沙层特性对沙盖黄土坡面产流产沙变化贡献的定量分析

沙盖黄土坡面产流产沙方式独特,侵蚀过程复杂,量化降雨过程中该类坡面产流产沙变化影响因素贡献的大小对揭示其侵蚀机理具有重要的意义。基于室内模拟降雨试验,定量分析沙层厚度（2 cm、5 cm和10 cm）和粒径组成（100%粒径≤ 0.25 mm、75%粒径≤ 0.25 mm +25%粒径> 0.25 mm、50%粒径≤ 0.25 mm+50%粒径> 0.25 mm、未处理原沙和100%粒径> 0.25 mm）在降雨过程中对产流产沙变化的影响和贡献。结果显示：沙层厚度增加能明显延长产流时间,减少总产流量,增加总产沙量,增大降雨过程中产流产沙的变异性;随沙层粒径组成变粗,初始产流时间和产沙量无明显变化规律,产流量有增大趋势。沙层厚度、粒径组成及二者交互作用对初始产流时间变化的贡献率分别为68.03%、15.77%和3.85%。沙层厚度对降雨不同时段15 min产流量和不同历时总产流量的贡献率分别在23.89%~52.22%和41.10%~48.94%之间,对相应产沙的贡献率分别在29.19%~62.01%和13.53%~30.31%之间。整体上沙层粒径组成变化对产流产沙量变化的贡献率小于沙层厚度,且无明显规律。沙层厚度和粒径组成交互作用对产流量和降雨中前期产沙量的影响显著（p < 0.05）,其对产流产沙变化的贡献率分别在13.12%~26.62%和3.22%~43.12%之间,不同降雨时段变化明显。研究结果说明,沙层厚度决定沙盖黄土坡面产流产沙过程,其和沙层粒径组成对产流产沙的影响和贡献随坡面沙层的侵蚀演化而动态变化,且二者的交互作用也不容忽视。     

燕山土石山区降雨和下垫面条件对坡面侵蚀产沙的影响

为了揭示燕山土石山区水土流失规律,基于坡面径流小区定位观测资料,对坡面尺度一定降雨和下垫面条件下土壤侵蚀产沙状况进行了分析,拟为区域水土流失防治提供参考。研究结果表明:平均降雨强度和产流降雨量是引起坡面土壤侵蚀的主要因素,降雨历时和坡面土壤侵蚀产沙量之间的相关性不明显;坡面径流小区的土壤侵蚀模数随着坡度的增加呈指数增大趋势,当坡度超过20.42°后坡面土壤侵蚀模数呈快速增加趋势;坡面径流小区的侵蚀模数随着坡长的增加呈先增大后减小的趋势,在坡长为22.26 m处达到最大值,说明该区域坡面侵蚀可能存在临界坡长,在22 m左右;坡面土壤侵蚀模数随着植被覆盖度的增加呈减小趋势,但是覆盖度为60%的草地和覆盖度为90%的草地的侵蚀模数差别不大,说明水土流失治理中存在着临界植被覆盖度;梯田、鱼鳞坑、水平阶等整地工程由于改变了下垫面条件,能够有效蓄水拦沙,减弱坡面土壤侵蚀。     

黄土坡面产流产沙过程及微地形变化特征

坡面土壤侵蚀过程不仅可以通过坡面的产流产沙过程反映,还可以通过降雨过程中坡面微地形变化特征来反映。对9°、12°、15°、20°、25°坡度下面积较小坡面模拟降雨,获取降雨过程中径流泥沙数据及降雨前后坡面微地形变化数据。结果显示：（1）初始产流时间随着坡度的增加先增加后减小,且初始产流时间较长;（2）15°、20°时的产流率不稳定,18 min后产沙率规则性波动起伏;（3）随着坡度的增大,降雨过程后坡面比表面积值随着坡度的增大而增大,坡面的高程变异系数都有所增大。     

西宁盆地黄土区不同草本植物和坡形条件下坡面产流产沙特征

为进一步研究不同草本植物和边坡坡面形态对坡面产流产沙的影响,以西宁盆地毛鸡湾流域长岭绿化区作为试验区,设计了直形和阶梯形2种坡形,选取3种优势草本老芒麦(Elymus sibiricus Linn.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)作为试验供试种,通过人工模拟降雨试验,探讨了种植不同草本和坡形条件下,边坡坡面的产流、产沙和入渗特征。结果表明,在直形边坡中,裸坡坡面的产流时间小于种植草本植物坡面,且垂穗披碱草坡面和老芒麦坡面的形成产流时间相对较长,为4 min。与直形边坡相比,垂穗披碱草阶梯形坡面产流时间相对最长,为8 min;在直形边坡中,垂穗披碱草坡面和老芒麦坡面累积径流量、累积产沙量和径流系数相对最小,分别为51.42 L/min、160 g、14.98%,51.25 L/min、210 g、14.93%,细茎冰草坡面的累积径流量、累积产沙量和径流系数分别为96.97 L/min, 700 g, 28.25%;垂穗披碱草坡面和老芒麦坡面稳定入渗速率相对最大,其值为0.38～...     

黄土坡面不同植被恢复阶段的减流减沙效益研究

在延安燕沟流域退耕黄土坡面,根据植被状况建立不同植被恢复阶段(耕地、草地、灌木地、林地)径流小区,分析在退耕还林(草)工程实施以后,不同植被恢复阶段的减流减沙效益。结果表明,与坡耕地相比,各小区的减流减沙效益为:林地>灌木地>草地,草地和灌木地的减沙效益大于减流效益。对比草地和灌木地刈割前后的产流产沙量,可以看出,草地和灌木的减流效益有80%以上是由于地表枯落物及根系拦蓄径流造成,刈割后产沙量有明显增加,表明处于植被演替初级阶段的近地表层生态功能仍然比较脆弱,仍需进行封育保护。     

黄土坡面不同侵蚀带侵蚀产沙关系及其机理

黄土梁峁坡面土壤侵蚀具有明显的垂直分带性,不同侵蚀带具有各自的侵蚀产沙特点,且彼此相互影响,坡面侵蚀产沙分配受降雨强度和降雨能量的制约,随着雨强和降雨能量的增加,坡面侵蚀产沙量的最大部位由细沟侵蚀带向浅沟侵蚀带过渡,坡面侵蚀产沙强度变化的本抽为侵蚀方式的演变,坡面复合侵蚀带的径流模数明显小于对应的单一侵蚀带径流模数,而其侵蚀模数则明显大于对应的单一侵蚀带侵蚀模数,溅蚀片蚀带的来水来沙可吏细沟侵蚀带     

岔巴沟流域次暴雨坡面土壤侵蚀经验模型

坡面土壤流失预测、水保效益评估,无不需要坡面侵蚀模型。本文以岔巴沟流域坡面径流场降雨水文资料为基础,建立了次侵蚀性降雨坡面土壤侵蚀模型、次降雨坡面细沟侵蚀模型,并对各模型的精度进行了分析。结果发现模型具有较好的预报精度,对大侵蚀产沙事件预测很准;坡度、最大10分钟雨强、植被覆盖度是影响次侵蚀性降雨主要因子,坡度、最大10分钟雨强、降雨量是影响细沟侵蚀主要因子,植被覆盖对细沟侵蚀产沙影响很小。     

黄土沟壑区黑麦草植被冠层与根系坡面水沙效益及水力特性

基于野外人工模拟降雨试验和黑麦草全植被结构、根系结构及裸坡结构,通过设置不同雨强(30 mm·h-1、60 mm·h-1和90 mm·h-1)和不同下垫面坡度(1°、3°和5°),对坡面产流产沙特征、水力参数分布变化及坡面侵蚀特征和水力特征关系进行了分析,揭示了不同草被结构类型下坡面产流产沙特征与水力特性.结果表明:随...     

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。     

坡面草被覆盖对坡沟侵蚀产沙过程的影响

通过室内放水冲刷试验方法,研究了坡沟系统坡面不同草被覆盖度及空间配置下,坡沟系统侵蚀产沙变化过程及特征。结果表明,放水流量较小时,覆盖度越高,侵蚀产沙量越小;坡面草被不同空间配置下的产沙量大小依次是：坡上部 > 坡中部 > 坡下部。大流量时,不同草被覆盖度间的产沙量差异增大,不同草被空间配置下的产沙量变化规律不十分显著。沟坡产沙比随坡面草被覆盖度的增加呈指数增加,大流量比小流量下的增加幅度要大。坡面草被布设在坡下部时,其对沟坡侵蚀的危害最大。坡沟系统侵蚀产沙变化过程是增加-稳定-下降,其变化的阶段性不如单一坡面明显。     

江西泰和县森林生态系统水源涵养功能评估

森林生态系统综合水源涵养能力是林冠层、枯落物层和土壤层蓄水能力的总和。本文根据江西泰和县 2003 年森林资源二类调查,结合文献收集,从3 个作用层评估了泰和县森林生态系统的水源涵养量及其空间分布格局,比较了不同森林类型、林龄、海拔、坡度下的林冠降雨截留能力,枯落物最大持水量和土壤蓄水能力。结果表明,林冠层平均截留率为16.31%,枯落物层持水率为2.14%,土壤层蓄水率为81.55%,3 个层次总截留和蓄水量为1.41 亿m³。各种森林类型水源涵养量由大到小依次为：杉木林>马尾松林>湿地松林>阔叶林>毛竹林>灌木林> 混交林>经济林。幼林龄、中林龄、近熟林、成熟林和过熟林水源涵养贡献率分别为17.58%、65.39%、14.18%、 2.48%和0.37%,涵养水源能力随林龄的增加而增加。空间上,泰和县森林生态系统的综合水源涵养力表现出从东西两侧向中部递减的分布。不同立地条件下林分的合理经营与管理对于整个森林生态系统水源涵养功能的发挥具有重要的作用。     

半干旱沙地樟子松林降雨再分配特征

森林植被的降雨再分配过程是影响区域水资源利用效率以及生态系统生产力的重要因素.于2018年5—8月观测27 a生樟子松人工林降雨再分配特征,探究降雨再分配的比例变化对林地水分平衡的影响机制,分析、量化林内穿透雨、林冠截留、树干径流、枯落物层入渗部分产生的阈值.结果 表明:樟子松林内穿透雨量占同期降雨量的86.45％,穿...     

祁连山青海云杉林截留对降水的分配效应

为了评估青海云杉林的水源涵养服务功能,选择祁连山西水林区排露沟流域青海云杉林,定位监测了在2006年中共83次降水事件的截留分配效应,观测期降水总量为394.2 mm,林冠截留、茎流和穿透水量分别是139.1、1.96和253.1 mm,林冠截留率、茎流率、穿透率分别为35.28%、0.50%和64.22%,当林外降水量>0.8 mm时才观测到林内穿透雨,而大于13.60 mm时,才观测到树干茎流。林冠对降水的截留分配与降水量、降水形态以及林分特征密切相关。冠层截留量、茎流量和穿透量与降水量均呈正相关,冠层截留率与降水量呈负相关,而茎流率和穿透率呈正相关;林冠对降雪的截留强于降雨,而降雨的穿透量强于降雪,同一降水事件下树干茎流量随着胸径的增大而增加。青海云杉林冠的几何形态结构(枝叶的分布与排列)不利于形成树干茎流。     

林冠对降雨截留能力的研究

林冠截留能力是指在理想条件下林冠枝叶对任意降雨量的最大吸附量,随降雨量的增加而增加。当降雨量足够大时,林冠截留能力就等于林冠截留容量。所以,林冠截留容量是林冠截留能力的最大值。借鉴水文学中蓄满产流理论,构建林冠截留降雨能力模型。此外,结合一个具体林分的实测资料,介绍了林冠截留能力的近似确定方法,并与模型的模拟结果进行了比较。结果表明,两者非常吻合,表明文章建立的林冠截留能力模型是有效的,可以用于评判和比较不同林分对降雨截留作用的大小。     

黄土土壤结皮对产流临界雨强的影响分析

依据野外资料,从影响产流的各项因子出发,分析黄土高原典型区土壤结皮对产流临界雨强条件的影响,得出:在该区特殊的超渗产流方式下,土壤结皮降低入渗,使得产流时的临界雨强条件降低,因而大大提高了产流的可能性。但是,在实际情况下,雨强变异很大,应考虑不同雨强情况下土壤结皮对产流量的影响。而在室内条件下,各项因子均是可控的,一般情况下,雨强恒定,产流时的临界雨强条件降低,意味着产流提早,必然带来产流量的增加。     

陇中黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复模式下次降雨产流产沙特征

基于甘肃省清水县汤峪河径流小区2015—2017年的观测数据,研究不同植被恢复模式条件下坡面次降雨入渗、产流产沙特征。结果表明：不同植被恢复模式条件下的土壤入渗量与降雨强度呈二次函数关系,存在入渗量达到最大值的临界降雨强度。入渗速率与降雨历时可以用幂函数关系表达,符合考斯恰可夫入渗模型。不同植被恢复模式条件下的产流率在0.003 3~0.003 6 mm·min^-1之间,相对裸地的减流率为54%~58%。产流率与降雨强度之间呈二次函数关系（R²>0.88）,产流率的主要影响因素是降雨强度。径流含沙量平均值乔灌混合区（3.13 g·L^-1）>灌木林（2.95 g·L^-1）>乔木林（2.79 g·L^-1）>草地（2.58 g·L^-1）,径流含沙量与降雨强度呈线性递增函数关系。裸地的产沙量显著高于各植被小区（P<0.05）,是各植被小区的43~57倍,各植被小区的减沙率在93%~94%之间,减沙效益高于其减流效益。各植被坡面土壤流失量与降雨侵蚀力呈线性递增函数关系;产流率与侵蚀产沙率之间呈极显著正相关关系（P<0.01）,二者间可采用二次函数关系表达。本研究成果可为黄土高原丘陵沟壑区水土保持优化配置提供理论依据。     

不同雨强对裸露坡地水土流失的影响研究

运用坡面径流小区法,研究了闽北裸露坡地水土流失与不同雨强的关系,结果表明：1）裸露坡地径流量受雨强的影响较小,小雨和中雨时径流量与雨强呈线性相关,大雨时径流量与雨强不相关．2）雨强对土壤流失量的影响高于对径流量的影响．在降雨量相近的情况下土壤流失量与平均雨强呈线性关系．3）各时段雨强与裸露坡地的土壤流失量的相关性表现为,I10〉I30〉I60,在不同雨型时均以I10的拟合效果最好．     

不同雨强对裸露坡地水土流失的影响研究

运用坡面径流小区法,研究了闽北裸露坡地水土流失与不同雨强的关系,结果表明：1）裸露坡地径流量受雨强的影响较小,小雨和中雨时径流量与雨强呈线性相关,大雨时径流量与雨强不相关．2）雨强对土壤流失量的影响高于对径流量的影响．在降雨量相近的情况下土壤流失量与平均雨强呈线性关系．3）各时段雨强与裸露坡地的土壤流失量的相关性表现为...     

The hydrological response and nutrient loss of certain horticultural ecosystems

Surface runoff, sediment output, and input and output of precipitation nutrients were studied in ber (Zizyphus mauritiana) and pomegranate plantations in the Indian arid zone of Rajasthan during 1993–96. Over 77% of rainfall events were small with low intensity and prolonged duration. High magnitude rainfall (>50 mm) accounted for less than 2% of the rainfall events. Surface runoff was significantly different across the plantations and size of micro-watersheds. Average surface runoff was less than 10% of incidental rainfall, indicating the prominence of deep percolation. Sediment output was positively related to surface runoff. Rainfall added a significant amount of nutrients to the orchards. The extra-system of input was greater than loss through surface runoff plus sediment output. Nutrient loss as particulate matter was more than in solution.