降雨引起的坡面黑土侵蚀厚度的计算

为了计算降雨引起的坡面黑土层侵蚀厚度,建立了坡面变形(冲刷厚度)的数学模型.模型包括坡面水流连续方程、水流运动方程、侵蚀方程(水土流失方程)、坡面变形方程.实现了对降雨引起的坡面黑土层侵蚀厚度的数值计算,该成果可预测黑土层流失的年限,为防治水土流失、减轻地质灾害、合理使用耕地和保护生态环境提供科学依据.     

黄土沟壑区流域重力侵蚀模拟

重力侵蚀是土壤侵蚀的主要形式之一．在黄土高原地区,重力侵蚀对土壤侵蚀总量、高含沙水流特性和水沙过程的尺度现象等都具有重要贡献但由于重力侵蚀机理复杂、发生随机性强以及缺乏直接观测资料,对重力侵蚀过程的模拟研究一直是土壤侵蚀领域的薄弱环节．笔者将一个基于土体失稳的沟坡重力侵蚀理论模型在数字流域模型框架下与坡面降雨径流和土壤侵蚀模型、沟道不平衡输沙模型耦合集成,并解决了重力侵蚀模型在流域中应用的一些具体问题,使重力侵蚀模型能够根据沟坡的几何形态、黄土的力学特性、降雨导致的土体含水量及力学性质变化、沟道水流对沟坡的淘刷等物理因素的影响,合理模拟流域中的重力侵蚀过程．将模型系统应用于岔巴沟流域和无定河流域,得到了重力侵蚀的分布及其占总侵蚀量的比例,模拟结果基本可信．     

考虑沟-坡分异的黄土高原大中流域侵蚀产沙模型

针对黄土高原坡面沟缘线上、下侵蚀产沙分异显著的特点,以及机理模型在大中流域不易应用的现状,利用基于Hc-DEM的沟缘线自动提取技术,划分流域沟间地和沟谷地地貌单元.在改进坡长因子算法和改造沟坡侵蚀模型的基础上,提出沟间地运用通用土壤流失方程为模型框架评估面蚀为主的坡地侵蚀,沟谷地运用改造沟坡侵蚀模型评估冲蚀为主的沟谷侵蚀,并与泥沙输移比分布模型集成确定流域侵蚀产沙分布的模型体系.经在北洛河上游流域检验,模型体系能良好模拟流域多年平均侵蚀产沙,在年际尺度也具有较好可靠性,可为黄土高原大中流域水土保持效益评价和水土流失防治规划提供技术支撑.     

黄土地区小流域次暴雨侵蚀产沙研究

通过坡面模拟降雨实验，分析了黄土地区坡面降雨径流产沙过程的主要影响因素，建立了坡面径流含沙量与坡面流量、前期土壤含水量、土壤干容重之间的定量关系。应用实测资料分析了黄土地区暴雨径流侵蚀产沙特点，建立了考虑流域前期土壤含水量和径流涨落段的含沙量与流量之间的水沙传递关系，建立了小流域次暴雨侵蚀产沙模型。经用实测资料计算检验，此模型对小流域次暴雨侵蚀产沙过程及产沙总量的计算结果都具有较高的精度。     

不同雨强和坡度条件海涂盐土边坡侵蚀细沟发育过程

采用室内人工模拟降雨试验,在不同坡度(11.3°、21.8°、35.0°)和降雨强度(85 mm/h、110 mm/h、125 mm/h)条件下,模拟海涂盐土边坡细沟发育过程。坡面侵蚀细沟发育动态采用数码摄像进行监测,通过Image-Pro Plus(IPP)6图像分析软件对图像和数据进行整理。结果表明:(a)不同坡度和降雨强度条件下,径流产生后,很快在坡面形成细沟且细沟沟网密度变化较快;细沟数量、细沟深度、细沟平均宽度和细沟密度均随降雨时间延长而增大。(b)缓坡度条件下,土壤跌坑发育慢,细沟侵蚀率低;随着坡度增大,坡面跌坑形成后水流聚集迅速,水流侵蚀冲刷力强,细沟发育快。(c)细沟发育越深,坡面细沟数量也越多;坡面侵蚀率与细沟平均深度及水流雷诺数分别在p0.05和p0.01水平上呈显著的正线性相关关系。     

流域泥沙过程机理分析

黄土高原地质地貌复杂，是黄河流域的主要泥沙源区，并以黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区为代表．沟壑区的不同部位具有不同的侵蚀产沙现象，并在不同的空间尺度上表现出迥异的水沙运动规律．为此需将流域分为坡面与沟道两大系统分别研究，本文描述坡面侵蚀产沙、沟坡区重力侵蚀和沟道水沙运动的主要现象，分析各水沙过程的主要机理．揭示出可依据坡面径流建立坡面侵蚀产沙模型；根据水流的诱发作用，用沟坡土体失稳的随机力学模型模拟沟坡重力侵蚀；考虑影响水沙运动的多种要素，建立沟道系统的高含沙水沙模型．流域泥沙过程机理的研究为建立符合实际物理图景的水沙模型系统，完成流域泥沙过程模拟提供基础。     

基于KINEROS2对坡面径流侵蚀及总氮流失的模拟分析

坡面土壤侵蚀及养分流失是造成土地生产力下降、地表水体富营养化等环境问题的主要原因.采用物理模型对次降雨条件下坡面径流量、侵蚀量及养分流失量进行准确估算具有重要意义.本文通过不同降雨强度(20、50、75mm/h)、不同坡长(1、5、10、15、20m)下径流小区内人工模拟降雨试验,分析了坡面径流侵蚀特征及总氮(TN)流失特征,构建了估算坡面总氮流失量的经验模型,并将其嵌入基于次降雨的KINEROS2(A Kinematic Runoff and Erosion Model)模型中进行模拟验证.结果表明:降雨强度是影响坡面径流率、侵蚀率及总氮流失率的主要因素;降雨强度、坡长及其交互作用与径流量、侵蚀量之间呈多项式关系(决定系数R~20.95);坡面总氮主要以结合态的形式流失,且坡面TN流失量与径流量、侵蚀量之间呈一元线性关系(R~20.92);KINEROS2对次降雨条件下坡面径流量、侵蚀量的模拟精度较高(相对误差RE,0.03%～11.31%);嵌入坡面TN流失模型的KINEROS2对径流中TN流失量、泥沙中TN流失量及坡面TN流失量模拟效果较好(R~20.91,纳什系数NSE0.76).     

人工降雨条件下南方坡耕地水土流失特征

利用稀土示踪技术和径流小区法在人工降雨条件下研究南方地区坡耕地水土流失特征.研究发现:坡面侵蚀量与降雨强度有关;坡面侵蚀泥沙主要来自坡面的中部和下部,其中坡面上部只占总侵蚀量的10%左右,而中坡和下坡占总侵蚀量的90%左右,下坡侵蚀量最大,占总侵蚀量50%左右;降雨强度、土壤团聚结构、渗透率和土壤含水量导致第一次人工降雨的侵蚀量、侵蚀泥沙中各稀土元素的含量最大;第二次人工降雨的侵蚀量比第一次人工降雨的小,但比后面3次人工降雨的侵蚀量大.同时探讨了南方地区侵蚀研究的重要性和特点、人工降雨所测结果的应用,以及侵蚀泥沙来自于中部和下部的机理.     

降雨入渗-地表径流下延安卸荷黄土边坡侵蚀演化特征

明确卸荷黄土边坡降雨侵蚀规律对地质灾害防治和流域生态治理具有重要意义。以延安卸荷黄土边坡降雨侵蚀灾害为研究背景,利用自行开发的降雨入渗-地表径流黄土边坡试验平台,研究降雨强度、降雨历时对卸荷黄土边坡入渗量、径流量、土壤流失量以及坡体含水率的影响,揭示降雨作用下卸荷黄土边坡侵蚀演化规律。研究结果表明：1）降雨初期坡面雨水以入渗为主,入渗量约为地表径流量的2～8倍;随着降雨历时增加,地表径流量呈增加趋势,雨水入渗量呈减少趋势;短历时强降雨条件下地表径流量小于入渗量,而持续强降雨条件下地表径流量大于入渗量。2）坡面侵蚀产沙量与降雨强度呈正相关关系,持续强降雨条件下的土壤流失量约为短历时强降雨的10.81倍。3）地表土体含水率随降雨次数增加呈现快速增长到缓慢增长再到平稳状态的发展过程,随降雨强度降低呈减小趋势;相同雨强下,持续强降雨下的地表土体含水率较短历时强降雨增长了9.62%;坡面中、底部浅层土体含水率增长速率高于坡面顶部。4）持续强降雨下边坡侵蚀灾变演化过程为雨水入渗→浅表层土体增湿→坡面密集溅蚀坑→地表径流→浅、细、短的侵蚀沟槽→深、宽、长的侵蚀沟槽→坡体浅层滑塌,坡面侵蚀破坏范围表现...     

坡长对红壤侵蚀影响人工降雨模拟研究

为解决南方红壤丘陵区裸坡面水土流失问题,该文采用人工模拟降雨(雨强30—150mm/h)结合试验土槽等方法(坡长分别为1、2、3、4、5m,坡度20°),研究了不同雨强下坡长对红壤侵蚀的影响,并初步探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施的合理坡长,结果表明,产沙量随坡长的延长呈增大趋势,二者的关系可用幂函数(R20.80)表示,雨强越大,产沙量增速越快,增量越大.坡长延长相同长度时,产沙量不呈比例增加,初步建议在南方红壤丘陵区裸坡面可每隔4—6m设置水土保持措施,有效缓解坡面水土流失.坡面侵蚀产沙量随着雨强的增大而增加,坡长越长,产沙量随雨强增加速度越快,二者呈幂函数关系(R2=0.99),60mm/h左右是红壤丘陵区侵蚀增强的临界雨强;雨强、坡长与产沙量均呈正相关关系,雨强对裸坡面侵蚀产沙量的影响较坡长大.该研究为南方红壤丘陵区裸坡面水土流失治理提供一定的理论依据.     

基于GIS和RUSLE的星云湖流域土壤侵蚀空间分布特征

研究星云湖流域水土流失,揭示水土流失的空间分异规律,能够为该流域水土流失治理提供理论基础。根据典型的土壤侵蚀RUSLE模型,选用能体现流域特点的估算模型分别计算出了降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子等五个因子,运用ArcGIS空间分析工具计算出星云湖流域土壤侵蚀模数,并统计分析流域的侵蚀状况。结果表明:星云湖流域土壤侵蚀以微度侵蚀为主;剧烈侵蚀主要分布在流域的北部和东部区域,其中,子流域中主要集中在螺浉河小流域和北部坝区小流域,乡镇中主要在路居镇,用地类型主要为其他用地和耕地;其次流域内平均侵蚀量最大的地形主要集中于25°~35°之间,以半阴坡坡向为主。应加强螺浉河小流域和北部坝区小流域的水土流失治理,坡度大于25°和坡向为半阴坡的区域水土流失较为严重,不适宜耕种,应加强退耕还林工作,优化未利用地的管理,有针对性地对流域内水土流失进行治理与防治。     

流域水环境模型及应用

 流域水环境模型是研究流域水环境问题的重要工具。梳理了流域尺度水环境污染模型及水质风险评价方面的模型,基于流域水环境的污染负荷、水质模拟对整个流域合理规划、管理管控的重要性,从水环境污染负荷模型、水质模拟模型及水环境质量评价3个层面,探讨了各类水环境模型的特征及适用性。结合农业非点源与城市非点源污染负荷模型、稳态与动态模拟水质模型、确定性与不确定性水质评价模型,剖析了流域水环境模型的研究应用进展。     

小流域水土流失的数学模型及数值模拟

为了描述小流域水土流失的水量、含沙量过程线,实现水土流失动态模拟,通过对小流域整个水土流失过程数学模型的建立及计算程序的编制,实现了对小流域整个水土流失过程的数值模拟.并通过有限的野外实验研究来校正模型中的参数:通过改变模型中的参数和输入值,可以模拟、预测不同条件(包括地形坡度)下的水土流失情况,有助于揭示水土流失因子之间的相互作用机制,探讨不同耕作方式和水保措施下水土流失的规律,为水土流失防治、减轻地质灾害、合理使用耕地和保护生态环境提供科学依据.     

流域洪水模拟通用模型结构研究

在分析流域水流特性的基础上,提出了流域可分解为一系列特征对象和流域洪水运动由水位场确定的概念,特征对象由基本元素组成,将节点水位作为模型基本变量,通过各种流域基本元素间的水量交换函数,采用数据驱动运行机制建立了流域洪水模拟通用模型,并用实例验证了方法的可行性。     

流域洪水演进模型通用算法研究

提出现实世界、抽象世界和模型世界的概念,通过对基本对象型的赋值,把现实世界映射到抽象世界.在抽象世界里,流域由基本对象组成,基本对象由基本元素组成,构造基本对象的模拟模型,建立水量交换函数和节点水位方程.采用矩阵标识法求解节点水位,由水量交换函数的回代得出所有流域对象的水力要素.在抽象世界里构建模型,用矩阵标识法求解,实现了流域洪水演进模拟,算法具有通用性.     

流域山坡平均坡度的模糊分析

运用模糊数学中的模糊聚类理论将流域样本分为2类,用逐步回归分析方法对各类样本进行分析,建立了山坡平均坡度与流域影响因子之间的回归方程.研究结果表明:用该方程计算出的洪峰流量与按传统方法计算的流量相比很接近且偏于安全,相对误差在5%以内;此外,用该方法对流域的划分结果与实际情况比较吻合,而且在现有桥梁的水文检算中可以节约大量时间.     

长江流域生态环境问题及其成因

分析长江流域上中游的水土流失与地质灾害、中下游的洪涝灾害、长江口的赤潮、长江水质污染、流域生物多样性变化、流域内人群健康等问题;论述了长江流域生态环境恶化的成因:森林植被的锐减是造成水土流失的主要因素,区域自然地理特征是洪灾和地质灾害的基础,污染物的大量排放造成了长江水质的污染和长江口的赤潮,水利设施的兴建使得濒危物种增多,城市化增加了洪灾损失;提出了保护和恢复长江流域和谐生态环境的有效措施:增加环境建设的投入和增强人们的环保意识,重视森林植被的保护等.     

水位变化条件下波浪侵蚀坡面微地貌演变过程

大量水利工程的修建形成大量的水库,由于水利工程有调控水资源的需要,水位涨落在所难免,这种条件下波浪对库岸的侵蚀与水位固定时必然不同．利用水槽模拟试验,研究水位在涨、落以及固定时波浪对20。边坡的侵蚀．结果表明,水位涨落时与水位固定时波浪侵蚀过程有明显不同．水位下落时15～30rain为主要侵蚀时间段,中部土体侵蚀严重,水位上涨和固定时中上部土体侵蚀严重．3种水位条件下,侵蚀率都呈现先快后慢的趋势．水舌作用是波浪侵蚀的重要因素之一．当对库岸进行构件保护时,可考虑以消减水舌拍击坡面的力量为主要手段．     

缺资料流域SWAT适宜性模型校准新方法及应用

基于SWAT分布式水文模型,以伊犁河上游流域为研究区域,针对缺资料流域水资源评价关键问题,发展了一套综合流域特征、多时间尺度、多变量和多站点的适宜性模型校准新方法,应用中取得了较好的模拟结果:各站点在校准期和验证期均拟合较好,NSE和r~2均在0.6以上,最高达0.83,RE均在8%以内.结果表明模型在该校准方法下,较好地再现了流域的水文过程,其模拟结果可供流域水资源评价和管理参考.