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.     

坡长对坡耕地侵蚀产沙过程的影响

模拟降雨试验结果揭示出随着坡长增加,径流与侵蚀产沙量越大。当坡长小于１５ｍ时,累积侵蚀模数与降雨历时关系明显呈线性,其斜率随坡长增加而渐陡,当坡长大于１５ｍ时,累积侵蚀模数与降雨历时明显是非线性关系;坡长是导致细沟侵蚀的重要因素。细沟发育时,其侵蚀产沙量大约是坡面或细沟间的２－５倍;当细沟趋于稳定时,与无细沟发育的坡面水流含沙量值类似。在４０ｍ坡长小区,其单位时间侵蚀模数与２５ｍ坡长小区无明显差异,水流含沙量并无明显增加,显示出当坡长大于临界坡长时的变化过程规律。利用等高植物篱或等高地梗减少坡长有效值,可以大大降低单位面积上的土壤流失量。     

不同坡面植被空间布局对坡沟系统产流产沙影响的实验

植被在有效控制水土流失、改善生态环境中具有重要作用。为探讨坡面不同植被覆盖度、不同植被空间布局对坡沟系统侵蚀产沙的影响,以4 m长坡面(坡度为20°)和3 m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统为研究对象,采用不同放水流量(3.2 L/min、5.2 L/min)的放水冲刷实验,研究了不同放水流量、不同植被覆盖度、不同植被布设部位对坡-沟系统及沟坡侵蚀产沙的影响。结果表明,在实验条件下,不同植被布设部位在相同放水流量、相同植被覆盖度条件下对坡沟系统侵蚀产沙有明显影响,而对产流量无明显影响;沟坡部分侵蚀产沙量不随坡面植被覆盖度的增大而减小,相反呈增大趋势。说明在实验条件下,对坡沟系统而言,仅在坡面部分布设植被,尽管能在一定程度上减少坡沟系统侵蚀产沙,但并不能有效减小沟坡部分的侵蚀产沙,甚至引起沟坡部分侵蚀产沙的增大。因此,水土流失治理过程中采取有效措施进行坡沟兼治将是减少水土流失的有效手段。     

黄土丘陵沟壑区典型小流域侵蚀产沙过程模型

在分析现存土壤侵蚀产沙模型基础上，依据大量小流域野外试验小区观测与模拟降雨试验资料，建立了一个适用于黄土丘陵沟壑区小流域预测侵蚀产沙量的侵蚀产沙过程模型。由于黄土丘陵沟壑区小流域的复杂地形和侵蚀产沙的垂直分带规律，土壤侵蚀产沙的空间变化要比现有模型复杂得多，因此，本模型由三个子模型组成：坡面子模型、沟坡子模型、沟道子模型，它可以计算小流域每场暴雨的径流量与侵蚀产沙量。本文较为详细地描述了模型中计算     

黄土丘陵沟壑区坡面径流侵蚀产沙过程的环境解释

应用数量分类(TWINSPAN)和排序(DCCA)方法对陕北吴起县典型坡面侵蚀产沙过程进行了环境解释。结果表明：环境因子对土样侵蚀产沙量的解释量达83%,其中DCCA排序轴前4轴的解释量占总排序轴解释量的69%,且分别与坡位、土壤质量、海拔、干根重显著相关。坡面径流侵蚀产沙量随冲刷时间呈波浪式变化,环境因子对侵蚀产沙过程影响甚微。坡面径流侵蚀产沙量按地形部位表现为梁峁顶<梁峁坡<沟坡<沟底,按地类则表现为灌木林<针阔混交林<针叶纯林<阔叶纯林。     

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。     

黄土丘陵沟壑区流域系统侵蚀与产沙关系

从长期来看流域系统的侵蚀与产沙基本可以达到平衡,泥沙输移比约等于１。但次降雨或分年度泥沙输移比有相当大的变幅,在短期内会经常存在泥沙的滞留和滞留的泥沙被重新锓蚀搬运,而出现泥沙输移比小于１和大于１的情况。这主要与降雨的空间分布和洪峰增减幅度及径流深度增减幅度密切相关。流域系统次降雨泥沙输移比及各级沟道含沙水流的挟沙能力变化可用单位面积上洪峰增减幅度变化时暴雨洪水的剪切力的转化机制来描述。     

山区小流域坡面和沟道侵蚀的数学模式探讨

小流域土壤侵蚀预报和模拟一直是世界土壤侵蚀研究的前沿领域,其中,坡面侵蚀和沟道侵蚀的计算方法、侵蚀能力的不均匀问题以及泥沙在塘库河道的沉积问题是研究的关键.对此,重点从侵蚀机理和计算方法上进行探讨,提出考虑到坡面土壤抗侵蚀能力和塘库沉积作用的计算方法,研讨了影响流域侵蚀和泥沙输送的主要环节和关键影响因子,分析了流域土壤抗蚀能力的空间差异及其对模拟结果的影响,提出了小流域侵蚀泥沙数学模型的基本结构框架,为进一步完善现有侵蚀泥沙过程模型提供了新的计算方法.     

无定河流域侵蚀产沙过程对水土保持措施的响应

以黄河中游多沙粗沙区代表性支流无定河为例,研究了降水量变化的背景下水土保持措施对无定河流域侵蚀产沙的影响。从总体上看,年输沙量和年径流量都表现出随时间而减小的趋势,梯田、造林、种草和淤地坝拦沙造地4项水土保持措施面积随时间增大的趋势极其显著。全流域面平均年降水量和汛期 (6~9月) 降水量则略有减少的趋势,但其减少趋势的显著性远低于水土保持措施随时间变化的显著性。产沙模数与梯田、坝地、造林和种草面积的关系,均表现出明显的负相关。对基准期 (1956~1969年) 和措施期 (1970~1996) 进行了比较,结果表明,实施水土保持措施以后,产沙模数、径流系数和汛期径流能够被降水所解释的百分比,分别由69%、80%和77%,下降为26%、31%和54%。说明在后一时期中,水土保持措施起了很大作用,因而降水变化对于产沙模数、径流系数、汛期径流量变化的贡献率大大减小了。以1956~1996年间41年的资料为基础,建立了全沙产沙模数与径流系数、汛期降雨量、最大一日雨量、最大30日累积雨量、梯田林草面积和坝地面积之间的多元回归方程,该方程表明,全沙产沙模数随汛期降雨量、最大一日雨量、最大30日累积雨量的增大而增大,随梯田林草面积和坝地面积的增大而减小, 随径流系数的增大而增大。为了区分人为因素与气候变化对侵蚀产沙变化的影响,采用对数据进行标准化处理之后再进行多元回归分析的方法,来确定相对贡献率。结果表明,降水变化和水土保持措施变化对无定河全沙产沙模数变化的贡献率大致相等,前者占50.3%,后者占49.7%。文中还建立了粗泥沙产沙模数与上述影响因子之间的多元回归方程。     

全球气候变暖对黄土高原侵蚀产沙的影响

本文讨论未来全球气候变暖引起黄土高原侵蚀产沙的变化趋势。在分析气候期与侵蚀期关系的基础上,提出堆积期与侵蚀期都发生在干旱期,未来全球气候变暖进入湿润期,黄土高原侵蚀产沙趋于减少。     

黄土丘陵沟壑区小流域不同地类的侵蚀产沙模型

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律，通过对晋西王家沟小流域1955—1980年的多年观测资料及多次人工模拟降雨资料分析，建立了不同地类侵蚀产沙关系式，包括坡面侵蚀产沙、黄土沟坡侵蚀产沙、红土沟坡侵蚀产沙、发育沟壁侵蚀产沙、洞穴侵蚀产沙等黄土丘陵沟壑区丰富的侵蚀产沙类型。利用GIS强大的空间分析功能，从DEM数据中提取出小流域水沙汇流网络，将水沙运移引入到侵蚀产沙模型的计算之中；模型对羊道沟22次降雨的计算结果表明：坡耕地是坡面的主要泥沙来源，陡坡地在全流域侵蚀产沙中占有重要地位，水沙汇流作用对下坡的侵蚀产沙具有重要影响。同时，选用了晋西汾河上游的阳湾小流域进行了模型的推广应用，取得了较好的预测效果。     

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.     

Slope-gully erosion relationship in small catchments of the middle reaches of the Yellow River

1introductionThetopiconslope-gUllyerosionretahonshipinsmallCatclunentSofthendddiereaChesoftheYellowhiverhaslongbeenconcernedbyscienhstsinreleVantdepartmentSasthere~hresultwouldprovidescienuncbasisforop~erosioncontrolteChniqueanddeCisionmaking.AlthoughnumerousfieldStUdiesonedmentso~sinasmallCatchmentinthecoddlereachesoftheYellowmyerhavebeendriedcuLyetcurrentviewPOintSweredrawnduetodifferentresearchmethodsappliedTheproblemofsedimentsourcesonasmallcatClunentinthecoddlereachesoftheYellowhiv…     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷,暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大,水土流失严重,对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象,以苏达尔沟2011—2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础,分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征,给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明:观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10~4t,产沙模数为0.57×10~4t·km^-2;其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10~4t,产沙模数达1.36×10~4t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25～0.063 mm泥沙为主,约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加,同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加,风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%,且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

产沙模数与流域面积关系研究进展

流域面积是综合地表一切要素的黑箱变量,而产沙模数是流域产沙强度的重要体现。自20 世纪50 年代以 来,有关产沙模数随流域面积变化的研究受到了国内外学者的广泛关注。本文对多年来有关该方面的研究成果进 行总结、提炼,在此基础上,把产沙模数与流域面积的变化关系划分为5 种类型,即负相关关系,正相关关系,先增 加后减小的非线性关系,先减小后增加的非线性关系以及无显著关系等,继而对每种类型出现的原因给出了合理 的解释;在此基础上,指出产沙模数随流域面积变化的本质原因,即产沙模数随流域面积的变化是对流域内各种因 素及因素间相互作用的响应,产沙模数与流域面积之间没有内在的联系,产沙模数随流域面积的增加可以出现任 何变化。     

侵蚀沉积模型在嘉陵江流域的应用

从20世纪50年代到80年代长江宜昌水文站观测的泥沙输送量逐年增加,但是到了90年代却出现了逐渐减少的趋势。泥沙量增加的原因主要是乱伐森林和土地利用方式的快速改变,而减少的原因则可能是采取了一系列防止水土流失的对策和在上游修建了许多大坝而造成的。嘉陵江流域是长江泥沙的主要源区之一,90年代每年从嘉陵江流域到长江的输沙量减少到1988年前的约36%。因此,分析该流域每年泥沙输送动态及其变化原因,对制定减小水土流失的森林规划,防止三峡水库的淤积以及保护长江流域的生存环境和生态系统等具有重大意义。本研究开发并改进了一个流域集水坡面上的侵蚀模型,并将它应用到1987年的嘉陵江流域,以对其适用性进行了研究。结果表明,该模式可被用于月度泥沙生产量的评估中。     

紫色泥页岩的风化侵蚀与工程建设增沙

通过田间试验与野外观测研究紫色泥页岩的风化速度与侵蚀特征 ,结果表明 ,紫色泥页岩年风化成土速率为 15 80 0t·km- 2 - 2 5 5 0 0t·km- 2 ,各种紫色岩的风化顺序为遂宁组 (J3s) >蓬莱镇组 (J3p) >沙溪庙组 (J2 s) >城墙岩群(K1 c) ;风化侵蚀强烈是紫色泥页岩的独有特征 ,侵蚀模数为 12 380t·km- 2 ·a- 1 - 2 36 4 0t·km- 2 ·a- 1 ,风化与侵蚀的交替过程是紫色土水力侵蚀的基本过程。工程建设开挖山体 ,暴露母岩是引发紫色泥页岩风化侵蚀的首要外力 ,工程建设造成四川盆地的裸露紫色页岩面积高达 12 0 0km2 ,导致紫色岩地区每年工程增沙量高达 2 5 0 0万t。嘉陵江北碚水文站多年泥沙分析结果表明 ,196 0年代的“三线”建设曾引起嘉陵江流域泥沙的急剧上升。西部大开发中基础设施建设在改善“蜀道难”的同时 ,势必开山填沟 ,导致大量的岩石及土石方裸露、巨大的紫色页岩剖面裸露 ,预计西部大开发尤其是基础设施建设将会造成更大更广泛的工程增沙。工程建设增沙将对四川省的生态环境建设及长江流域经济可持续发展构成极大的挑战 ,控制工程增沙将成为改善长江上游生态环境的重要方向。当前 ,工程建设增沙的预测及工程建设项目的环境影响评估已成当务之急。     

分布式侵蚀产沙模型研究进展

随着计算机技术与地理信息系统(GIS) 技术的发展, 分布式侵蚀产沙模型成为当今土壤侵 蚀领域研究重点与发展方向。本文在分析国内外几个主要的分布式侵蚀产沙模型基础上, 探讨了 分布式侵蚀产沙模型的技术路线与技术实现, 最后指出目前我国分布式侵蚀产沙模型研究存在 的主要问题: ( 1) 分布式水文模型的深入研究为分布式侵蚀产沙模型提供了不少借鉴, 但如何在 分布式水文模型的基础上开发侵蚀模块还存在一些问题; ( 2) 目前国内分布式土壤侵蚀模型大都 基于黄土高原而得出, 模型有一定的局限性; ( 3) 当前的大多侵蚀产沙的关系式( 尤其是坡面侵蚀 关系式) 是经验型的, 汇沙的过程考虑得过于简单, 没有深入探讨水文与土壤侵蚀之间的关系; ( 4) 目前大多数分布式土壤侵蚀模型没有考虑次暴雨产流的时间变化与空间变化。