植被影响下坡面侵蚀临界水流能量试验研究

坡面侵蚀临界水流能量是反映土壤抗蚀作用强弱的重要特征值.利用人工模拟降雨试验,定量研究了在45mm/h、87 mm/h和127 mm/h降雨强度下、20°陡坡面裸地、草地和灌木地的坡面侵蚀临界水流能量.结果表明,不同植被条件下坡面输沙率随径流切应力、单位水流功率和断面比能的增大而增大,有良好的响应关系.裸地、草地和灌木...     

不同植被类型的坡面径流侵蚀产沙试验研究

利用野外模拟降雨试验,研究不同植被类型的侵蚀产沙、径流、地表糙度和入渗规律以及相关关系。结果表明,植被对水沙调控作用大小依次为:植物根系,整个坡面植被,坡面下部植被和坡面上部植被。林草地具有蓄水减沙的水土保持措施功效,该机制通过植物根系对水沙的调控作用实现;草地具有直接拦沙的水土保持功效,该机制通过地表植被对水沙的调控作用体现。累计产沙量随累计径流量呈幂函数递增趋势,具有很好的相关性;坡面径流产沙过程分为发育期、活跃期和稳定期3个阶段。植被覆盖度越大,地表糙度变化越小。     

长江源区不同植被覆盖下产流产沙效应初步研究

在长江源区北麓河支流左冒西孔曲流域建立了不同植被覆盖下的天然径流观测场,观测天然降水和人工模拟降水在相同坡度不同植被覆盖下降水的产流产沙效应.结果表明:在典型高寒草甸草地30°坡面上,相同降水条件下,30%覆盖度的场地的地表径流产出量明显大于覆盖度92%和68%两个场地,同时产沙量也显著高于两个高盖度场地的,平均单次降水形成的泥沙量是后两种情形的2~4倍,由此造成地表侵蚀量平均为后两种情形的3~10倍;但在相同降水条件下,92%高盖度场地产生的径流量比68%盖度场地产生的径流量大,产沙量刚好相反.不同降水形态对于下垫面产流产沙过程也具有明显影响,无论下垫面状况如何,在几种降水形态中,降雪融水的产流量最大,产沙量最小.人工模拟的结果表明,对于覆盖度<68%的中、强度退化草地,次降水量在3.5 mm时,就形成了较为明显的径流和产沙效应.当次降雨量达到7.2 mm,降雨持续时间30 min,覆盖度为30%、68%和92%的25 m²场地分别形成2885 mL、2450 mL和1030 mL的径流量;覆盖度<30%的退化草地泥沙含量明显高于高覆盖度的,相同降水形成的平均泥沙含明显高于高覆盖度的, 相同降水形成的平均泥沙含量高达2~7倍.     

长江黄河源区覆被变化下降水的产流产沙效应研究

在长江和黄河源区的左冒西孔曲和纳通河、垮热洼尔玛河流域的不同植被覆盖下建立了天然径流观测场,利用观测天然降水和人工模拟降水,初步研究了江河源区不同植被覆盖下降水的产流产沙效应。结果表明,长江黄河源区的3个小流域内,在典型高寒草甸草地30°坡面上,退化较为严重的30%覆盖度以下的场地内,地表径流产出量明显大于覆盖度较好的95%、92%和68%场地,同时产沙量显著高于这3个场地,其平均单次降水形成的泥沙量是这三种盖度的2~4倍,由此造成地表侵蚀量平均为这3种盖度的3~10倍。通过对几次典型的降水形态的分析,在长江黄河源区高寒草甸草地的坡面上,不但降水量影响着产流产沙量,降水形态也影响着产流产沙量,降雨仍是引起水土流失的主要降水形态,在降水量相同的条件下,降雪可比降雨和雨加雪增加产流量2.1~3.5倍,可比降雨减少泥沙侵蚀45.4%~80.3%。人工模拟结果表明:对于覆盖度为5%和30%的强度退化草地,次降水量在3.5 mm时,就形成了较为明显的径流和产沙效应,当次降雨量达到7 mm,降雨持续时间15 min,5 m2场地内就会形成1 400 mL以上的径流量;在地表土壤含水量(FDR测0~5 cm平均含水量为36.7%)较高的情况下,次降雨量达4mm,降雨强度超过0.4 mm/min,在5 m2场地内历时5 min就能形成1 060 mL的地表径流,每100 mL径流中含泥沙高达1.6 g。这一试验结果在长江黄河源区3个不同的河源小流域是一致的。     

不同坡度植被边坡降雨入渗和径流侵蚀规律的试验研究

为研究不同坡度植被边坡降雨入渗和径流侵蚀的规律,开展大型边坡模型降雨试验,对边坡含水率、水土流失等参数进行实时监测,量化分析坡度对边坡雨水入渗、坡面径流和土壤侵蚀的影响。结果表明：在持时为4 h、降雨强度为60 mm/h持续降雨条件下,1:2、1:1.75、1:1.5裸土边坡累计雨水入渗量分别为同坡度植被边坡的70.6%、80.4%、92.3%,植被覆盖会加快雨水入渗速率,增大边坡累计雨水入渗量。植被边坡坡度越小,雨水入渗速率越快,累计雨水入渗量越大,而裸土边坡则相反。植被覆盖可有效降低坡面径流速率、减少累积径流量,边坡坡度越小,减流效果越显著,1:2、1:1.75、1:1.5植被边坡对比同坡度裸土边坡分别减少径流量53.11%、32.56%、17.73%。植被边坡水土流失含泥沙量均不足0.1%,植被可有效抑制坡面土壤侵蚀,而裸土边坡坡度越大坡面土壤侵蚀越严重,1:2、1:1.75、1:1.5裸土边坡单位面积侵蚀土壤质量分别为3.623、5.710、11.295 kg/m²,水土流失含泥沙量分别为3.06%、4.29%、7.34%。根据试验结果拟合得到裸土边坡产泥...     

坡沟系统坡面径流流态及水力学参数特征研究

利用变坡度坡沟系统概化模型和人工模拟降雨试验,定量分析了在60、90和130mm/h降雨强度下坡沟系统坡面径流流态及水力学参数特征。结果表明,上方汇水和降雨强度的增大使坡沟系统水流雷诺数和弗劳德数呈明显增大,水流流态由缓流演变为急流,坡面水流阻力系数明显减小,从而使坡沟侵蚀产沙量显著增大。     

降雨侵蚀力对露天矿排土场边坡水土流失的影响研究

降雨侵蚀力反应降雨引起的土壤侵蚀潜在能力,是水土保持研究中的主要指标之一。以露天煤矿排土场不同覆盖类型边坡为研究对象,分析了日降雨侵蚀力与边坡侵蚀的关系。结果表明,从控制坡面径流深来看,降雨侵蚀力的作用受到了乔灌草和灌草配置的显著影响,其产生的坡面径流仅为对照区的42.9%和52.6%。从控制坡面侵蚀量来看,三种植物配置措施都具有显著减少功能,土壤侵蚀量仅为对照区的2.3%~6.7%。降雨侵蚀力与边坡水土流失量存在线性正相关,其中坡面径流深对降雨侵蚀力的响应快于土壤侵蚀量。     

黄土高原草地植被对土壤侵蚀影响研究进展

黄土高原土壤侵蚀严重,草地植被具有良好的水土保持作用,能很好地改善其生态环境。学者们对草地植被盖度与土壤侵蚀的关系、草地植被对水力学参数的影响、草地植被对土壤性质的影响、草地植被减水减沙效应以及草地坡面土壤侵蚀过程等几个方面开展了大量研究;但是关于草地覆盖诱发的侵蚀作用研究较少。将前人的研究成果进行归纳总结,并补充关于草地诱发侵蚀的一些研究结果,继而指出目前研究中存在的问题以及今后需要加强的方面,旨在减少黄土高原土壤侵蚀。     

黄土丘陵区堆积体边坡对上方来水的侵蚀响应

为探明上方来水类型对工程堆积体高陡边坡下部冲刷侵蚀的定量影响,以神府高速公路沿线典型工程堆积体陡坡坡面(36°)为例,设计4种上方来水类型,通过野外放水冲刷试验分析了不同上方来水类型下堆积体坡面的径流侵蚀输沙过程.结果表明:①上方来水类型对堆积体坡面下部的产流影响较小,却干扰了坡面侵蚀产沙过程,造成土壤流失量增加;②径流深、单宽径流侵蚀力和水流功率均可以较好地预测堆积体边坡下部输沙模数的变化;③单宽径流侵蚀功率可以作为表征坡面尺度次径流事件中径流侵蚀力变化的指标.研究结果可为工程堆积体土壤侵蚀强度评价、侵蚀模型建立及新增水土流失防治提供参考.     

流域产沙模型的研究

由坡面泥沙颗粒的动力平衡条件,推导出坡面上细颗粒泥沙的起动切应力,由坡面径流的剩余输沙能力,导得坡面径流的侵蚀量计算公式,与文献[4]的雨滴溅蚀量计算公式一起,构成了概念清楚、过程明确、结构完整的流域产沙模型。产沙量取决于水流挟沙能力与可供沙量的对比关系,若水流挟沙能力小于供沙量,则产沙量等于水流挟沙能力;反之,水流将进一步冲刷表土,形成径流侵蚀,产沙量就等于供沙量与径流侵蚀量之和。据此,可计算出坡面和流域产沙量。模型在岔巴沟流域上应用,结果令人满意。     

植被措施与路面汇水对三峡库区土质道路边坡侵蚀影响

研究土质道路边坡在自然恢复、草本、草灌结合及植生带等4种不同植被恢复模式下的降雨侵蚀特征,同时将模拟降雨试验和冲刷试验相结合,研究路面汇水的介入对路堤边坡侵蚀的影响。研究结果表明,在模拟降雨试验下,草灌结合控制路堑边坡侵蚀效果最佳,产流量和产沙量显著低于其他植被模式;草本和草灌结合在路堤边坡降雨和冲刷下,都有显著的截流拦沙能力,且两种措施防护效果相当;路面来水的介入对路堤边坡侵蚀有显著促进作用,加速产流,增加产流量和产沙量。山区道路侵蚀的治理,不但要因地制宜地选择适宜的防护措施,更应该对路面产流和路面汇流进行科学合理的规划,减少其对路面及路堤的冲刷侵蚀。     

Regulation of vegetation pattern on the hydrodynamic processes of erosion on hillslope in Loess Plateau,China

As vegetation are closely related to soil erosion, hydrodynamic parameter changes under various vegetation pattern conditions can be used as an important basis for the research of the soil erosion mechanism. Through upstream water inflow experiments conducted on a loess hillslope, how the vegetation pattern influences the hydrodynamic processes of sediment transport was analyzed. The results show that the placement of a grass strip on the lower upslope can effectively reduce runoff erosion by 69%, relying on the efficiency of regulated hydrodynamic process. The effective location of grass strip for hillslope alleviating erosion is on the lower part of the upslope, mainly due to the grass strip measure used to regulate the hydrodynamic system. As a result, the underlying surface runoff resistance is increased by 5 times, runoff shear stress is decreased by more than 90%, and runoff power decreased by over 92%. The measure greatly separates the scouring energy of surface runoff that acts on the slope soil. Therefore, the use of grass strips effectively decreases the energy of runoff flowing along the slope, eliminating soil erosion to a great extent and thereby achieving a better regulation of hydrodynamic processe.     

微生物诱导矿化加固粉土坡面的径流与侵蚀特性

微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）是一种微生物矿化过程,能够胶结松散土体。将其应用于加固土体坡面提高抗降雨侵蚀能力具有潜在的发展前景。通过模拟降雨冲刷试验,对微生物诱导矿化加固前后粉土坡面的径流水动力与侵蚀特性开展研究,分析和讨论了水动力参数之间的相关性以及对土壤剥蚀率的影响规律。结果显示,加固后与加固前相比,粉土坡面径流的弗劳德数平均下降50%;在降雨前期的阻力系数平均下降66%,径流稳定后二者阻力系数接近;径流剪切力平均提高52%。径流系数与坡面入渗速率呈线性负相关（R²=0.857）,与加固层的贯入强度呈指数负相关（R²=0.824）;入渗速率与加固层的贯入强度呈二次负相关R²=0.930）;径流剪切力与坡度呈指数正相关（R²=0.964）。加固粉土坡面的剥蚀率与加固层的贯入强度呈指数负相关（R²=0.822）,与径流剪切力线性正相关（R2=0.912）,临界径流剪切力为0.5 Pa。对于坡度10~25°的粉土坡面,微生物加固能将其剥蚀率从58.2~118.4 g/m2s降至2.4~21.2 g/m2s,剥蚀率最大降幅可达95.0%。粉土坡面经微生物诱导矿化加固后,水动力参数值发生显著变化,径流特性与水动力参数、加固层特性及坡度相关,坡面的抗冲刷侵蚀性能得到有效提升。     

基于人工降雨试验的淮北地区产流产沙差异性研究

针对淮北地区水土流失问题,利用野外人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(40mm/h、60mm/h和80mm/h)和坡度(5°、10°和15°)条件下砂姜黑土和黄潮土产流产沙差异。结果表明:砂姜黑土初始产流时间长,产流总量小。坡面出现细沟时,砂姜黑土初始含沙量随时间变化有减小趋势,最终趋于稳定,而黄潮土含沙量呈波动变化;60mm/h、80mm/h雨强10°坡砂姜黑土产沙总量大于黄潮土,其他情况黄潮土产沙总量大于砂姜黑土,黄潮土土壤侵蚀严重。砂姜黑土表面细沟发育密度大,主要在坡面中下部,为相互连通的树枝状结构,而黄潮土表面细沟发育密度小,形成沟壑。两种土壤产流总量、产沙总量与坡度、雨强分别呈多元线性函数、多元幂函数关系,雨强对坡面产流产沙总量的影响大于坡度。     

坡面土壤侵蚀公式的建立及其在流域产沙计算中的应用

分析了坡面土壤颗粒的受力情况,认为坡面土壤颗粒的运动与其所受的有效切应力有关,从而推导出坡面土壤侵蚀量计算公式,建立了流域产沙模型。公式的推导具有较强的泥沙运动力学基础,反映了影响流域产沙的主要因素。模型参数少,应用方便,既可计算一次洪水产沙量,又可计算年产沙量。在陕北裴家峁流域上应用,结果令人满意。     

不同裸岩率下我国西南喀斯特山区土壤侵蚀的室内模拟

以我国西南喀斯特地区作为研究区域,通过资料查询、野外考察,设计加工满足西南喀斯特地区雨强范围的针管式人工降雨装置,针对不同坡度条件下不同裸岩率坡面土壤侵蚀进行12场室内模拟试验。结果显示:（1）径流率在180～300 s之后保持稳定,坡面径流率随着坡度的增大变化较小。（2）输沙率的变化可分为五个阶段:迅速增大、减小、增大、缓慢减小和趋于稳定;同一坡度或不同坡度条件下坡面输沙率均随裸岩率的增大而减小,这种变化量随着坡度的增大而减小,其减小量在40.2%到1%之间。（3）同一坡度或不同坡度的不同裸岩率坡面总侵蚀量均随裸岩率的增大而减小,其变化量随坡度的增大而减弱。