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。     

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.     

细沟侵蚀中泥沙含量及其粘粒流失量的试验

通过室内模拟试验，对细沟侵蚀中不同坡度和不同流量条件下一定坡长的泥沙含量及其粘粒含量进行了测定。分析试验结果表明，含沙量随着坡度增加而增加，而流量影响极小；随沟长的延伸，由于径流速度趋于稳定，含沙量增加幅度减少。粘粒流失量分布是坡度、流量、细沟发育过程、流速的垂直分布等因素共同作用的结果；粘粒迁移伴随着土壤剥蚀和粘粒沉降，使得不同流量的粘粒流失量相近，粘粒流失量沿细沟沟长呈波状分布。     

紫色土坡面水流跌坑形态特征及其成因

跌坑的形成是坡面侵蚀过程中的重要一环,是细沟开始出现的临界形态,跌坑的贯穿标志着细沟的形成。本研究采用模拟降雨与微地形测量相结合的方法,调查了不同雨强下紫色土坡面跌坑的发育过程及其形态分布。试验结果表明,降雨初期紫色土坡面水流跌坑边界模糊,横断面上跌坑基本在相同水平线上,与紫色土颗粒组成较粗有关;1.83～2.33 mm/min的雨强下,顺坡跌坑平均间距变化于8.2～9.4 mm之间,跌坑深度顺坡分布呈现较大的波动性,平均深度介于1.4～1.8 cm,总体上随雨强呈增大趋势;横断面上跌坑宽度变化相对较大,平均宽度介于9.4～16.3 cm,随雨强变化趋势不明显;跌坑水平间距除边界外相对稳定,地势低洼处优先形成跌坑,但也并非尽然;基于运动波理论分析认为,紫色土坡面跌坑的连续分布是坡面流运动波的能量周期性波动作用形成。     

细沟侵蚀影响因素和临界条件研究进展

细沟侵蚀是坡耕地时常发生的一种侵蚀形式.细沟侵蚀对坡面土壤侵蚀产沙有重要贡献,而且是坡面侵蚀由面蚀向沟蚀发展的过渡.本文分析了细沟侵蚀影响因素和临界条件研究取得的进展和存在的不足.影响细沟侵蚀的主要因素有降雨径流、土壤、地形、土壤表面特征和土地管理等因素,其中,前4者有多种指标来表征其效应,而土壤表面特征的影响还处于定性研究阶段.坡面需要达到特定的临界条件才可能发育细沟,细沟发生临界条件的研究主要从临界径流条件、临界土壤条件和临界地形条件等角度出发,各临界条件并非定值,而是关乎其他因素的综合指标.最后,本文对今后细沟侵蚀影响因素和临界条件研究可能的研究内容和方向进行了展望.     

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。     

黄土坡面汇沙对细沟侵蚀的影响与贡献

细沟侵蚀是黄土高原坡面极其重要的侵蚀过程之一,汇沙对细沟侵蚀强弱具有重要影响,阐明汇沙对细沟侵蚀的影响与贡献,可以揭示坡面细沟侵蚀过程机理,并为治理坡面水土流失提供科学依据.采用定流量人工放水的组合小区模拟降雨的方法,对不同降雨强度与不同坡度下黄土坡面汇沙对细沟侵蚀的影响及贡献进行了研究,结果表明:细沟上方汇沙、细沟间汇沙、细沟径流剪切力对细沟侵蚀的影响,在不同降雨强度、不同坡度、不同降雨强度及坡度下皆可用三元对数方程描述;细沟上方汇沙、细沟间汇沙、细沟径流剪切力,以及细沟上方汇沙与细沟间汇沙及细沟径流剪切力三者的交互作用对细沟侵蚀的贡献率,在不同降雨强度下分别为13.18％、4.98％、61.2％及8.26％,在不同坡度下分别为4.73％、1.19％、73.65％及5.4％,在不同降雨强度及坡度下分别为10.84％、0.44％、65.22％及6.97％.     

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。     

崩岗侵蚀沟的时空侵蚀特征及预测

崩岗是水力和重力复合的土壤侵蚀类型,严重危害我国南方地区的农业生产和生态环境。侵蚀沟对崩岗的侵蚀过程以及地貌变化起着关键作用。本研究以福建省安溪县龙门镇一处崩岗为研究区,以无人机获取的正射影像和高程数据为基础,通过采点重构坡面提取出侵蚀沟,然后对其进行时空动态分析,得到侵蚀沟的时空侵蚀特征;然后将其侵蚀特征与CA-Markov模型耦合,通过修正转移概率矩阵以及制定空间分配规则,构建崩岗侵蚀沟模拟模型。研究结果表明:降雨量与侵蚀沟的侵蚀强度呈正相关,强降雨利于侵蚀沟的下切侵蚀,弱降雨则有利于沟沿的重力崩塌;坡度对侵蚀沟的侧切和下切具有促进作用,沟道距离和坡面高度则对下切和堆积具有抑制作用;由面积差异率0.18和Kappa系数0.81验证了崩岗侵蚀沟模拟模型的精度;在对该崩岗侵蚀沟2018-12-02空间分布预测的基础上,得到其年侵蚀量和侵蚀模数,分别为653.9 m^3和340 606 t·km^-2·a^-1。研究结果为探索崩岗侵蚀过程提供了新思路,并为崩岗侵蚀的防治工作提供了参考。     

黄河冲积扇发育研究述评

黄河冲积扇是第四纪以来多期沉积建造的冲积扇复合体,它既是来自黄土高原的泥沙强烈堆积的地貌单元,又是历代河流决口改道的地区,也是华夏文明的发源地。在回顾了黄河冲积扇发育的研究历史的基础上,详细介绍了黄河冲积扇的形成时代、地貌类型与沉积速率,形成过程与特点等方向的研究进展,系统地论述了河道变迁、地质构造、气候变化以及人类活动等因素对黄河冲积扇形成的影响作用。并指出目前黄河冲积扇的发育研究中还存在着研究深度不够和时空的广度不完整等问题。史前黄河冲积扇的发育研究将成为今后研究中的难点。     

应用EUROSEM模型对三峡库区陡坡地水力侵蚀的模拟研究

三峡库区坡地资源被广泛利用,但水土保持措施没有被很好地利用。坡地,尤其是陡坡地是库区主要泥沙来源,因此,有效评估土壤侵蚀风险、预测径流和侵蚀速率以及选择合理的水土保持措施在该地区显得非常必要。EUROSEM模型是动态分布式模型,可以在单独地块或小流域中预测水力侵蚀强度,其特点比较适合库区土壤侵蚀预测预报。本研究以在三峡库区秭归县王家桥小流域水土保持试验站的标准径流小区的人工降雨资料为基础,应用EUROSEM模型模拟陡坡地中的侵蚀状况。模拟结果表明,EUROSEM对人工降雨中径流模拟效果较好,但对土壤流失的模拟效果相对较差,更精确地模拟库区陡坡地的土壤侵蚀状况则需要作进一步的研究     

An experimental study on the burrowing activity of river crabs on subsurface water movement and piping erosion

The effects of the burrowing activity of river crabs on subsurface water movement and piping erosion were studied through a flume experiment. Cohesive field soil was used and constant fluvial head was applied. During the experiments with river crabs, burrows were excavated downwards under the groundwater level. At the outlet of each burrow, the crabs excavated pellets of soil and stacked them in piles, in the form of cone mounds. These mounds acted as effective dams for subsurface outflow, but they sometimes collapsed. The roofs of the burrows also caved in occasionally, whereby the crabs would excavate new burrows. The burrowing activity of the crabs led to marked erosion. In contrast, no marked erosion was observed in experiments without crabs, indicating that piping erosion occurs through the assistance of burrowing activity. It was observed that burrowing activity and piping erosion was pronounced when the hydraulic head was not significantly high (0.21–0.25). Analysis of the potential distribution of the soil mass indicated that the head loss close to the burrow was small in the case of experiments with crabs. This suggests that the burrow enhances rapid discharge of subsurface water. Consequently, burrowing activity was found to play an important role in piping erosion and rapid discharge of subsurface water.     

坡面动力侵蚀过程的实验研究进展

本文首先总结了坡面流及坡面动力侵蚀过程的实验设备、技术手段及实验内容方面的进展,然后全面探讨了坡面侵蚀实验方面的国内外研究最新进展,最后作者分析了实验研究方面存在的问题,并提出了前景展望。     

坡面土壤侵蚀临界坡度问题的理论与实验研究

本文首先在分析坡度对坡面流及坡面侵蚀的基础上,运用能量法及泥沙运动力学两种方法从不同理论角度探讨了坡面土壤侵蚀临界坡度问题;其次,通过室内外实验观测资料,结合与其他学者观点的比较分析,最后得出结论：坡面侵蚀以溅蚀为主时,临界坡度应小于２２°;以面蚀为主时,临界坡度为２２°～２６°左右;以沟蚀为主时,临界坡度会超过３０°;若以重力侵蚀为主,临界坡度可能会更大。     

Effect of grass coverage on sediment yield in the hillslope-gully side erosion system

By scouring experiments, the changeable process and characteristics of sediment yield in the hillslope-gully side erosion system with different coverage degrees and spatial locations of grass were studied. Five grass coverage degrees of 0, 30%, 50%, 70%, 90%, three spatial locations of grass (upslope, mid-slope, low-slope) and two water inflow rates of 3.2 L/min, 5.2 L/min were applied to a 0.5 by 7 m soil bed in scouring experiments. Results showed that the sediment yield decreased with the increase of grass coverage degree at 3.2 L/min water inflow rate in scouring experiments and the sediment yield with different grass locations on the sloping surface was in the order of upper > middle > lower. At 5.2 L/min water inflow rate, the differences of sediment yield among various grass coverage degrees were increased, whereas the changeable tendency of sediment yield with different grass locations on the whole sloping surface was not very obvious. The proportion of sediment yield from the gully side increased in an exponential relationship with the increase of grass coverage degree. When the grass was located on the lower position of hillslope, the influence for accelerating gully erosion is the greatest.     

坡面草被覆盖对坡沟侵蚀产沙过程的影响

By scouring experiments, the changeable process and characteristics of sediment yield in the hillslope-gully side erosion system with different coverage degrees and spatial locations of grass were studied. Five grass coverage degrees of 0, 30%, 50%, 70%, 90%, three spatial locations of grass (upslope, mid-slope, low-slope) and two water inflow rates of 3.2 L/min, 5.2 L/min were applied to a 0.5 by 7 m soil bed in scouring experiments. Results showed that the sediment yield decreased with the increase of grass coverage degree at 3.2 L/min water inflow rate in scouring experiments and the sediment yield with different grass locations on the sloping surface was in the order of upper > middle > lower. At 5.2 L/min water inflow rate, the differences of sediment yield among various grass coverage degrees were increased, whereas the changeable tendency of sediment yield with different grass locations on the whole sloping surface was not very obvious. The proportion of sediment yield from the gully side increased in an exponential relationship with the increase of grass coverage degree. When the grass was located on the lower position of hillslope, the influence for accelerating gully erosion is the greatest. Foundation: National Basic Research Program of China, No.2007CB407201; National Key Technology R&D Program, No.2006BAB06B01-06; Science and Technique Development Foundation of YRIHR, No.200603 Author: Li Mian (1968–), Ph.D and Senior Engineer, specialized in soil erosion.