黄土丘陵沟壑区坡面尺度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

为研究黄土丘陵沟壑区多种因素对撂荒草地入渗特征的影响,采用野外自然降雨观测法,研究不同降雨特征（降雨量、平均雨强、降雨历时和最大30 min雨强（I₃₀））、土壤前期含水量、坡长（10 m、20 m、30 m、40 m和50 m）和植被盖度条件下土壤入渗特征差异,通过灰色关联度法判断影响撂荒草地入渗特征的主导因子。结果表明:①入渗量随降雨量、降雨历时和I₃₀增加而增大（R2>0.55,P < 0.01）;入渗补给系数随降雨量、I₃₀和平均雨强增大而减小（R2>0.12,P < 0.05）;平均入渗率随降雨强度、I₃₀增加而递增（R2>0.53,P < 0.01）。②入渗量和平均入渗率随前期含水量增加而减少,入渗补给系数随之增加而增大（R2>0.13,P < 0.05）。③入渗量、入渗补给系数和平均入渗率总体随坡长增加而增大（R2>0.56,P < 0.01）,但在坡长30 m和40 m之间存在临界坡长。④在入渗效率较高的情况下,植被对土壤入渗的影响并不显著,降雨特征和坡长成为主导因子。     

土壤侵蚀的中子活化示踪法研究

利用中子活化示踪法研究坡面土壤的侵蚀过程,发现坡面的相对侵蚀量从坡脚到坡顶随坡长的变化符合Weibull分布,其形状参数主要受降雨量、降雨历时和径流深度的影响,尺度参数主要与平均雨强、I₃₀相关.坡面在侵蚀的同时也发生沉积,一般来说短历时高强度的降雨沉积量较小,而长历时低强度的降雨沉积量较大,某一部位侵蚀产沙的沉积量与其距离之间有y=axb的关系.坡面径流直接影响着坡面的输移比,当径流深和径流系数较高时,输移比接近于1,否则输移比降低.     

植被影响下坡面侵蚀临界水流能量试验研究

坡面侵蚀临界水流能量是反映土壤抗蚀作用强弱的重要特征值.利用人工模拟降雨试验,定量研究了在45mm/h、87 mm/h和127 mm/h降雨强度下、20°陡坡面裸地、草地和灌木地的坡面侵蚀临界水流能量.结果表明,不同植被条件下坡面输沙率随径流切应力、单位水流功率和断面比能的增大而增大,有良好的响应关系.裸地、草地和灌木...     

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。     

三峡库区不同厚度紫色土坡耕地产流机制分析

土层厚度是影响坡面水文过程的决定性因素之一.通过野外模拟降雨试验(设计雨强60 mm/h),在小区尺度上研究了一个完整坡面上典型土层厚度紫色土坡耕地坡面产流机制.结果表明:对于地表径流,土层厚度为23 cm小区表现为饱和产流,而土层厚度为45 em和76 cm小区均表现为超渗产流;对于壤中流,土层厚度为76 em小区以...     

植被作用下土壤抗剪强度和径流侵蚀力的耦合效应

利用野外径流小区动态监测和人工模拟降雨试验,阐明了草被和灌木的减流减沙效应,从力学层面揭示了坡面侵蚀产沙的过程机理。结果表明,与裸地相比,野外坡面草地和灌木地径流量分别减少28.1%~56.5%和85.7%~100%、产沙量分别减少84.9%~90.7%和98.5%~100%;在人工模拟降雨强度下,草地和灌木地径流量分别减少51.9%~90.9%和61.7%~80.6%、产沙量分别减少93.6%~99.2%和95.5%~99.2%;植被具有明显的增强土壤抗剪强度的作用,不同植被坡面抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;不同下垫面条件下土壤黏聚力与坡面径流量和侵蚀产沙量呈显著的负相关关系,随着黏聚力的增大,径流量和侵蚀产沙量呈下降趋势;草地和灌木地坡面侵蚀临界径流切应力分别为裸地的2.64~3.16倍和2.44~3.18倍,建立了不同被覆坡面临界径流切应力与土壤抗剪强度和黏聚力的关系。研究结果对定量评价植被减蚀作用和深化土壤侵蚀力学过程有一定的参考意义。     

蒋家沟流域坡面侵蚀特征实验研究

受流域内物质成分、气候条件和复杂侵蚀营力的影响,蒋家沟流域坡面侵蚀现象甚为严重。根据流域内坡面物质成分、气候、降雨等方面分析了发生坡面严重侵蚀的原因;并进行了大量的人工降雨侵蚀实验,分析降雨坡面产流产沙过程和特征。实验结果表明径流随降雨时间和降雨量的增加呈跳跃和波动性增加,泥沙含量随降雨时间增加而逐渐减小。     

黄土丘陵沟壑区坡面尺度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

为研究黄土丘陵沟壑区多种因素对撂荒草地入渗特征的影响,采用野外自然降雨观测法,研究不同降雨特征（降雨量、平均雨强、降雨历时和最大30 min雨强（I₃₀））、土壤前期含水量、坡长（10 m、20 m、30 m、40 m和50 m）和植被盖度条件下土壤入渗特征差异,通过灰色关联度法判断影响撂荒草地入渗特征的主导因子。结果表明：①入渗量随降雨量、降雨历时和I₃₀增加而增大（R²>0.55,P<0.01）;入渗补给系数随降雨量、I₃₀和平均雨强增大而减小（R²>0.12,P<0.05）;平均入渗率随降雨强度、I₃₀增加而递增（R²>0.53,P<0.01）。②入渗量和平均入渗率随前期含水量增加而减少,入渗补给系数随之增加而增大（R²>0.13,P<0.05）。③入渗量、入渗补给系数和平均入渗率总体随坡长增加而增大（R²>0.56,P<0.01）,但在坡长30 m和40 m之间存在临界坡长。④在入渗效率较高的情况下,植被对土壤入渗的影响并不显著,降雨特征和坡长成为主导因子。     

由降雨侵蚀引起的山坡面水土流失预测的数学模型

数学模型包括：坡面水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程（水土流失方程）、坡面变形方程。考虑到坡面流的流速及非线性双曲型方程，采用迎风有限差分显格式来离散方程，编制计算程序，进行了计算。研究成果可以描述动态坡面降雨侵蚀过程，并可将研究成果扩展到整个小流域，从而为治理水土流失提供依据。     

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。     

黄土高原暴雨空间分布的不均匀性及点面关系

根据黄土高原13个中小流域的448场暴雨的统计分析,对这一地区不同类型暴雨空间分布的不均匀性进行了系统研究,内容包括流域面雨量离差系数、降雨不均匀系数、最大点与最小点的比值系数、点面关系以及降雨量的空间相关特性等。     

Study on rain-runoff process in the peripheral mountainous area of the Sichuan Basin

Studies on rain-runoff process in the peripheral mountainous area of the Sichuan Basin, which is regarded as a key ecological shelter, will contribute to flood control and environmental protection for the Upper Yangtze River Basin. In two typical catchments--the Fujiang River Catchment and the Wujiang River Catchment, rainfall simulations have been conducted to study the rain-runoff processes of yellow soil and limestone soil in three types of land use--forestland, farmland and grassland. Results showed that （1） within the same rainfall process, overland flow occurs first on farmland, then on grassland, and finally on forestland; （2） soil surface coverage has a great impact on the occurrence and amount of overland flow. The runoff amount can increase 2-4 times after the coverage is removed; （3） the infiltration before the occurrence of overland flow will decrease because of higher gravel contents of soil, but it takes no effect on infiltration once overland flow becomes stable; （4） the runoff coefficient of the limestone soil forestland is greater than that of the yellow soil forest land, but less than that of the farmland; （5） three empirical infiltration models, including Horton＇ model, Kostiakov＇ model, and modified Kostiakov＇ model, were compared by using the observed results under rainfall simulation. The results showed that the Kostiakov＇ model performed better than both the Horton＇ model and modified Kostiakov model. According to the results of this research, the Kostiakov＇s model can be used to simulate rainfall infiltration when water erosion is modeled in the peripheral mountainous area of the Sichuan Basin.     

Study on rain-runoff process in the peripheral mountainous area of tne Sichuan Basin

Studies on rain.runoff process in the peripheral mountainous area of the Sichuan Basin,which is re-garded as a key ecological shelter,will contribute to flood control and environmental protection for the Upper Yang-tze River Basin.In two typical catchments--the Fujiang River Catchment and the Wujiang River Catchment,rainfall simulations have been conducted to study the rain-runoff processes of yellow soil and limestone soil in three types of land use-forestland.farmland and grassland.Results showed that(1)within the same rainfall process,overland flow occurs first on farmland,then on grassland,and finally on forestland;(2)soil surface coverage has a great im-pact on the occurrence and amount of overland flow.The runoff amount Can increase 2-4 times after the coverage iS removed;(3)the infiltration before the occurrence of overland flow will decrease because of higher gravel contents of soil.but it takes no effect on infiltration once,overland flow becomes stable;(4)the runoff coefficient of the lime-stone soil forestland iS greater than that of the yellow soil forest land,but less than that of the farmland;(5)threeempirical infiltration models,including Horton'model,Kostiakov'model,and modified Kostiakov'model,were compared by using the observed results under rainfall simulation.The results showed that the Kostiakov'model per-formed better than both the Horton'model and modified Kostiakov model.According to the results of this research,the Kostiakov's model Can be used to simulate rainfall infiltration when water erosion is modeled in the peripheral mountainous area of the Sichuan Basin.     

四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的临界条件

探明强降雨下泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件对预防泥沙灾害及减少水土流失将起到至关重要的作用。选取典型的四川紫色土试验区鹤鸣观小流域为研究对象,采用数据分类统计对比分析方法,对试验站近10年降雨径流输沙资料进行分析,研究强降雨情况下次降雨量、降雨强度和降雨历时等对泥沙输移突增的影响,找出导致泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件。研究结果表明:四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的关键特征因子为次降雨量、降雨强度以及最大径流模数;同时各关键因子的临界值分别为降雨强度5.3 mm/h,次降雨量130 mm,以耕作方式为主的坡地最大径流模数临界值为6 000 dm3/（km2·s）,以种植林草为主的坡地最大径流模数临界值为3 000 dm3/（km2·s）。     

粤北石漠化地区土壤侵蚀初步研究

土壤流失是石漠化最基本的过程之一。本文采用广东省阳山县江英镇实验小区的观测资料,分析粤北岩溶山区不同土地利用类型的侵蚀差异。结果表明,裸地表层的养分流失速度很快,其侵蚀量是无人为扰动的原始草坡的60余倍,耕地的侵蚀量平均也达到原始草坡的15倍左右。有植被覆盖的原始草坡地和耕地的侵蚀量均与次降水量的相关性更高,而裸地的侵蚀量与连续30分钟最大雨强的相关性高,这一观测结果表明地表植被抵御短期强降水侵蚀土壤的效果明显。      

切沟中土壤水分的空间变化特征

切沟侵蚀不仅破坏土地资源，而且影响下游地区环境。目前的土壤侵蚀预报模型没有包括切沟侵蚀，因此研究切沟中土壤水分空间变化是建立切沟侵蚀模型的基础，也是恢复植被的基础。在陕西省安塞大南沟流域选择一个切沟，从1998-2000年连续 3年在 4～10月间对切沟不同部位土壤水分状况进行了观测。分析结果表明，切沟中浅层土壤水分空间分异规律明显，沟顶土壤水分状况较好，土壤容积湿度达到10．3％。沟坡则较差，但沿沟坡向下到沟底，土壤水分不断增加，分别为 6．3％、6．4％和10．4％。沟坡陡崖的土壤水分条件最差，接近凋萎湿度，容积含水量仅为4.6％～5.9％。沟底土壤湿度有所好转，为 7．7％。从雨季开始到结束，整体上土壤水分呈下降趋势，但随降雨事件发生波动。季节变化比较明显的是土壤水分条件好的部位，如沟顶、沟坡底部和沟底。尤以沟底变化最大。沟坡陡崖土壤湿度随季节没有任何变化。从1998-2000年，随降水量减少，切沟所有部位土壤湿度持续下降，即使在水分条件较好的沟顶和沟坡下部，土壤湿度也仅为 8．1％～8．8％，其它部位则都接近于凋萎湿度。土壤水分亏缺相当严重。切沟不同部位土壤水分的季节和年际变化主要受降雨入渗补给影响，而沟底则与径流的产生有关。因此应进一步研究不同降雨类型与径流产生、以及土壤湿度变化的关系。     

基于随机雨型的山洪灾害预警模式

针对雨型随机性所导致山洪灾害预警预报空报、漏报率过高问题,为提升山洪灾害预警精度,依据概率分布传递扩散原理,以雨型特征参数为控制条件,提出了基于参数控制的随机雨型生成法,建立了基于随机雨型的山洪灾害临界雨量计算模型及考虑决策者风险偏好的预警模式。以裴河流域为例,对不同雨型集下的临界雨量进行对比分析,并确定研究区6h临界雨量阈值空间。结果表明:雨峰位置、峰值倍比、前期土壤含水量对临界雨量的影响范围分别为32%~34%、33%~34%、15%~22%;雨型较前期影响雨量对临界雨量影响幅度更大;由雨峰位置系数和峰值倍比(r,bmax)双因子雨型集所确定的6h临界雨量阈值空间为98~185mm;考虑决策者不同风险偏好的临界雨量预警模式合理可靠,对更合理地开展山洪灾害预警工作具有指导意义。     

人工集水面临界产流降雨量确定实验研究

通过在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所皋兰生态农业试验站1998-1999年的降雨-径流观测实验,利用直线回归模型确定包括自然集水面在内的9种人工集水面的临界产流降雨量值(降雨阀值)。结果表明:在不受前期降雨影响下,自然黄土坡面、清除杂草自然黄土坡面和粘土夯实集水面的临界产流降雨量分别为8.5mm,8.0mm和4.1mm。在受前期降雨影响下,其临界产流降雨量分别为6.0mm,5.0mm和1.9mm。塑料膜、油毡、沥青和混凝土处理集水面的产流过程受降雨量和降雨强度的影响小,平均状态下其临界产流降雨量为0.1～1.5mm。塑料膜、油毡、沥青、塑料+小砾石和塑料+大砾石集水面的临界产流降雨量分别为0.13mm,0.21mm,0.17mm,0.98mm和0.85mm。混凝土集水面在干燥情况下的临界产流降雨量为1.48mm,在不干燥情况下的临界产流降雨量为1.16mm。