黄土坡面下坡位土壤侵蚀过程的模拟试验

在中国科学院水利部水土保持研究所,采用2个不同坡长小区室内模拟降雨试验方法,对黄土坡面下坡位侵蚀过程进行研究。结果表明:1)坡面下坡位侵蚀模数随降雨过程、降雨强度及坡度的变化均具有大小交错,上下波动的特征,侵蚀模数随降雨过程的变化总体呈先上升后趋于稳定的态势,随降雨强度的增大而增加,随坡度的增大而先增大后减小,再增大再减小;2)坡面上、下坡位侵蚀模数随降雨过程、坡度及降雨强度的变化均具有明显差异,下坡位明显不如上坡位;3)坡面上坡位汇流和下坡位产流与坡面上坡位输沙对坡面下坡位侵蚀模数的影响可用二元线性方程很好地描述,前者的贡献率为47.8%,后者为20.4%;只通过观测分析小区平均侵蚀特征得出的坡面侵蚀过程,掩盖了坡面下坡位的真实侵蚀过程,采取水土保持措施减少坡面上坡位汇流及增加降雨就地入渗,可以有效地治理坡面下坡位的水土流失。

水文条件对紫色土坡面土壤侵蚀及养分流失的影响

采用人工模拟降雨试验,研究水文条件对紫色土坡面土壤侵蚀及氮和磷养分流失的影响。试验处理包括2个施肥水平(低肥和高肥水平),4个水文条件(自由下渗、土壤水分饱和、壤中流、壤中流+降雨)和一个降雨强度(60 mm/h,历时60 min)。结果表明:壤中流+降雨和土壤水分饱和条件下的土壤侵蚀量分别是自由下渗条件下的3.1和1.7倍,同自由下渗相比,壤中流、壤中流+降雨和土壤水分饱和条件下,地表径流中NO3-N、HPO4-P的浓度和流失量有显著增加;低肥水平条件下,自由下渗、土壤水分饱和、壤中流和壤中流+降雨地表径流中,NO3-N的浓度分别是0.88、58.90、698.41和87.80 mg/L,对应水文条件下地表径流中,HPO4-P的浓度分别是0.252、0.322、0.811和0.383 mg/L,高肥水平条件下,径流中的NO3-N和HPO4-P的浓度也有相同的趋势;土壤水分饱和条件下,地表径流中NO3-N和HPO4-P的流失量分别是自由下渗条件下的27~39和1.3倍,壤中流+降雨条件下,地表径流中NO3-N和HPO4-P的流失量分别是自由下渗条件下的100~114和1.5~1.7倍,同时,壤中流+降雨和土壤...

径流曲线法在黄土区小流域地表径流预测中的初步应用

径流曲线法是目前国际上预测无径流观测资料地区降水地表产流的主要模型,由于气候、水文及下垫面的差异,在黄土高原地区的应用受到限制。利用黄土高原地区3个小流域的303场降雨径流资料,针对黄土高原降雨地表径流特点优化模型中的初损率λ,并提出降雨强度修正函数,将降雨强度因子引入径流曲线法。优化后的模型效率E达到0.812,实测径流深与预测径流深的线性回归决定系数R2达到0.822。改进后的SCS-CN模型可用于黄土区小流域降雨地表产流预报,对黄土高原无资料地区侵蚀产流预报、指导水土保持工程配置和设计具有重要的理论和工程实践意义。

黄土区不同土地利用方式下径流量的神经网络模拟

基于黄土坡面降雨—径流关系的复杂性且非线性特性,引用3层前馈型BP网络模型,对不同土地利用方式(草灌地、刈割地、翻耕地)径流量进行模拟,以植被盖度、降雨强度、坡度、土壤前期含水率和土壤容重5个因子作为输入层变量,次降雨下径流量作为输出层变量,并利用野外人工模拟降雨试验所得到不同降雨强度下各类土地利用径流小区的径流量实测资料,对网络进行模拟训练和预测,取得了较好的结果,平均误差不超过10%。研究结果表明,与传统回归统计方法进行了误差比较,该模型的预测精度更高。

草地覆盖坡面流水动力参数的室内降雨试验

为研究两种典型黄土的坡面流水力特性变化规律,进行了室内人工降雨试验。以草地盖度为主要影响因子,土壤质地和雨强为辅助影响因子进行分析。结果表明:同一盖度下,随雨强逐渐增大,流量和流速也随之增加;当盖度增加时,流量和流速随之减小。流速随降雨历时的延长而逐渐增大;当雨强增大时,流速曲线整体抬高;当覆盖度逐渐增大,流速曲线整体降低。平均水深随流速增大而减小;同一雨强下,盖度增加时氟汝德数Fr随之增加,雷诺数Re降低,而Darcy-Weisbach阻力系数f及曼宁粗糙系数n均大致呈增加趋势;对同一盖度,雨强增加Fr随之减小,Re逐渐增加,同时f和n均随之减小。因此草地覆盖度增加将改善坡面流水力性质,总体上减小了坡面流速,增加了阻力和粗糙度。

Raninfall and Slope Characteristics Affecting Soil Erosion on Hillsopes

A soil erosion model including interrill erosion and rill erosion was developed for hillslope. The rainfall and slope characteristics affecting soil erosion on hillslopes was analyzed by simulation. The results show that the slope length and gradient, rainfall intensity and process have varying influence on runoff and soil erosion. The unit discharge of runoff and erosion rate increases with increases in the rainfall intensity and the slope length. The same precipitation but with different rainfall processes may cause different runoff and erosion results. The effect of the slope gradient on runoff and soil erosion can be both positive and negative. There exists a critical slope gradient for runoff and soil erosion.

黄土坡面坡长对侵蚀一搬运过程的影响研究

通过不同降雨强度的模拟降雨试验,研究了15°时坡面坡长对黄土坡面侵蚀—搬运过程的影响。结果表明,坡面径流量随坡长的增加而增加,在50和75 mm/h降雨强度下,坡面径流量随坡长增加的幅度基本相同。在100 mm/h降雨强度下,当坡长小于5 m时,坡面径流量随坡长的增加幅度较小,而当坡长大于5 m时,坡面径流量随坡长增加的速率明显增大。在8 m坡长内,坡面侵蚀量随坡长变化呈波状起伏的交替变化;随坡长增加,坡面侵蚀现象呈现以侵蚀—搬运过程为主与以侵蚀—沉积过程为主的交替现象。

SR型野外人工模拟降雨装置

SR型人工降雨装置是一种多喷头、多单元组合式的间歇降雨装置。选用目前国内外较理想的喷头 ,在喷头处辅以可改变喷头降水方式的机械传动装置 ,以间歇方式降雨来满足其降雨强度 ,雨滴直径大小及其分布与自然降雨相似。每个单元的有效降雨面积为 2 m× 5 m;如果 4个单元组合成 ,其长度可增加 4倍 ,有效降雨面积即 2 m× 2 0 m。装置采用轻型铝合金材料制成 ,结构简单 ,易于安装拆卸 ,适用于野外工作。

黄土高原林草水土保持有效盖度分析

根据黄土高原绥德、延安、安塞和离石等地林、草地径流小区降雨侵蚀资料，对不同降雨和坡度下林、草地水土保持有效盖度进行了分析，建立了林地、草地水土保持临界有效益度与降雨及坡度的关系式。在土壤和植被类型相对稳定的条件下，林、草地的有效益度随着降雨和坡度的增大而增大，当临界有效益度达到一定程度时，降雨和坡度的影响减弱；在其它条件相同时，同一水土保持作用所要求的有效盖度草地比林地大。并结合降雨频率分析，得出了林、草措施抵抗不同年遇暴雨时的临界有效盖度。

黄土高原竹节形水平沟的断面设计

以陕北延安黄土高原为例 ,经分析得出 :(1)黄土高原在实施竹节水平沟整地工程时 ,设计暴雨可采用 10年一遇 3h降水 6 0 mm的标准 ;(2 )每个竹节的蓄水容积不得小于 2 .5m×1.2 m× 0 .35m

硬地面侵蚀产沙模拟试验研究

硬地面由于具有容重大、地表完全裸露、易受人为干扰等特性 ,因而其产沙特性有其自身的规律。在人工降雨实验模拟的基础上 ,对硬地面次降雨侵蚀产沙过程和影响硬地面侵蚀产沙的因素进行了初步探讨 ,为硬地面的侵蚀防治提供了科学依据

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅降雨装置

黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室土壤侵蚀模拟实验大厅自 1 992年竣工以来运转正常 ,在降雨面积之大、降雨强度调节范围之宽、降雨特性与天然降雨之接近程度、以及自动化控制程度等方面 ,目前均为全国之最。在土壤侵蚀实验研究中发挥了重要作用。在论述土壤侵蚀模拟实验重要意义的基础上 ,简要介绍了有关模拟降雨装置 (包括降雨喷头、供水管网等 )的设计依据、选型和布设安装等情况 ,并介绍了模拟降雨的基本特征。

地下供水条件下雨强对土壤养分流失的影响

为揭示土壤养分随径流流失的内在机制,采取地下供水方式使土壤入渗强度降低和人工降雨的方法,进行了雨强对土壤养分流失影响的试验研究。结果表明:供试土壤中养分的流失量随降雨强度的增大而增大,而在土壤内部养分迁移量很小;幂函数模型与指数函数模型相比,能更好地模拟黄土区坡面径流溶质浓度变化过程。

施加PAM的坡地降雨入渗过程及其模型研究

作为一种新型高效的土壤结构改良剂 PAM,在一定条件下能显著地提高土壤入渗能力 ,减小坡面径流。采用室内人工模拟降雨试验 ,研究了不同 PAM覆盖度下降雨产流随时间的动态变化及其与雨强、坡度的关系 ,以及入渗率随时间的变化规律 ,分析了 PAM、坡度、雨强对入渗率的影响。结果表明 ,地表施加 PAM后土壤的入渗率及稳定入渗率都比未施 PAM显著提高。通过对比施加 PAM后 Kostiakov入渗模型与 Horton入渗模型的显著性 ,表明 Horton入渗公式的适用性更好

黄土高原降雨空间分布的不均匀性研究

根据黄土高原13条流域的降雨资料，分三种雨型即局地强对流条件引起的小范围、短历时、高强度的局地性暴雨（A型暴雨），峰面型降雨夹有局地雷暴性质的较大范围、中历时、中强度暴雨（B型暴雨），峰面型降雨引起的大面积、长历时、低强度暴雨（C型暴雨）；选用流域面雨量离差系数Cv、流域降雨不均匀系数η和流域最大点与最小点降雨量比值系数α三种指标，分析了次降雨空间分布的不均匀性。