坡沟侵蚀水沙搭配关系的阶段性特征研究

坡沟系统是侵蚀产沙规律研究和水土保持生态治理的基本单元,研究坡沟系统侵蚀水沙搭配关系的时段特征,对于因地制宜适时布设水土保持措施具有重要意义。采取人工降雨模拟试验方法,分析了3种不同雨强下坡沟系统土壤侵蚀的产流产沙过程和侵蚀过程中水沙搭配关系的阶段性特征。结果表明:一定的下垫面条件下,在坡沟系统土壤侵蚀过程中存在雨强临界点,小于临界雨强时,产流产沙量随雨强的增大而急剧增大,雨强越大,侵蚀发育阶段进展越快,超过临界雨强时产流产沙量随雨强的增大和侵蚀发育的演进均有所减弱;雨量和雨强均为影响侵蚀产沙过程的重要因素,试验条件下,雨强对产流速率和产沙速率的作用系数分别是累计降雨量对其作用系数的2.1倍和2.2倍,说明雨强对产流产沙的影响更大;准浅沟侵蚀阶段的坡沟侵蚀水沙搭配关系明显不同于面蚀和细沟侵蚀阶段,同一径流量下,准浅沟侵蚀阶段的产沙量明显增大。     

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。     

侵蚀性降雨分类及植被类型对产流产沙的影响

为探索各类侵蚀性降雨及不同植被类型对产流产沙的影响,利用K-均值聚类分析法对黄土丘陵沟壑区安家沟流域布设的乔木林、灌木林、人工草地、天然草地和农作物等5种径流小区2014—2018年降雨、径流、泥沙观测资料进行了分析。结果表明:研究区侵蚀性降雨发生在5—9月,其中8月的侵蚀性降雨量及其产生的径流模数、侵蚀模数最大;可把侵蚀性降雨分为中雨量小雨强、中雨量大雨强、大雨量中雨强、大雨量超大雨强、暴雨量超大雨强等5种类型,出现的频率分别为42.85%、34.29%、14.29%、5.71%、2.86%;径流模数与侵蚀性降雨量、最大30 min雨强呈极显著相关,与降雨时长、平均雨强呈显著相关;产沙模数与侵蚀性降雨量、最大30 min雨强、平均雨强、降雨时长呈极显著相关,降雨量大且强度高的降雨是产生强烈侵蚀的主要动力来源;不同植被类型对产流产沙的调节作用差异较大,在大雨量情况下地表覆盖程度对产流产沙影响较大,地表覆盖度较高、对地表扰动小的林地和天然草地产沙模数较小,人工草地和农地因施肥、除草、收割等对地表扰动大且导致地表裸露时间长而产沙模数较大。     

黄土坡面侵蚀产沙沿程变化的模拟试验研究

坡面侵蚀产沙的沿程分布规律研究是认识土壤侵蚀规律，进行有效水土保持的理论基础。为了揭示坡面侵蚀产沙的铅程分布规律以及不同坡长下细沟的发育规律。我们进行了不同坡长（2.5,5,7.5,10m)和不同雨强（0.72,1.16,1.4,2.0,2.4mm/min)的室内模拟降雨实验。结果表明，在实验条件下，黄土坡面侵蚀产沙从坡顶向下依次增大，但在不同雨强条件下变化趋势有所差异。当雨强小于2mm/min时，坡面侵蚀在5-7.5m坡段急剧增加；雨强大于2mm/min时，发生急剧变化的坡段上移至2.5/5m。上方来水是影响坡面侵蚀产沙的重要原因。短坡条件下，坡面侵蚀量与上方来水量成直线关系。细沟密度是描述细沟发育程度较好的指标。其大小随雨强以及坡长呈线性增加。     

降雨强度和坡度双因子对紫色土坡面侵蚀产沙的影响

利用室内模拟降雨试验研究了降雨强度和坡度双因子对紫色土坡面侵蚀产沙过程的影响.试验结果表明:坡面产沙过程和侵蚀形态的演变与降雨强度和坡度的变化密切相关,降雨强度和坡度增大使径流量很快达到细沟发生的临界流量并加剧细沟形态的演变过程,产沙率由于细沟的产生和发展而急剧增加,并呈现跳跃性的波动.各降雨强度下,在5°～25°范围内,侵蚀量随坡度的增大而增大,30°时开始减小,在25°附近存在坡面侵蚀的临界坡度.降雨强度和坡度两个因子对侵蚀量的贡献率存在对比消长关系.降雨强度和坡度都较小时,坡度对侵蚀过程起主导作用;当降雨强度较大或者达到临界坡度以后,则降雨强度对侵蚀过程起主导作用.     

基于降雨时空变化的山洪预警临界雨量

为提高山洪灾害预警精度,以彭坊小流域为例,基于概率分布等控制条件生成随机雨型,探究不同前期影响雨量下随机雨型对山洪预警临界雨量的影响,进一步分析降雨空间分布对山洪预警临界雨量的影响。结果表明：在雨峰位置偏后、雨峰峰值较大的雨型集下,临界雨量波动较大,有较高的不确定性;雨型对临界雨量的影响小于前期影响雨量对临界雨量的影响,在前期土壤较干燥时,雨峰位置系数较小,临界雨量值相对较大,雨型峰值倍比较大时,临界雨量值相对较小,更容易致灾;在降雨空间分布上,当降雨集中在下游时,临界雨量值最小,越容易达到警戒流量,但降雨空间分布对临界雨量的影响小于前期影响雨量的影响,且这种影响会随前期影响雨量的增加而不断减小。     

坡面各侵蚀分带的侵蚀特征对降雨雨型的响应

以不同侵蚀带的径流小区为研究对象,统计试验地附近土壤侵蚀观测站6年降雨、径流泥沙观测资料,对浅沟坡面不同侵蚀带侵蚀产沙对降雨雨型的响应,结果表明:随着降雨强度的提高,不同土壤侵蚀分带的径流量均呈增加趋势,且短历时、高强度暴雨在片蚀带、细沟侵蚀带和浅沟侵蚀带的径流量与土壤侵蚀量均最大;不同侵蚀分带径流产沙量呈显著的线性关系;随着降雨强度的增加,浅沟侵蚀带径流产沙量逐渐增大,不同降雨强度下,片蚀带径流产沙量均较小,表明发生坡面侵蚀的主要原因是由于沟蚀的径流产生引起的。在不同降雨雨型下的线性函数方程中,均以A1降雨雨型下三个侵蚀分带回归方程的斜率最大,且土壤侵蚀量与降雨强度之间呈显著的正相关关系。     

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。     

降雨条件下不同土壤类型的坡面径流侵蚀产沙试验研究

利用人工模拟降雨试验,研究我国最具代表的4种侵蚀性土壤,即红壤、紫色土、黑土和黄土,降雨雨强和坡度对坡面径流侵蚀产沙的影响以及坡面径流与侵蚀产沙的相关性,结果表明,4种土壤的坡面平均产沙强度均随降雨雨强和坡度的增大而增大,其抗侵蚀能力大小依次为紫色土、红壤、黑土和黄土;对人工模拟降雨试验坡面平均产沙强度进行二因素方差分析,计算所得的P值均小于0.05,说明降雨雨强和坡度对坡面侵蚀产沙强度的影响显著;分析4种土壤坡面侵蚀产沙与径流的关系,得出坡面产沙强度随径流强度的增大而增大,且两者之间存在较好的幂函数关系。     

典型红壤区输变电工程堆积体边坡细沟侵蚀特征

为科学治理典型红壤区输变电工程堆积体水土流失问题,采用室内人工模拟降雨试验,设计了雨强(2、2.5、3 mm/min)和坡度(10°、15°)2个处理方式,研究了红壤堆积体坡面土壤侵蚀过程,分析了雨强、坡度、侵蚀产沙特征以及细沟形态特征参数(密度、割裂度、复杂度和宽深比)之间的关系。结果表明：不同雨强红壤堆积体坡面产流量随降雨历时的增加而增大,入渗率和输沙量随降雨历时的增加呈减小趋势;细沟密度、细沟割裂度、细沟复杂度和细沟宽深比分别为0.77～1.35 m/m²、0.04～0.08、0.93～1.40、1.01～2.39;细沟宽深比随着雨强和坡度的增大而减小,细沟密度、割裂度以及复杂度的变化与之相反。细沟形态特性指标与坡面侵蚀速率之间的相关性排序为：细沟复杂度>细沟割裂度>细沟密度>细沟宽深比。研究成果可为典型红壤区输变电工程水土流失防治提供技术参数和依据。     

江西省北部燕沟小流域降雨侵蚀力研究

降雨侵蚀力是通用土壤流失方程中的一个重要指标,不同区域降雨侵蚀力的差别是导致区域间水土流失特征差别的重要原因之一,因而降雨侵蚀力的研究是水土流失规律研究的一个基本问题.采用气象站及标准径流小区观测方法,对江西省北部燕沟小流域降雨侵蚀力及侵蚀性雨量标准进行了研究.结果表明:通过Spss软件用10种模型拟合4个最大时段雨强(10、30、45、60 min最大雨强即I 10、I 30、I 45、I 60)与土壤流失量的相关关系,结合残差图分析,认为I 30、I 45、I 60与土壤流失量均有很好的相关性,而I 30是计算降雨侵蚀力的最适时段雨强,所选10种模型拟合结果不能证明土壤流失量与I 10之间有相关关系.试验地裸露小区侵蚀性雨量标准为14.0 mm,相应雨强标准分别为0.775 mm/h,大雨强降雨是引起侵蚀的主要降雨.大于该雨量标准的降雨量占全年总降雨量的百分比为65%.侵蚀性降雨雨量月分布与总降雨量月分布趋势相近.     

不同降雨类型的岫岩县石庙子镇砂下小流域临界雨量研究

文章根据小流域雨峰位置出现时间的不同将降雨过程进行相应类别的划分,然后对小流域常见的各典型雨型及其对临界雨量的影响进行定性分析;针对各典型雨型的时程分配利用PilgrimCordery定量法确定,对相应的临界雨量采用试算法计算,最后以岫岩县石庙子镇砂下小流域近期发生的成灾洪水资料为依据,对不同降雨类型下小流域临界雨量的影响利用临界雨量偏离度指标作进一步验证分析。研究表明:设计雨型为雨峰偏后式雨型,从而无法完全反映石庙子镇砂下小流域的降雨类型;为提升山洪实时预警的精准度,所采取的临界雨量应与实时雨型相对应。     

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...     

基于聚类分析的重庆市侵蚀性降雨特征研究

基于重庆市32个国家气象站点的2009-2018年逐分钟降雨观测数据,开展侵蚀性降雨的雨量、历时、雨强及降雨侵蚀力特征值分析,探讨研究区侵蚀性降雨时空分布特征及雨情特点。结果表明：研究区多年平均侵蚀性降雨量、历时、雨强及发生次数分别占多年平均降雨量、历时、雨强及发生次数的75%、44%、55%和18%;侵蚀性降雨年内主要集中于5-9月,雨量、历时的年内分布呈双峰变化,雨强、发生次数和降雨侵蚀力年内变化则呈单峰特征;降雨侵蚀力年际变化幅度为-22%~27%。侵蚀性降雨各特征值在空间上表现出明显的区域差异性,主成分聚类分析方法将研究区划分为轻度、中度和重度3类降雨侵蚀区;研究区雨情基于K均值聚类分为3类,类Ⅰ为区域主要雨型,类Ⅲ为降雨侵蚀力最剧烈的雨型,类Ⅱ的雨量、雨强、历时以及降雨侵蚀力则介于类Ⅰ、类Ⅲ之间。     

黄土陡坡细沟侵蚀动态发育过程及其发生临界动力条件试验研究

研究细沟动态发育过程及其发生的临界动力条件是认识细沟发生和了解土壤侵蚀水动力过程的重要基础.本研究采用室内人工模拟间歇性降雨试验,对20°黄土陡坡细沟侵蚀动态发育、产流产沙过程及侵蚀发生的临界条件进行了研究.结果表明:(1)细沟侵蚀过程为溅蚀-跌坑-侵蚀穴-断续细沟-连续细沟,到第10场降雨结束,细沟侵蚀面积达68.32％,较发育初期增加了6.7倍,最长沟长、沟宽、沟深增加了9.8倍、5倍和3.3倍;(2)随降雨历时增加,各场降雨地表产流量前期迅速增加,随后达到稳定;含沙量变化为前期迅速增加,随后逐渐稳定并略有增加;(3)径流动能、水流功率与输沙率间均呈线性关系,径流动能更能准确揭示坡面土壤分离过程.实验条件下,黄土坡面土壤剥蚀的临界径流动能为0.013J,临界单位水流功率为0.003m/s;细沟侵蚀的临界径流动能为0.045J,临界单位水流功率为0.004m/s.     

基于降雨时空不确定性的山洪灾害三级预警模式

为提高山洪灾害预警精度,以栾川流域为例,根据基尼系数和峰值雨强位置系数,概化包括偏前均匀型、偏后集中型等9种特征雨型,并通过总雨量重现期和峰值雨强条件概率,确定各种雨型的峰量关系,设置降雨重心从上游到下游偏移的5种降雨空间分布情景。在此基础上,探讨降雨时空分布不确定性对临界雨量的影响,建立临界雨量数据集,构建三级临界雨量预警模式,并通过4场雨洪资料对该预警模式进行检验。结果表明：当前期影响雨量为0.2W_m(W_m为流域最大蓄水量)、降雨重心在中游时,偏前均匀雨型比偏后均匀雨型24 h临界雨量大17.52%～23.87%,偏后均匀雨型和偏后集中雨型的临界雨量范围相差5.19%～6.53%;前期影响雨量为0.5W_m时,情景1(降雨重心在上游)对应的12 h临界雨量比情景5(降雨重心在下游)大31.61%～48.94%,流域降雨时空分布对山洪灾害预警影响显著。因此,所构建的考虑降雨时空不确定性的三级预警模式运行结果合理可靠,可为其他中小流域的山洪预警提供技术参考。     

基于雨型分析的小流域山洪灾害临界雨量计算

山洪灾害对人们的生命财产安全造成极大的危害。雨型是影响水文过程的重要因素,雨型的不确定性将影响临界雨量计算的准确性,给山洪灾害的预警预报带来很大的挑战。基于此,采用Copula函数,以雨型特征参数总雨量和峰值雨强为控制条件,提出了概率雨型设计方法,并通过HEC-HMS水文模型模拟降雨—径流过程,采用试算法计算多情景模式的临界雨量阈值空间。陕西罗敷堡小流域实例计算结果表明:概率雨型设计方法合理且简单实用;HEC-HMS模型对小流域山洪灾害具有较好的模拟效果;前期影响雨量和雨型对临界雨量均有影响,不同条件下二者影响程度不同。     

不同沙源条件下地区前期降雨与小流域产沙关系的对比研究

为认识在不同沙源条件下前期降雨对小流域产沙的贡献和作用，本文利用不同沙源条件下两个典型小流域(山西砖窑沟流域和云南蒋家沟流域)以及一组篱笆减少侵蚀试验的降雨和产沙资料，选取产期降雨、过程降雨、产沙历时以及雨强因子，运用主成分分析法，进行对比研究，并分析了其机理。结果表明，在符合主成分选取条件下，对砖窑沟渐变型产沙，前期降雨仅是第二主成分的主要贡献者，与降雨性质相比，起次要作用；但对蒋家沟突变型产沙，前期降雨是第一主成分的主要贡献者之一，起首要作用。     

坡沟系统侵蚀产沙及其耦合关系研究

利用变坡度坡沟系统模型和人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下的坡沟系统产流产沙过程,揭示了坡面沟道侵蚀产沙耦合特征。结果表明:坡沟系统累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着降雨时间的增大而增大。梁峁坡面来水径流量与沟坡净侵蚀量之间呈幂函数关系,梁峁坡面来水含沙量与沟坡净侵蚀量之间呈反线性相关。从水力学角度对坡沟系统单位水流功率与单宽输沙率的关系进行了分析,得出试验条件下的临界单位水流功率值为0.0043m/s,输沙率随单位水流功率的增大而增大。     

紫色土坡面壤中流形成与坡面侵蚀产沙关系试验研究

 采用人工模拟降雨法,在长5.0 m、宽1.5 m、6个不同坡度（10°,15°,20°,25°,30°,35°）的径流小区上,通过3个不同降雨强度（1.0,1.5,1.8 mm/min）,对紫色土坡面产流形式及侵蚀产沙关系进行了模拟试验研究。结果表明：紫色土坡面总径流主要由地表径流和壤中流两种形式组成,地表径流和壤中流在总降雨量中的比例随雨强和坡度的不同而发生变化,在相同坡度情况下,壤中流占总降雨量的比例随雨强的减小而增大,在雨强相似的条件下,壤中流占总降雨量的比例随坡度的增大而增大。普遍存在的壤中流在土壤侵蚀尤其是重力侵蚀中起到了相当重要的促发作用,甚至由壤中流促发的侵蚀量要远远高于片蚀、沟蚀等坡面侵蚀形式,这与以往研究表明的长江流域坡面侵蚀以面蚀为主的结论有所不同。