东北黑土漫岗区长坡面坡耕地侵蚀产沙沿程变化

Characteristics of soil erosion change along a long slope in the gentle hilly areas in black soil region in Northeast China are discussed. A simplified slope model based on seg-ments was used to analyze the runoff data and soil erosion data observed between 2003 and 2004 over 10 field plots with different slope length in Heshan Farm,Heilongjiang Province. We found that soil erosion rate over long slopes in the black soil region changed alternatively along the slope and creates alternative zones of intensive erosion and week erosion.The exact place of each zone is different for different rainfall conditions. In a year with less and mild precipitation,rill cannot happen within the top 50 m,while in a year with large and inten-sive precipitation,rill can be formed starting even at 15 m from the top of the slope.     

山前洪积扇坡面细沟侵蚀跌坑特征的试验研究

跌坑的出现是坡面侵蚀过程中的重要现象,标志着细沟侵蚀正在发育,跌坑的贯穿标志着细沟的形成。采用土槽冲刷模型试验,选取流量、坡度、冲刷时间和坡面形态作为影响跌坑发育的因子结合正交试验调查了不同试验条件下跌坑发育特征及影响因素。结果表明：影响跌坑发育的因素主次为冲刷时间、流量、坡面形态、坡度;跌坑沿坡面连续分布,深度具有波动性,沿坡向下呈现先增大后减小的趋势,最大值一般发育在坡面中部;根据跌坑的发育特征将坡面细沟侵蚀划分为片蚀、细沟雏形、细沟发育和细沟调整四个阶段;坡面细沟侵蚀跌坑深宽积与土壤侵蚀量具有较显著线性关系。研究结果对输油管线水毁及水土流失防治具有一定的参考价值。     

IMPACTS OF DIFFERENT TYPES OF LAND USE ON PROCESSES OF SOIL AND WATER LOSS OVER PURPLE SOIL SLOPELAND

ＳｌｏｐｅｌａｎｄａｍｅｌｉｏｒａｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘａｇｒｏｆｏｒｅｓｔｒｙｓｙｓｔｅｍｒａｉｓｅｄｂｙＰｒｏｆｅｓｓｏｒＨｕａｎｇＢｉｎｇｗｅｉｗａｓｍａｉｎｌｙａｉｍｅｄａｔｉｍｐｒｏｖｉｎｇｓｌｏｐｅｌａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｂｙｕｓｉｎｇｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｐｒｏｖｉｄｉｎｇｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｆｕｔｕｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉ…     

黄土坡面发育平稳的细沟流水动力学特性

由于天然降雨存在间歇性,常会出现前期降雨已经发育成型的细沟又经历了二次降雨的情况,但目前对这一条件下细沟流水动力学特性的研究还很少。本文采用室内人工模拟降雨的方法,通过间隔24 h两场不同雨强的降雨,研究黄土坡面经过第一场降雨形成比较稳定的细沟之后,在第二场较小雨强降雨过程中,细沟发育平稳时的流水动力学特性。研究结果表明:①细沟流速大小受坡长影响并不显著,相同坡度下不同坡长的细沟流平均流速差别不大;细沟流速受细沟形态影响较大,25°坡面比20°坡面细沟密度大,流速相对较小;②剪切力大小受流量和坡度共同作用;雷诺数与水流剪切力呈显著正相关关系,弗洛德数与水流剪切力则呈显著负相关关系;③随着距坡顶距离的增加,阻力系数呈增大趋势;第二次降雨强度相同,坡度大的坡面上阻力系数也较大,可见阻力系数与径流量和坡度的关系十分紧密;阻力系数与雷诺数之间呈显著正相关关系,雷诺数的增加意味着平均流速增大,水流强度增大导致细沟形态更为复杂,水流受到的阻力增大;虽然雷诺数增加同时也意味着水流深度增大,但从试验结果可见,陡坡条件下阻力系数受流速的影响较大。     

典型黄土坡面土壤侵蚀特征及径流流速空间变化试验研究

为了明确土壤性质对坡面侵蚀方式作用机制的影响,本研究采用室内模拟降雨试验,选取黄土高原典型暴雨强度,在不同坡度条件下,对两种黄土的坡面侵蚀方式、形态特征、产流产沙过程及其相应径流流速的变化规律进行了研究。结果表明,绥德土径流量明显高于安塞土,10º、15º和20º时前者的平均径流量分别比后者高出51.1%、55.5%和63.0%,且前者更易形成细沟,使得其平均含沙量和平均产沙率分别是后者的1.14~3.59倍和2.50~8.48倍。在片蚀阶段,与绥德土相比,安塞土的含沙量较高,后者的平均含沙量是前者的1.24~1.73倍,但两种土壤的含沙量和产沙规律相同,均表现为先快速增加到最大值,然后逐渐降低到相对稳定状态,该现象证明片蚀的初期阶段主要受控于径流输沙能力,后期受径流的剥蚀能力控制。在细沟侵蚀阶段,绥德土细沟发育以沟头溯源侵蚀为主,崩塌作用频繁,该侵蚀形式不仅控制着细沟形态的总体特征,也导致含沙量和产沙率均急剧增加,该阶段平均含沙量是相应片蚀阶段的3.25~4.34倍。细沟沟口下方坡面存在明显的泥沙沉积带,表明细沟集中水流的搬运能力远高于坡面漫流,细沟侵蚀主要受径流输沙能力控制。两种土壤的径流流速均表现为坡面下部高于坡面上部,径流稳定后高于径流稳定前,总体来看,绥德土和安塞土上坡和径流稳定后的平均流速分别是下坡和径流稳定前的1.4倍、1.25倍和1.75倍、1.29倍,此外细沟侵蚀或侵蚀强度与微地貌形态之间的互馈作用对径流流速也有较大影响。     

黄土坡面细沟侵蚀过程的REE示踪

利用REE示踪技术探讨了坡面细沟侵蚀的发育过程。试验结果表明：在细沟发育过程中，各坡段细沟侵蚀量呈动态变化趋势；细沟发育过程可以分为起始、发展、稳定3个阶段，在不同阶段，侵蚀方式、发育特征迥异。总的看来，在坡顶部、上部、中部、下部4个坡段上，细沟发育过程中，坡面下部的侵蚀量较大。但随着放水流量的增加，坡面上部侵蚀量的比重增加。由于溯源侵蚀，最下部坡段的相对侵蚀量从92％减少到37％，呈显著下降趋势，其它3个坡段则分别从4．7％、0．25％、2．14％增加到29％、17％和23％。试验结果还表明，REE示踪法不仅可定量测定不同坡位的侵蚀量，还可以揭示冲刷过程中各坡位相对侵蚀量的变化趋势。     

坡面侵蚀过程中细沟水流动力学参数估算探讨

细沟侵蚀是坡面侵蚀的主要方式 ,在坡面侵蚀产沙及其输移过程中占有重要的地位和作用。通过放水冲刷试验 ,测定并研究了坡面细沟中径流的水力要素特征及其相互关系。试验中坡度采用 6° ,10°,12°和 15°共 4级 ,径流流量变化控制在 40～ 5 0 0ml/s之间。结果表明 ,黄土陡坡上细沟径流的流速、过水断面宽度 ,以及径流深都能表示成径流量和坡度的函数。在确定坡面细沟流各水力要素间关系指数的基础上 ,探讨了用径流量和坡度因子估算细沟径流水力参数的方法。经用实测资料验证 ,在实验土壤及流量、坡度条件下 ,用文中提出的方法估算的细沟径流深具有一定的精度。     

黄土坡面细沟侵蚀发生的临界条件

通过玻璃水槽试验和径流冲刷试验，研究了坡面径流的流速分布和坡面细沟侵蚀发生的临界条件。研究表明：径流在坡面上并非是以均匀流形式运动，而是以滚波的形式运动的，同时本文运用能量守恒原理分析了坡面土壤侵蚀率（Dr）与径流能耗（△E）之间的关系，建立了给定土壤条件下坡面土壤侵蚀率估算模型：Dr=0.0026（In△E-2）。结果表明坡面土壤侵蚀的发生具有一定的临界能量条件，当径流能耗大于7.38（J）时坡面开始有细沟侵蚀发生。     

黑土侵蚀速率及其对土壤质量的影响

利用¹³⁷Cs示踪法,研究了东北黑土耕作土壤的流失厚度和速率,探讨了水土流失对土壤机械组成、有机质、土壤水分、容重及其N、P含量的影响。结果表明:研究区侵蚀坡面¹³⁷Cs的分布深度在0～25cm,¹³⁷Cs的活度在1246.05±85.90～1499.45±101.73Bq/m²,侵蚀厚度可达0.316～0.433mm/a,侵蚀强度3033.6～3940.3t/km²·a,已属于中度侵蚀水平。水土流失造成土壤质地粗化,从坡顶向坡底,耕层土壤有机质增加、容重变化不大,含水量增加,土壤养分的“贫化”现象明显。     

Erosion rates in badland areas recorded by collectors,erosion pins and profilometer techniques (Ebro Basin,NE-Spain)

In badland areas of the Ebro Basin, in a semiarid climate, two erosion plots (257 m²; 5° slope and 128 m²; 23° slope) on exposed Tertiary clays were monitored over two years (Nov. 1991–Nov. 1993). This material is characterized by high sodium absorption ratios which lead to high soil dispersivity. The dominant erosion processes in both plots are rilling and sheet erosion. Rainfall intensity was recorded at a weather station, connected to a data-logger, sediment production for single events was collected in tanks, and ground lowering was measured every six months by erosion pins and microtopographic profile gauge techniques. Significant runoff was produced only by rainfall events above 5 mm. Another threshold at 20 mm rain was noted. For rainfalls higher than 20 mm, the 23° slope plot shows a greater runoff response than the 5° one. Rainfall events exceeding this threshold showed a higher sediment production for the steeper slope. In the relationship between precipitation and sediment concentration, an envelope curve can be drawn indicating that any rainfall event of a given amount and intensity has a maximum sediment concentration which we speculate to be a function of the runoff sediment transport capacity. Runoff response and sediment yield in the studied plots are controlled by the rainfall and soil characteristics and their seasonal variations. In both plots, the erosion pins show that erosion rates in rill areas are 25–50% higher than in the interrill areas. Sediment yield recorded by collector devices was higher than the rates measured by erosion pins. The erosion rates based on rill cross-sections by profilometers were higher than the ones recorded by collectors.     

典型黑土区小流域浅沟侵蚀季节差异分析

通过2005年对黑龙江鹤山农场两个小流域进行定位观测,研究了典型黑土区浅沟侵蚀特征及其季节差异,并对作物类型和耕作措施对浅沟侵蚀的影响进行了分析。结果表明,两流域年浅沟侵蚀量达285.9 m³ km^-2和290.8 m³ km^-2,仅浅沟侵蚀量就超过了黑土区的土壤允许侵蚀量。浅沟侵蚀量呈现出沿坡面波动的变化,沿坡面向下存在浅沟侵蚀的强弱交替带。春夏浅沟侵蚀在侵蚀强度、浅沟形态及主要影响因素3个方面存在差异,春季浅沟侵蚀受融雪、冻融影响显著,侵蚀较夏季严重;与春季相比,夏季浅沟长度变短、宽度变大、深度变浅,浅沟体积与长度的相关性较春季差,这与夏季暴雨历时短、雨强大以及植被盖度大有关。耕作措施和作物类型影响浅沟侵蚀深度和浅沟分布,尤其在夏季比较明显。     

坡面径流冲刷及泥沙输移特征的试验研究

通过室内放水冲刷试验,对坡面细沟侵蚀发生的临界条件、细沟发展过程中的侵蚀产沙特征、以及影响细沟侵蚀产沙的因素进行了分析研究,得出了试验土条件下产生细沟的临界流量与坡面坡度的关系式.在分析产沙变化的基础上,探讨了细沟侵蚀量随径流量和坡面倾斜度的变化规律.     

东北漫岗黑土区春季冻融期浅沟侵蚀

浅沟侵蚀是东北漫岗黑土区农耕地上常见的水蚀类型,往往对坡耕地造成严重的破坏。2005年春季,通过对两个小流域浅沟侵蚀的调查测量,发现该区浅沟侵蚀相当严重,两流域分别形成浅沟14条、16条,浅沟总长度分别达3 269 m、2 146 m,浅沟密度分别为908 m/km2、766 m/km2,侵蚀深度分别为0.17 mm、0.16 mm,侵蚀模数分别达181.8 t/km2、173.6 t/km2。2005年春季两流域浅沟侵蚀期的径流深分别是6.8 mm、7.7 mm。分析表明,研究区在春季表层土壤解冻、地表裸露和存在季节性冻土层的条件下,春季融雪及强降水易造成强烈的浅沟侵蚀。在分布上,浅沟一般位于坡面的中下部,而且多发育在瓦背状坡面的集流水路上。另外,耕作措施对浅沟的形成和发展也有重要影响。     

基于TETIS模型的黑土区乌裕尔河流域径流与侵蚀产沙模拟研究

为科学地认识中国东北黑土区流域土壤侵蚀特征,探讨TETIS模型在该区的适用性,本文以乌裕尔河流域为例,利用1971-1987年日径流与泥沙实测数据对TETIS模型进行了校正与验证,进而分析了流域土壤侵蚀强度特征及其与坡度、土地利用方式的关系。研究结果表明：TETIS模型在乌裕尔河流域适用性好,日径流与日输沙量的纳什效率系数在0.52~0.70之间,决定系数在0.60~0.71之间,体积误差均不超过15%。流域平均侵蚀模数为397.2 t/(km²·a),流域以微度和轻度侵蚀为主,约90%的产沙来自于坡面。平均土壤侵蚀模数随坡度的增大而增大,流域侵蚀量主要来自于0°~5°坡面。不同土地利用方式具不同的土壤侵蚀模数,耕地土壤侵蚀模数最大,达556.3 t/(km²·a)。坡度较大的耕地和植被覆盖度较低的区域是水土流失治理的重点。研究表明,TETIS模型在黑土区模拟土壤侵蚀产沙应用前景好,可为研究区制定水土保持措施提供科学依据。     

半干旱区植物篱侵蚀及养分控制过程的试验研究

针对目前国内外对于温带及半干旱地区植物篱的侵蚀及养分控制过程研究较少的状况,利用冀西北黄土丘陵区较为完备的试验小区的长年观测资料,并结合野外全坡面的大型人工模拟降雨试验,定量地分析黄土丘陵区坡面侵蚀分异规律,得到了在暴雨条件下细沟产生并导致侵蚀剧烈增加的临界坡长为10～15m,从而以此作为植物篱在该区域布设的理论依据。本研究模拟和分析了植物篱对养分流失拦蓄的形态、植物篱改变坡面侵蚀过程、控制细沟产生以及拦蓄泥沙而达到控制侵蚀及养分的目的,对于植物篱———农作复合农林技术在温带及半干旱地区的实践具有科学价值。     

表土结皮发育过程及其侵蚀响应研究进展

表土结皮是降雨后某些土壤表面普遍存在的现象，它是在降雨与土壤的相互作用下发育的；本文在综览大量文献的基础上，得出表土结皮研究还存在着很多有待深入的领域。一方面，由于影响降雨、土壤的因子复杂多变，因此表土结皮本身的形成过程很复杂，研究者的结论也有所不同。另一方面，表土结皮作为一种特殊的下垫面，影响坡面侵蚀的各子过程，但是影响机理还不清楚。表土结皮对坡面侵蚀过程的影响研究已经取得了一些定性方面的进展，但为了完善坡面侵蚀物理模型和达到准确的预报预测，定量研究还有待进一步深入和细化。     

临界细沟水力几何形态问题的研究

从分析细沟床面上切应力出发，在细沟全断面泥沙处于临界起动条件下，导出了细沟临界断面方程并讨论其水力几何要素的变化，进一步提出用细沟密度去分析坡地的土壤侵蚀程度．     

东北典型黑土区土壤风蚀环境分析

根据1951~2000年的日平均风速、气温和降水数据以及1980~2000年的沙尘暴资料,分析东北典型黑土区的风蚀环境。结果表明,东北典型黑土区6个气象站点1~5月平均气温50年来显著升高,1~5月总降水量没有明显变化趋势。嫩江年大风日数1980年以来比1950~1960年多,年沙尘暴日数也有所上升,土壤风蚀环境趋于严重;哈尔滨等5地风蚀环境减弱。典型黑土区土壤风蚀环境在整个东北地区处于中等状态。     

岳西县土壤侵蚀空间分布与环境因子的关系

以岳西县2004年TM影像为数据源,通过目视解译的方法,得到2004年土壤侵蚀强度矢量图。利用Arc-GIS软件,将土壤侵蚀图与不同的环境因子图进行叠加分析,探讨了岳西县2004年土壤侵蚀空间分布与环境因子的关系。结果表明:从土壤侵蚀与土壤类型的关系看,土壤侵蚀主要发生在麻石黄棕壤、黄棕壤性麻石土及麻石棕壤上。从不同土地利用方式看,侵蚀土壤主要发生在有林地、灌木林、水田、高覆盖草地地区。从土壤侵蚀与坡度的关系看,土壤侵蚀主要发生在3°～25°的坡度上,尤其在8°～25°坡度上居多。从土壤侵蚀与坡向的关系看,山地的北坡、西南坡、西坡及西北坡容易发生土壤侵蚀。从土壤侵蚀与海拔的关系看,200～1000 m地区土壤侵蚀比较显著,尤其500～1000 m的地区土壤侵蚀发生量多。     

基于遥感技术的土壤侵蚀研究现状及实例分析

通过介绍卫星和传感器在土壤侵蚀研究中的应用情况,讨论了用遥感图像探测土壤侵蚀特征、土壤侵蚀区域和土壤侵蚀沉积的很多应用实例,然后利用甘肃河西走廊黑河上游1987年的TM数据和1999年的ETM数据,计算出了两个时期的植被盖度,同时结合DEM数据得出的坡度值,然后根据水利部的土壤侵蚀分级标准,获得了两个时期的土壤侵蚀图,对比分析了1987年和1999年两个时期的不同等级侵蚀强度区域的面积变化.研究结果显示,甘肃河西走廊黑河上游存在中度侵蚀的区域位于坡度大于15°的地方,这些地方也是我国西部退耕还林还草的重点区域.