天目湖流域丘陵山区典型土地利用类型氮流失特征

天目湖丘陵山区农业综合开发持续推进,大量林地转变为茶园,迫切需要认识茶园扩张对流域氮流失的影响.本研究选取茶园、次生马尾松林和毛竹林开展自然降雨条件下的径流小区实验,分析天目湖丘陵山区典型用地类型径流氮流失规律,为评估丘陵山区综合开发的水环境影响提供实测参数.研究表明:茶园、次生马尾松林和毛竹林地表径流TN浓度分别为11.25、2.83和3.60 mg/L,均以溶解态为主;壤中流TN浓度分别为27.16、3.59和1.06 mg/L,茶园和次生马尾松林均以溶解性无机氮(尤其是硝态氮)为主,毛竹林以溶解性有机氮为主;茶园、次生马尾松林和毛竹林的小区尺度地表径流系数均不到0.03,壤中流是丘陵山区径流的主要来源;茶园开发加剧了丘陵山区的氮素流失,茶园径流TN流失强度高达103.08 kg/(hm²·a),分别是次生马尾松林和毛竹林的7.6和23.2倍,壤中流贡献了流失总量的86.7%~99.7%.防治茶园径流氮流失需重点关注壤中流输出,在减量施肥的基础上,采取坡脚构建毛竹林生态缓冲带/在小流域出口布设塘坝等原位拦截措施,实现流域氮流失综合防控.     

太行山片麻岩区坡地渗流集蓄技术

在分析国内外雨水利用历史、现状的基础上,对太行山片麻岩坡地的水文地质结构及特性进行了分析。结果发现,坡地的表层被一层双重、非均匀的复杂介质所覆盖,具体表现为“上覆土壤、下伏岩石”的“岩土二元结构体”;岩土二元结构坡地的空间变异性,特别是岩一土之间存在凹凸不平交界面的水文地质特性,为坡地侧向渗流的集蓄创造了条件,该技术创新了雨水集蓄的形式,在中国北方石质山地具有广泛的推广与应用价值。     

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。     

模拟暴雨条件下农田磷素迁移特征

开展三次重复人工暴雨试验,研究太湖流域平原河网区农田磷素在暴雨径流过程中的迁移输出特征,结果表明,地表径流是暴雨径流过程农田磷素迁移的主要途径,地表径流水相和侵蚀相磷素迁移量分别占总磷输出量的58.50%和34.69%;随壤中水流输移的磷素仅占总磷输出量的6.81%,磷素迁移以颗粒态为主,约占总磷输出量的60.73%,溶解态磷素以无机磷酸盐输出为主,溶解态磷素更易于在土壤中运动,地表径流与壤中流磷素输出特征对比分析显示,土壤对磷素具有较强的滤减作用,尤其对总颗粒态附着磷浓度的消减效果明显,可达80%以上,尽管暴雨径流过程中磷素迁移以地表径流为主,然而在降雨丰富的太湖地区,一般降雨条件下壤中流是产流的主要形式,同时壤中流溶解态磷流失占有较大的比例,对区域水环境恶化具有重要贡献,因此加强壤中流溶解态磷素输移和控制研究具有重要意义.     

太行山区坡地水文地质特性与渗流集蓄技术研究

太行山片麻岩区的浅层地下渗流是一种普遍现象,多以壤中流和裂隙潜流的形式出现在坡地的下部或流域的出口处,对这部分水资源进行合理收集是我国北方石质山地雨水利用的重要方面。以四水(降水、地表水、土壤水、裂隙水)转化为出发点,在分析太行山片麻岩区坡地水文地质结构的基础上,提出了"岩土二元结构体"的概念,并通过坡地岩土水分与水势的测定,得出了坡地岩土不同埋深处的水分特征曲线,同时,根据岩土水分特征曲线,对坡地介质的复杂性与空间变异性从机理上给出了进一步的解释。在此基础上,提出了一种对坡地渗流进行集蓄的新技术,该技术是对传统雨水集蓄形式的发展与创新,对北方土石山地雨水利用技术的发展具有重要贡献。     

紫色土坡地壤中流特征

壤中流是紫色土坡地径流的重要组成部分。通过野外人工模拟降雨试验,研究了不同降雨条件下紫色土坡地壤中流特征和地表状况变化对壤中流的影响,结果表明:①未扰动荒坡地壤中流径流系数是裸露坡耕地的3～15倍,平均流量是坡耕地的7～33倍,荒坡地和坡耕地壤中流特征差异在大雨强条件下表现更为明显;②坡耕地壤中流径流系数随降雨强度的增加而显著减少,但荒坡地壤中流受雨强的影响不明显;③荒坡地壤中流随地表状况变化而改变,植被覆盖的减少和降雨对疏松地表的压实导致壤中流明显减少。     

长江三峡花岗岩林地坡面降雨渗流与水土流失关系研究

在大量的野外观测试验的基础上,根据土壤水分的形态和能态,对长江三峡花岗岩林地坡面降雨渗流机制进行了分析研究,研究发现在试验区当降雨强度大于表层土壤入渗率,即地表产生积水的情况下,长江三峡花岗岩林地坡面优先流在土壤含水量未达到最大毛管持水量时开始产流,早于土壤渗流产流的时间;在降雨强度小于表层土壤入渗率,即地表不产生积水的情况下,土壤渗流产流早于优先流产流;从壤中流产流过程来看,在地表不产生积水的条件下,土壤渗流先于优先流产生;在地表产生积水而土壤水分含量未达到最大毛管持水量的条件下,优先流先于土壤渗流产生。在两种情况下,优先流的峰值都先于土壤渗流。     

泥石流多发区蒋家沟流域的下渗与产流特点

在云南东川蒋家沟泥石流源区多个典型点,进行野外下渗试验得出蒋家沟流域宽级配土的下渗特征。试验发现:1.下渗曲线皆较好满足霍顿下渗公式;2.下渗率比较大,主要土壤红黄壤的各种土地利用类型的稳定下渗率都在0.08 mm/s以上;3.不同土壤类型的稳定下渗率按大小排序依次为:砾石土>红黄壤>燥红土,红黄壤的各种土地利用类型的稳定下渗率按大小排序依次为:耕地>林地>灌木丛>裸地(滑坡后壁)>草地。蒋家沟流域宽级配土决定了降雨时壤中流产流占有很大比例,在径流场进行人工降雨,采集前期土壤水、壤中流和降雨样品,通过测试其中的稳定同位素浓度,利用同位素分割径流的原理,发现前期土壤水在壤中流产流中起着不可忽略的作用。降雨时,大量雨水下渗入土体,使孔隙水压力增加,前期土壤水位于湿润峰的前端,因此壤中流产流初期,前期土壤水占有很大的比例,达到86.46%,随着降雨时间的持续,雨水逐渐取代前期土壤水的作用,导致产流中本次降雨的比例逐渐升高,试验结束时达到85.63%。可以推断,短历时暴雨时,降雨强度大于下渗率,该流域以超渗产流为主,易发生坡面泥石流;长时间小强度降雨时,该流域以蓄满产流为主,壤中流占有很大比例,本次降雨是泥石流暴发的诱发因素,但不一定是水量的主要供给源。     

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。     

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...