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。     

细沟形态演变对坡面水沙过程的影响

为探明细沟形态演变对坡面产流产沙的互反馈作用,采用室内模拟降雨和三维地形扫描等手段对细沟形态演变中的水沙变化过程进行了研究。试验分析了黄土在不同雨强（66 mm/h、94 mm/h和127 mm/h）条件下,不同细沟发育阶段的水沙过程变化规律。结果表明,黄土细沟形态演变过程对产沙的影响较大,而对产流的影响较弱。径流量的变化过程主要取决于土体透水性、土壤的结皮作用以及产流方式,坡面产流量有先增大后减小最后趋于平稳的趋势;产沙量的变化过程与细沟发育进程有明显的对应关系,尤其是坡面地貌信息熵与产沙量和侵蚀速率的相关系数分别达到0.954和0.916,细沟的出现会加剧侵蚀,使含沙量明显增加;不同雨强下坡面产沙的变化规律基本相同,细沟沟网稳定后的产沙量与降雨强度呈正相关关系。     

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。     

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。     

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。     

喀斯特地区枯落物层对地表径流和土壤侵蚀的影响研究

以枯落物层质量和雨强为影响因素进行室内人工模拟降雨试验,探讨喀斯特地区枯落物层对地表径流和土壤侵蚀的影响规律。结果表明:(1)地表无枯落物覆盖的情形下,除雨强为40mm/h无地表径流外,其它雨强的情形均有产流;且均随着雨强的增加,初始产流时间提前,地表产流产沙量增大。(2)在有枯落物覆盖情形下,初始产流时间有所延缓,在40mm/h雨强下,枯落物层明显影响了地表径流的产生,但随着降雨强度的增加,减少径流效果越来越不明显;(3)枯落物覆盖对减少土壤流失效果显著,其中降雨强度为90mm/h时,枯落物保沙效率约99%,当降雨强度为140mm/h时,达到94%。研究表明,喀斯特地区枯落物层对延缓地表径流和减少土壤侵蚀具有重要作用。     

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。     

苏州第四纪深厚沉积层一维等效线性和非线性地震反应对比分析

合理描述土体动力本构关系对场地设计地震动参数取值的准确性有显著影响。以苏州城区200 m深的钻孔剖面为研究对象,对比分析了一维等效线性波传分析法（ELA法）和基于修正Matasovic本构模型的多自由度集中质量非线性分析法（NLA法）给出的深厚场地地震反应,研究了基岩输入地震动特性和地震基岩面的选取对深厚场地地震反应的影响。结果表明：（1）随基岩地震动强度（PGA）的增大,ELA法给出的地表PGA呈单调递增的特征,而NLA法给出的地表PGA呈先快速增大后缓慢减小或几乎不变的趋势;（2）ELA法和NLA法给出的地表加速度反应谱（Sa谱）在短周期范围内存在明显差异,ELA法对基岩高频地震动具有显著的滤波效应,而NLA法对基岩高频地震动的影响表现为随基岩PGA的增大先放大后减小的特征;（3）随地震基岩面深度的增大,地表Sa谱的谱值呈现出稍许增大的趋势,但对周期T<0.1 s部分,NLA法给出的地表Sa谱的谱值则呈现出稍许减小的现象;（4）中、大震作用下,地表地震动持时不仅与基岩地震动特性有关,还与地震反应分析方法和地震基岩面的选取密切相关,NLA法能更合理地反映基岩地震动强度和上覆土层厚度对地表地震动持时的影响。     

黄土丘陵区土壤侵蚀链垂直带水沙流空间分布

采用多坡段组合模型、人工模拟降雨实验研究了土壤侵蚀链垂直带水沙流空间分布变化特征。结果表明:愈向下坡方向的坡段产流量愈大,单位面积、单位时间的产流量按坡段排列为:谷坡>梁峁坡下部>梁峁坡中部>梁峁坡上部。雨强为29.7mm/h时,坡面上没有沟蚀发育;雨强为60.5mm/h时,细沟主要分布在梁峁坡下部和谷坡处;雨强为90 2mm/h时,各种侵蚀形态在坡面均有较好发育,细沟的出现部位一直伸展到梁峁坡中部和上部之间。由于上坡来水来沙的作用,梁峁坡的产沙量增大了20.2%～63.5%,谷坡的产沙量增大了42.9%～74.5%。     

银西高铁董志塬地区边坡侵蚀特性分析

黄土坡面侵蚀特性研究对于铁路边坡及路基防护具有重要的意义。通过银西高铁董志塬段某路基护坡坡面冲刷试验,获得了不同冲刷历时、冲刷流量、坡度等条件下的坡面冲刷结果,并对坡面流水动力学特性、坡面产沙规律、坡面产沙机理进行了分析,得出以下结论:（1）坡顶和坡底比坡面中部更易受侵蚀;30°～60°斜坡在较小的冲刷强度下也能产生较明显的侵蚀沟,宜采取45°左右的多级矮坡来减弱侵蚀强度。（2）坡面流水动力学特性分析表明,试验工况水流主要处于过渡流区;平均流速与冲刷流量、坡度呈幂函数关系;达西阻力系数与冲刷流量、坡度呈负相关,且与雷诺数相关性较低。（3）平均含沙量随冲刷流量与坡度的增大而增大,随历时近似线性增加,约20 min以后,含沙量基本稳定,此过程为坡面沟道发展阶段。（4）坡面侵蚀产沙量与侵蚀切应力、有效水流功率都呈正相关,与前者近似呈线性增大关系,而与后者近似呈幂函数关系。     

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。      

西南喀斯特区土壤侵蚀研究进展

西南喀斯特区土层浅薄、成土速率低等特点决定了其允许土壤流失量小,土壤一旦流失,极难恢复,土壤侵蚀及其造成的石漠化现象已成为制约该区可持续发展最严重的生态环境问题。文章首先明晰西南喀斯特区土壤侵蚀特征,从坡面、小流域和区域三个尺度上系统概括西南喀斯特区土壤侵蚀的相关研究进展。针对当前喀斯特区土壤侵蚀研究野外径流小区、小流域及区域空间尺度数据缺少和相关研究模型限制性强等不足,建议从不同尺度深入研究喀斯特区土壤侵蚀发生发展规律及时空演化格局,并结合高新遥感、地球物理探测技术及模型,同步监测坡面—小流域—区域土壤流失,对土壤侵蚀进行定量评估,结合不同空间尺度土壤侵蚀特征构建系统性水土保持生态恢复治理模式和监测系统评价体系。      

桂林会仙湿地狮子岩地下河系统水循环对降水的响应

岩溶湿地是西南岩溶生态系统的重要调节器,对该地区的可持续发展有重要意义,而水循环作为维系岩溶湿地健康运转的核心因素,已经成为当前的研究热点。2020年4月15日—5月30日野外监测了桂林会仙湿地狮子岩地下河系统参数,采用水文动态分析与水均衡等方法,开展了地下河系统水循环研究。结果表明:(1)地表径流、土壤水、表层岩溶带水和岩溶地下水均对大气降雨响应敏感,但敏感程度有差异,其中岩溶地下水的敏感性最高,地表径流和表层岩溶带水的敏感性较弱,土壤水的敏感性受深度影响较大。(2)不同等级降雨中地下河系统的各类水变化量的比例有差异。本次研究中,小雨(24 h累计降雨量范围为4.2～10 mm)时系统内土壤水变化量比例最大,约为75.87%;中雨(24 h累计降雨量为17.8 mm)时土壤水变化量和岩溶地下水变化量的比例最大,分别约为43.38%和44.12%,大雨(24 h累计降雨量为24 mm)和大暴雨(24 h累计降雨量范围为110.8～128.2 mm)时岩溶地下水变化量比例最大,约为66.48%。(3)研究区调蓄系数平均值约为0.53,明显高于其他岩溶地区,表现出较强的调蓄能力,且随着降雨...     

Erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss for the karst rocky desertification in Chenqi village,Puding county,Guizhou, China

Carbonate rocks distribute widely in China. The total area of the carbonate rocks is about 3,430,000 km², and the exposed area of the carbonate is approximately 13 % of China’s territory. In 2003, soil loss in Yunnan, Guizhou, and Guangxi provinces reached 179,600 km², which is almost 40.1 % of the total area, causing rocky desertification. In this study, the erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss for the karst rocky desertification in Chenqi village, Puding county, Guizhou province is proposed. The mechanism occurs under the following geological environment: slope surface undulation, underlying bedrock surface fluctuation and thin and inhomogeneous soil overlying, overlying soil generation by bedrock weathering, underground karst development, and large groundwater depth and lying water table under the bottom of soils. The erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss in the karst slopes is explained as follows: power loss due to human cultivation activities that destroy the soil structure, hydraulic force formed by rainfall infiltration, wet–dry cycle generated by rainfall, erosion effect caused by rainfall penetration, creeping and flowing of plastic-stream soil, and collapse. The erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss has seven steps: disturbance of soils filled in underground karst cave by human activities, internal soil erosion and partial collapse caused by hydraulic power, internal free surface formation within the soil in the filled karst cave, internal soil creeping, soil pipe formation, soil pipe collapse, and ground surface collapse and filling. Soil loss develops slowly, and sudden transportation occurs by collapse. Soil loss can be explained by the proposed mechanism, and soil loss can be prevented by controlling soil collapse.     

表层岩溶裂隙带土壤地表流失/地下漏失室内模拟实验

以表层岩溶裂隙带为研究对象,采用室内模拟降雨的方法,通过控制降雨强度、坡度、裂隙宽度、裂隙产状,研究其对土壤地表流失、地下漏失的影响。结果表明:（1）土壤地表流失主要受降雨强度和坡度的影响,土壤地表流失量随降雨强度的增大而增大、随坡度的增大而增大,30°坡面土壤地表流失量最高。（2）土壤地下漏失主要受裂隙宽度、产状和坡度的影响,对降雨强度的响应不明显;土壤地下漏失量与裂隙宽度大小呈正相关关系,裂隙走向与坡面走向呈30°时最容易发生土壤地下漏失;坡度与土壤地下漏失的发生呈负相关关系;伴随降雨,土壤地下漏失速率变化幅度较大,漏失速率先增加后减小直至停止。无落水洞、漏斗等管道的岩溶坡面土壤流失的主要形式是地表流失,而土壤地下漏失的主要通道是落水洞、漏斗等大型岩溶管道,土壤地下漏失对土壤流失的总贡献率小于5%。      

Catchment-scale soil erosion and sediment yield simulation using a spatially distributed erosion model

Increasing rainfall intensity and frequency due to extreme climate change and haphazard land development are aggravating soil erosion problems in Korea. A quantitative estimate of the amount of sediment from the catchment is essential for soil and water conservation planning and management. Essential to catchment-scale soil erosion modeling is the ability to represent the fluvial transport system associated with the processes of detachment, transport, and deposition of soil particles due to rainfall and surface flow. This study applied a spatially distributed hydrologic model of rainfall–runoff–sediment yield simulation for flood events due to typhoons and then assessed the impact of topographic and climatic factors on erosion and deposition at a catchment scale. Measured versus predicted values of runoff and sediment discharge were acceptable in terms of applied model performance measures despite underestimation of simulated sediment loads near peak concentrations. Erosion occurred widely throughout the catchment, whereas deposition appeared near the channel network grid cells with a short hillslope flow path distance and gentle slope; the critical values of both topographic factors, providing only deposition, were observed at 3.5 (km) (hillslope flow path distance) and 0.2 (m/m) (local slope), respectively. In addition, spatially heterogeneous rainfall intensity, dependent on Thiessen polygons, led to spatially distinct net-erosion patterns; erosion increased gradually as rainfall amount increased, whereas deposition responded irregularly to variations in rainfall.     

几种土壤的细沟侵蚀过程及其影响因素

通过间隔为11h的二次人工模拟降雨和冲蚀槽试验研究了10种土壤的侵蚀过程,发现在第2次降雨中大多数土壤出现了细沟侵蚀形式。采样微形态观察发现,在第1次降雨中形成结皮的土壤在第2次降雨中出现了细沟侵蚀;产流产沙观测发现所有出现细沟侵蚀的土壤在第1次降雨中径流含沙量逐渐减少,而第2次降雨中有一个先剧增后减少的过程。土壤理化分析及多元逐步回归分析结果表明,土壤颗粒组成、有机质含量、铁铝含量等因素对细沟侵蚀的影响表现不明显,而与土壤团聚体有关结构指标、细沟侵蚀、产流产沙速率及总量呈显著相关关系。分析表明,团聚体分散度、崩解速率与渗透系数之比两个指标能较好地预测细沟侵蚀发生的可能性,同时也能很好地预测侵蚀产沙量。