黄土区坡地降雨入渗产流过程中的滞后效应

利用黄土高原沟壑区典型小流域坡地天然降雨入渗-产流的实测资料分别对考虑滞后效应与不考虑滞后效应的情况进行了模拟研究,结果表明:在降雨入渗-产流过程中,滞后效应加快入渗速率,减少径流量;滞后模型使土壤含水量、产流过程更加接近实测值.由此可见,土壤水滞后效应对土壤含水量、入渗速率、产流过程及产流量都有相当大的影响,因此在水量转化研究工作中考虑滞后效应的影响是必要的.     

平原区降雨产流试验与机理研究

本文通过人工模拟降雨试验，研究了地面坡度小于3‰的平原区农田水文特征、降雨产流特征、稳定降雨条件下径流系数的变化规律、天然降雨－产流规律等，结果表明：农作物的水文作用是作物冠层对降雨进行了再分配；下垫面积水时刻与土壤剖面平均含水量的饱和度、降雨强度呈乘幂的函数关系；当土壤剖面平均含水量的饱和度小于等于0．70和大于0．70时，径流系数与时间的函数关系分别为高次多项式和自然对数；天然降雨一产流一般多发生在7、8月份，场（次）降雨量一般大于20mm，降雨极值强度与径流系数呈线性关系。     

陕北风沙区含砾石工程堆积体坡面产流产沙试验

采用室内人工模拟降雨方法,研究了陕北风沙区含砾石工程堆积体边坡的产流产沙过程。结果表明:①砾石存在改变了坡面入渗速率,径流系数受入渗速率的影响,随砾石含量的增加先线性递减后线性递增,并在10%砾石含量处存在阈值;径流系数随降雨强度的增加线性递增。②含砾石堆积体坡面流速较纯土堆积体降低,且随雨强增大,砾石延缓径流流动的作用越显著;雨强对径流流速的影响随砾石含量增加持续减弱。③土壤剥蚀率在产流24~33 min后显著增加,砾石主要对显著增加后的平均剥蚀率产生影响。④雨强1.0 mm/min时,砾石存在促进降雨侵蚀,产沙量增大;雨强大于1.0 mm/min时,砾石具有显著的减沙效应。     

砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程

紫色土中砾石分布广泛,地表常为砾石覆盖,砾石覆盖对土壤水文过程有着重要影响。试验小区(2 m×1 m)为坡度23°的坡耕地, 试验降雨强度为(53.9±2.8)mm/h、 (90.8±6.1)mm/h和(134.3±14.9)mm/h, 砾石覆盖度为0%,11%,20%,33%和42%。通过原位人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下砾石覆盖对降雨入渗、地表产流及壤中流产流的影响。结果表明:砾石覆盖对入渗过程影响显著,稳定入渗速率及稳定入渗系数与砾石覆盖度呈正相关关系,3种降雨强度下,稳定入渗系数分别为47.70%~86.59%,30.61%~82.83%、17.76%~77.44%,42%砾石覆盖度小区的稳定入渗速率分别是裸露小区的1.95~4.94倍;地表砾石覆盖延迟地表产流、减少地表径流量,地表产流时间随着砾石覆盖度的提高呈增加趋势,地表径流速率及地表径流系数随砾石覆盖度的增加而降低,相对地表径流系数与地表砾石覆盖度呈指数负相关关系;地表砾石覆盖促进壤中流的发生、增加壤中流量,壤中流产流时间随着砾石覆盖度的增加逐渐缩短,壤中流径流速率及壤中流径流系数随地表砾石覆盖度的增加而提高,相对壤中流径流系数与地表砾石覆盖度呈指数正相关关系。     

黄河数字流域模型的建立和应用

黄河数字流域模型是“数字黄河”的重要组成部分,在数字流域模型框架下,以坡面为基本单元,建立了包括植被截留、融雪、地表蓄滞、表层土蓄滞、中层土蓄滞和深层土蓄滞共6层的产流模型.模型在垂向上考虑3层出流:地表超渗产流、表层土侧向渗流和中层土侧向渗流,既反映当前的降水过程,又体现前期降水过程和土壤前期含水量的影响,比较适合黄河流域的产流特点.在坡面产流的基础上,还给出了坡面单元侵蚀产沙公式,用于建立流域产沙数学模型.应用建立的模型,给出了3个计算实例:黄河全流域水量计算、小花区间汛期洪水模拟和多沙粗沙区产沙计算.实践表明:建立的模型基本具备了在黄河全流域进行降雨-径流模拟、侵蚀产沙计算的功能,辅以降雨预报模块则可进行洪水预报.     

大孔隙对径流过程影响的研究进展

大孔隙流是土壤优先流的一种,在植被发育区土壤大孔隙比较常见,对径流形成过程产生重要的影响。介绍了大孔隙流的研究方法,系统总结了近50年植被发育区土壤大孔隙对降雨入渗过程及径流形成过程的影响:从水分入渗的角度,大孔隙可以加快降雨入渗过程;由土壤大孔隙流与山坡产流的关系,大孔隙促进了边坡雨水的运动进而引起了快速产流;世界范围内的研究都表明土壤管流或大孔隙流是径流组分重要贡献者。     

以霍顿曲线为基础的流域产流计算模型

流域产流研究的一个重要课题,就是寻求利用入渗能力曲线计算流域产流量的计算方法。众所周知,流域的实际入渗曲线是受控于入渗能力曲线、雨强和前期土壤含水量的。本文以霍顿(Horton)曲线为基础,经推导,建立了一个将上述因素有机地联系起来的流域产流计算模型。     

长江三峡花岗岩林地坡面降雨渗流与水土流失关系研究

在大量的野外观测试验的基础上,根据土壤水分的形态和能态,对长江三峡花岗岩林地坡面降雨渗流机制进行了分析研究,研究发现在试验区当降雨强度大于表层土壤入渗率,即地表产生积水的情况下,长江三峡花岗岩林地坡面优先流在土壤含水量未达到最大毛管持水量时开始产流,早于土壤渗流产流的时间;在降雨强度小于表层土壤入渗率,即地表不产生积水的情况下,土壤渗流产流早于优先流产流;从壤中流产流过程来看,在地表不产生积水的条件下,土壤渗流先于优先流产生;在地表产生积水而土壤水分含量未达到最大毛管持水量的条件下,优先流先于土壤渗流产生。在两种情况下,优先流的峰值都先于土壤渗流。     

峰丛洼地坡面流径流过程——以丫吉试验场为例

选取裸露型和土壤植被覆盖型两种峰丛洼地地貌结构.通过降雨量、pH、电导率(Ec)、CO2分压和流量的过程线来分析降雨中详细的产流过程.裸露性坡地因包气带结构简单仅存在局部的超渗产流和表层岩溶带的回归流.水化学性质较稳定;有土壤植被覆盖的坡地的产流过程可以分为3个阶段:补偿阶段(可出现超渗产流)、饱和径流阶段、稳定阶段,补偿阶段仅在降雨强度大于入渗强度时可产生坡面流,饱和径流阶段坡面流流量与降雨强度成正比.稳定阶段坡面流流量趋于稳定,不随雨强的变化而变化,坡面流的水化学性质变化剧烈,pH、电导率(Ec)、CO2分压基本上同步变化,水漫(T)在降雨前期变化规律不明显.后期与pH、Ec等呈相反变化.     

自然降雨事件下红壤坡地壤中流产流过程特征分析

为研究红壤坡地的壤中流输出特征,采用野外大型土壤入渗装置,对红壤坡面草地和裸地不同深度(30 cm和60 cm)壤中流输出开展自然降雨-产流过程的观测试验。结果表明:① 壤中流产流过程随着土层的加深,滞后时间和拖尾时间均延长,与降雨过程相适性减弱。草地壤中流产流量、峰值、产流历时均大于裸地,其差异在突发型降雨下表现更为明显;② 壤中流产流量和降雨量呈显著性正相关(R2为0.6942~0.8770),但与雨强关系不明显。突发型和峰值型降雨壤中流产流过程洪峰升涨迅速,而均匀型壤中流产流过程平缓。突发型、峰值型和均匀型降雨裸地壤中流产流量与地表径流量相比分别为13.82%、91.73%和159.04%,草地则为118.95%、312.11%和368.33%;③ 土壤前期含水量增加,壤中流产流滞后时间缩短,峰值和流量增大。     

Deforestation effects on soil properties,runoff and erosion in northern Iran

Improper cultivation practices are seriously degrading native forest ecosystems in northern Iran. Hence, the objectives of this study are to compare selected soil properties, runoff amount, erosion and also introducing equations to predict the runoff and soil erosion in three types of land use (forest, garden and cultivated). A simple portable rainfall simulator has been set in 90 random points to create experimental rainfall. Result showed that changes in natural forest led to a significant clay, organic carbon of soil, total N and antecedent soil moisture decrease and sand, pH and bulk density increasing. The rainfall runoff experiments indicate that runoff content of the natural forest soils was 35 % and respectively 38.45 % higher than the garden and cultivated land soils .This result could be related to the higher antecedent soil moisture in natural forest compared with the other land uses. According to the obtained results, garden soil erosion and cultivated land was 1.351 and respectively 1.587 times higher than the forest. The correlation matrix revealed that runoff content was positively correlated with antecedent soil moisture, bulk density and silt, and negatively with soil organic carbon, total N and sand. Also, soil organic carbon, total N, clay and sand showed negative correlation with soil erosion, while there is a positive correlation between erosion and silt, bulk density, pH and antecedent soil moisture. The results of multiple linear regression showed that runoff in forest, garden and cultivated land can be predicted with correlation coefficient of 0.637, 0.547 and 0.624, respectively. The correlation coefficients of 0.798, 0.628 and 0.560 in equations indicate their moderate potential in simulating soil erosion.     

SCS模型中城市地区土壤AMC确定方法的改进及应用研究

估算径流曲线值(CN)是采用SCS模型模拟径流的重要过程,而土壤前期湿润程度(AMC)是估算径流曲线值的主要影响因素,一般采用某次降雨前5d的降雨量来确定土壤AMC。以松花江流域大中小三种规模城市——哈尔滨市、长春市、佳木斯市、吉林市、梅河口市和勃利县城区为例,分析了土壤AMC计算方法的适用范围及存在的问题,并提出了改进方法。研究表明,原方法适合于城区绿地,但不适合于城区其他土地利用类型。对土壤AMC的计算方法进行改进,以某次降雨前5d降雨量与气象蒸发量差值确定其他土地利用类型的土壤AMC,经过对比分析发现,在除绿地外的其他土地利用类型中,改进方法优于原有方法。     

Effects of antecedent soil moisture on losses of rare earth elements and phosphorus in runoff

The effects of antecedent soil moisture on losses of rare earth elements (REEs) and phosphorus (P) in runoff were evaluated through a simulated rainfall experiment at the rate of 83?mm?h^?1. The results revealed that antecedent moisture was a significant factor affecting the amounts of REE and P losses. It was observed that most REEs and P transported with sediments in the runoff. There was a significant correlation between the total amounts of REE losses and those of P losses in the runoff. The optimal antecedent moisture for minimization of losses for REEs ranged from 10.19 to 11.17% and it was 10.91% for P.     

黄土丘陵沟壑区坡面尺度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

为研究黄土丘陵沟壑区多种因素对撂荒草地入渗特征的影响,采用野外自然降雨观测法,研究不同降雨特征（降雨量、平均雨强、降雨历时和最大30 min雨强（I₃₀））、土壤前期含水量、坡长（10 m、20 m、30 m、40 m和50 m）和植被盖度条件下土壤入渗特征差异,通过灰色关联度法判断影响撂荒草地入渗特征的主导因子。结果表明：①入渗量随降雨量、降雨历时和I₃₀增加而增大（R²>0.55,P<0.01）;入渗补给系数随降雨量、I₃₀和平均雨强增大而减小（R²>0.12,P<0.05）;平均入渗率随降雨强度、I₃₀增加而递增（R²>0.53,P<0.01）。②入渗量和平均入渗率随前期含水量增加而减少,入渗补给系数随之增加而增大（R²>0.13,P<0.05）。③入渗量、入渗补给系数和平均入渗率总体随坡长增加而增大（R²>0.56,P<0.01）,但在坡长30 m和40 m之间存在临界坡长。④在入渗效率较高的情况下,植被对土壤入渗的影响并不显著,降雨特征和坡长成为主导因子。     

降雨入渗下非饱和坡残积土湿润锋运移试验研究

我国东南沿海地区丘陵山地发育，降雨入渗到土体中的水分是导致滑坡灾害频发的关键因素。以福建省泉州市德化县地质灾害点为主要研究对象，考察典型地质灾害点具有代表性的坡积土与花岗岩残积土的渗透特性。利用自行研制的土体入渗装置，分别在降雨强度为15、30、60 mm/h条件下，考虑降雨历时一致（180 min）与过程降雨量一致（90 mm）两种工况开展一维土柱入渗试验，得到相应的各个土柱含水率、湿润锋、入渗率随时间变化的响应规律。试验结果表明：（1）土体渗透系数越大、雨强越大，土体湿润蔓延距离越深、速度越快。（2）降雨入渗过程中，土体含水率由浅及深逐次对降雨进行响应。不同雨强对含水率的影响主要体现在第一次响应时间以及饱和速度上，雨强越大，响应时间越快，饱和速度也越快。（3）提出可表征在不同雨强作用下，德化县马坪滑坡与崩土岭滑坡的湿润锋入渗公式。该研究成果对台风暴雨型滑坡的孕灾机制分析以及精细化监测预警具有重要的理论及实际意义。     

Numerical model of antecedent rainfall effect on slope stability at a hillslope of weathered granitic soil formation

Modeling rainwater infiltration in slopes is vital to the analysis of slope failure induced by heavy rainfall. Although the significance of rainwater infiltration in causing landslides is widely recognized, there have been different conclusions as to the relative roles of antecedent rainfall to slope failure. In this study, a numerical model was developed to estimate the effect of antecedent rainfall on an unsaturated slope, the formation of a saturated zone, and the change in slope stability under weak rainfall and rainstorm event. Results showed that under a rainstorm event, slope failure occurred at comparably similar time although the antecedent rainfall drainage periods prior to the major rainfall were different (i.e., 24-h, 48-h and 96-h). However, under weak rainfall condition, differences of the antecedent rainfall drainage periods have significant effect on development of pore-water pressure. A higher initial soil moisture conditions caused faster increase in pore water pressure and thus decreasing the safety factor of the slope eventually increasing likelihood of slope failure.     

考虑前期降雨的边坡稳定降雨阈值曲面

在经验性降雨阈值和边坡稳定性数值分析两大类研究的基础上,考虑了降雨入渗和非饱和土性质,使用岩土有限元软件Plaxis高级模式对滑坡预警降雨阈值进行研究分析。算例表明,将降雨量在降雨时间范围内分成2段后,得到的边坡稳定性变化与实际情况更接近,重新定义前期降雨为在给定初始条件下引起边坡最危险滑裂面到坡面之间土体吸力分布发生变化的降雨。前期降雨时长与潜在滑裂面最大深度成正比,与饱和渗透系数成反比。将前期降雨量引入到降雨强度—持时曲线中作为第三个空间坐标轴,将该曲线拓展为前期降雨量-降雨强度-持时曲面。通过一基岩型边坡算例展示了阈值曲面的建立方法,并通过与模型试验数据的对比验证了其可靠性。     

上方来水对坡面降雨入渗及土壤水分再分布的影响

在防止土壤侵蚀和雨后抑制蒸发的条件下,利用室内模拟降雨试验,研究了上方来水对坡面降雨入渗、湿润锋运移以及土壤水分再分布的影响。结果表明:对于初始含水量很低的土壤,与上方无来水相比,上方来水时降雨入渗过程中入渗率有一个上升的阶段,但平均入渗率反而降低;在降雨入渗初期,由于上方来水的沿程入渗,上方来水对坡面湿润锋运移的影响较大,但随后几乎没有影响,湿润锋的运移主要与基质势梯度有关;土壤水分沿坡面呈"波浪形"分布是坡面径流的波动性、上方来水(径流)的沿程入渗以及侧向沿坡向下流等综合作用的结果。     

海绵城市雨水径流集中入渗对土壤和地下水影响研究进展

中国海绵城市研究的热点主要有海绵城市的内涵、目标、内容和效果,而对可能产生的不利影响缺乏研究。近几年雨水径流集中入渗类设施在中国海绵城市建设中得到广泛应用,但对集中入渗的影响及风险研究严重滞后,不利于中国海绵城市建设的健康发展。因此,从海绵城市雨水径流集中入渗与传统入渗的差异切入,分别从集中入渗对土壤污染与地下水水量水质的影响、集中入渗对土壤与地下水影响的数值模拟、集中入渗污染物的累积效应与风险评价研究等方面,综合评述国内外的研究进展与不足。建议今后从以下4个方面开展进一步研究:①土壤污染风险及其影响因素;②雨水径流集中入渗的土壤污染累积效应;③地下水污染风险预测;④降低地下水污染风险的措施。