年,首次全面系统地分析计算了甘肃省高原沟壑区30多a水土保持综合治理的调水保土效益。结果表明,年均增加入渗量为1 484.33万m3,年均增加拦蓄径流量和拦蓄泥沙量分别为1 161.6万m3和184.4万t;淤地坝年增加拦蓄径流量为23.04万m3,拦蓄泥沙量为15.39万t。沟头防护工程减轻沟蚀的保土量为60.92万m3;淤地坝年均增加保土量为8.9万t。年均减少雨季径流量5 076.6万m3,增加旱季径流量48.6万m3,从而减轻了洪灾和旱灾。     

黄土高塬沟壑区径流调控综合治理模式研究

论述了黄土高塬沟壑区水沙时空分布、功能和效益上的差异性.采取"以水换沙"是构建黄土高塬沟壑区水沙调控体系的技术关键.基于径流调控利用的多元综合治理模式具有径流的主导性、多因子、多单元、多手段、多效益和多目标的特点.根据黄土高塬沟壑区塬、坡、沟、川四大地貌单元的特点,总结出的20种径流泥沙调控利用范式.     

黄土高塬沟壑区水土保持林草措施配置模式

适宜黄土高塬沟壑区种植的林草品种有油松、侧柏、沙棘、刺槐、黑核桃、美国白蜡、多年生香豌豆、牧场草、黄兰沙梗草和康巴早熟禾等。黄土高塬沟壑区水土保持林草措施配置模式主要有油松沙棘混交、侧柏沙棘混交、刺槐与沙棘混交、美国白蜡与沙棘混交等,牧草栽培模式包括多年生香豌豆与作物或林木间作、禾本科与豆科牧草混播、天然草场改良、黄兰沙梗草护坡草皮、康巴早熟禾+果园等。     

黄土高塬沟壑区覆被变化生态水文效益分析

选取黄土高塬沟壑区的天然荒坡董庄沟和有植被恢复的杨家沟两个对比流域,利用研究区水文观测资料,分析研究区覆被变化对径流及土壤含水量的影响。结果表明:森林植被显著减少径流量,杨家沟流域3 a平均径流量减少37.64%;与此同时,在0~1 m范围内杨家沟流域3 a平均土壤含水率比董庄沟流域大3.40%,均方差大3.11%。森林覆被流域土壤含水率增大,变化范围加大,暴雨洪水调蓄作用显著,洪水过程平缓,峰现时间明显滞后。     

黄土高塬沟壑区主要造林树种生长适应性研究

通过标准样方法进行树高、冠幅、胸径、保存率调查,采用模糊最优局势决策法确定各树种的综合指数与评价指数,研究了黄土高塬沟壑区主要水土保持造林树种的生长适应性。结果表明:①山杏适宜在阴坡、半阴半阳坡栽植;②侧柏适宜在阳坡、阴坡、半阴半阳坡栽植;③油松适宜在阴坡、半阴半阳坡栽植;④沙棘适宜在阴坡、阳坡、半阴半阳坡栽植;⑤刺槐适宜在阳坡、半阴半阳坡栽植;⑥杜梨适宜在阳坡栽植;⑦狼牙刺适宜在半阴半阳坡、阳坡栽植;⑧油松+沙棘混交林适宜在半阴半阳坡、阴坡栽植;⑨侧柏+沙棘混交林适宜在半阴半阳坡栽植。     

黄土高塬沟壑区侧柏造林生长适应性研究

对黄土高塬沟壑区近20年来水土保持人工栽植侧柏的存活、生长情况进行了调查和分析,结果表明:侧柏在黄土高塬沟壑区的阳坡、阴坡、半阴半阳坡均适宜栽植,侧柏+沙棘混交林适宜在半阴半阳坡栽植,侧柏+狼牙刺混交林适宜在阳坡栽植.     

黄土高塬沟壑区生态修复途径探讨

水土流失是黄土高塬沟壑区的主要生态环境问题.黄河生态工程齐家川示范区建设实践表明,黄土高塬沟壑区生态修复应以小流域为单元,以科技为支撑,以保持水土、防洪减灾、改善生态、增加农民收入和促进区域经济发展为目标,各类生态修复措施相配套,提高水资源利用率,通过退耕还林还草、封沟禁牧提高植被覆盖度,提高社会效益与经济效益.     

黄土高塬沟壑区两种牧草蓄水保土效果试验

为了分析黄土高塬沟壑区牧草对蓄水保土的作用,在南小河沟范家山设置了牧场草区、金皇后苜蓿区和对比区,并进行了径流试验,观测了各小区的径流量、含沙量、冲刷量、土壤含水率和耗水强度等。结果表明:牧场草区、金皇后苜蓿区的径流量、含沙量、冲刷量均比对比区小,牧场草区、金皇后苜蓿区比对比区径流含沙量分别减少36.09%5、5.65%,牧场草区、金皇后苜蓿区冲刷量比对比区分别减少53.32%6、9.93%。牧场草区、金皇后苜蓿区耗水强度与对比区相同,但土壤含水率比对比区大。     

黄土高塬沟壑区沙棘造林生长适应性调查研究

对黄土高塬沟壑区近年来人工栽植沙棘林的存活、生长情况进行了调查,结果表明：沙棘适宜在黄土高塬沟壑区的阴坡、半阴半阳坡、阳坡的水平阶、水平沟、鱼鳞坑栽植;半阴半阳坡的塬边、沟道栽植沙棘纯林效果较好,坡地栽植沙棘与油松、侧柏等乔木混交林时,栽植密度要大,6年后对沙棘进行间伐,以保证乔木树种的生长;阴坡的塬边、坡下部位、沟道适宜栽植沙棘,坡上部位适宜栽植油松。塬边栽植沙棘可以作为封山禁牧的绿篱。     

黄土高塬沟壑区油松、侧柏抗旱造林技术研究

在黄土高塬沟壑区油松、侧柏造林中,采取保水剂、ABT3号生根粉、磷酸二氢钾、覆草4种处理,对土壤含水率、造林成活率、树高生长量进行了试验研究,结果表明,几种处理均可明显提高土壤含水率、增强植株的抗旱能力、提高苗木栽植成活率和树高生长量,各种处理效果依次为保水剂〉ABT3号生根粉〉覆草〉磷酸二氢钾。     

大暴雨作用下黄土高原典型流域水土保持措施减沙效益研究

正确评估大暴雨条件下流域水土保持措施的减沙作用,可为科学揭示流域侵蚀产沙变化的驱动机理提供理论支撑。综合采用改进的水土保持成因分析法、林草植被减沙模型和分布式土壤侵蚀模型,对近10年大暴雨作用下4个典型流域的水土保持措施减沙作用进行了系统分析和研究。结果表明:佳芦河流域水土保持措施在"2012.7.27"大暴雨中减沙效益为65.4%;杏子河流域在"2013.7.12""2013.7.25"和"2013.7.27"三场连续降雨中,水土保持措施减沙效益分别为56.5%、40.7%和36.5%;西柳沟流域上游在"2016.8.17"大暴雨中,林草植被措施减沙效益达84.2%;岔巴沟流域在"2017.7.26"大暴雨中,水土保持措施减沙效益为79%。大暴雨作用下水土保持措施减沙效益明显,但遭遇连续极端降雨情况,水土保持减沙效益会降低。     

黄土丘陵沟壑区典型流域产沙的降雨阈值变化

2000年以来,随着黄土高原林草植被大幅改善和大规模梯田建成,加之坝库拦截,黄土高原入黄沙量锐减,从而使黄土高原现状产沙情势的认知成为近年关注的热点。目前,增大林草和梯田覆盖状况可减少或遏制侵蚀产沙的观点已被广泛认可,但其在流域层面上的减沙机制仍有待深入认识。本文以黄土丘陵沟壑区30条面积较小的流域作为样本,以场次降雨为分析对象,以场次降雨的面雨量、最大1 h降雨量和降雨侵蚀力为降雨指标,以场次降雨的产沙强度≥500 t/km2为流域产沙的判断标准,探讨了林草梯田覆盖程度变化与可致流域产沙的降雨阈值之间的响应关系。研究表明,无论地貌类型如何,随着流域林草梯田覆盖程度的增大,流域产沙的降雨阈值均明显增加,其中黄土丘陵第1—3副区的降雨阈值与林草梯田有效覆盖率之间呈正向的指数函数关系。在相同下垫面下,黄土丘陵第1—3副区的降雨阈值差别很小;或因植被主要分布在梁茆,或因河道产沙占比较大,因此,砒砂岩区、黄土残塬区和黄土丘陵第5副区更易产沙,其降雨阈值明显小于第1—3副区。本成果不仅为诠释林草梯田减沙的机制提供了科学支撑,而且也可为黄河水沙情势的评价和入黄沙量预报提供重要参考。     

黄土丘陵区沟道小流域土壤有效储水量估算

黄土丘陵区特别是沟道复杂的地形为沟道小流域土壤有效储水量计算带来了困难。基于黄土丘陵区园则沟小流域2010—2012年土壤水分监测数据,采用时间稳定性分析和观测算子结合的升尺度方法,通过坡面单个监测点土壤有效储水量估算小流域不同尺度(坡面、沟道及小流域)土壤有效储水量。其中2010和2011年数据用于时间稳定性分析、观测算子构建以及坡面、沟道和小流域土壤有效储水量估算,2012年数据用于对其验证。结果表明通过坡面时间稳定点(单个点)土壤有效储水量不仅能够较为精确地估算坡面土壤有效储水量,也能通过构建观测算子较为精确地将其转换为沟道和小流域土壤有效储水量。验证结果表明,时间稳定点以及观测算子具有较高稳定性。     

黄土高原地区水土保持措施利用径流量宏观分析

通过对黄土高原地区水土保持措施利用径流量的宏观分析,结果表明,在水土保持治理较高水平下,水土保持径流利用率最大为63%,最大利用径流量约40×10~8～50×10~8 m~3.研究指出,水土保持措施利用径流量问题,涉及降水、下垫面、治理程度、措施构成、土壤水运动、水的回归等许多动态因素,相互作用情况十分复杂,如遇暴雨,水土保持利用径流量将会减小.建议对这一问题进行长期持续研究.     

水土保持对清涧河流域洪水径流的影响

采用时间序列对比分析方法，分析了黄土高原清涧河流域水土保持对流域暴雨洪水过程及径流量的影响，结果表明了水土保持使该流域产洪次数减少、地表径流模数和径流系数减小、流域产流起始时间滞后，径流持续时间缩短，洪峰流量降低．     

黄土丘陵沟壑区小流域多水源联合配置研究

在分析黄土丘陵沟壑区地形地貌、水资源特点、利用现状、生产经营方式的基础上,提出以小流域为尺度的水资源优化配置研究的必要性。以县南沟小流域为研究区,对区域内常规和非常规水资源进行联合配置研究,建立适宜该地区的多目标、多水源联合配置模型。对配置方案的结构、社会发展协调性和用水效益进行分析。结果表明:配置方案结构合理,效益明显,有助于促进区域的社会协调发展。     

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。     

黄土高原土壤侵蚀规律研究方向与途径

从黄土高原水土保持生态建设和黄河治理开发重大实践的需求出发,回顾了我国关于黄土高原土壤侵蚀规律研究的主要进展,分析了存在的问题,论述了深化黄土高原土壤侵蚀规律研究的重大需求,就黄土高原土壤侵蚀规律的研究方法与途径、研究方向与内容提出建议,认为应加强以下几方面的研究:重力侵蚀规律、不同治理措施配置下坡面-沟道系统侵蚀产沙耦合关系及泥沙输移规律、植被措施作用下的水文效应和产流机制、土壤侵蚀产沙发生发展过程尺度转换、黄土高原水土流失模拟理论与技术等;研究途径包括建设黄土高原土壤侵蚀试验观测体系、运用土壤侵蚀模型模拟与反演技术等。     

黄土高原区域水土流失评价数据库的建立

数据库的建设是实现区域水土流失评价的基础。本文以黄土高原区域的水土流失为研究对象,根据区域评价对数据建设的需要,分析了该区的水土流失影响因素和进行水土流失评价的数据需求状况,运用GIS(ARC/INFO),建立了适于该区水土流失的系统、宏观、综合和定量评价的基本数据库,并就区域水土流失评价数据库建立中的若干问题进行了探讨。结果表明,GIS是进行具有海量地理数据特点的区域地学研究的强有力工具。     

基于VAR模型分析径流对降水和水土保持措施的响应

确定自然及人类活动对径流的影响程度是水文水资源科学的研究难点。根据1996-2012年黄土高原三条黄河支流的径流、降水及水土保持措施面积,采用VAR模型方法评价降雨及水土保持措施对径流变化的作用程度。结果表明:年径流量对年降水量和水土保持措施面积的响应均具有滞后性,对当年各措施面积变化均不响应;各水土保持措施对年径流量的影响不是一成不变的,15年滞后期内径流有增有减,时间越长对径流变化的影响越小。1996-2012年间林地是减少径流的主导因素;采用方差分解可知,各因素相对贡献程度依次为:草地封禁林地梯田坝地降水。从长期来看,水土保持措施对径流量减少的贡献可达60%以上,随着时间的推移,贡献度有所增加。径流量减小是水土保持措施持续增加的结果。