浅析蒋家沟流域侵蚀与产流产沙特征

蒋家沟的侵蚀菅力十分复杂,主要有水力侵蚀,重力侵蚀,人类活动侵蚀等.本文从流域滑坡堆积坡地物质成分、气候、降雨特征等方面分析侵蚀特征和产流产沙特征,并进行人工降雨侵蚀实验,得出一些有意义的结论.     

流域产沙模型研究进展

流域产沙模型是研究土壤侵蚀和水土流失的主要方法,是解决流域生态和环境问题的有效途径.对产沙模型的分类及研究进展进行了较为全面和系统的阐述,指出分布式流域产沙模型是该领域未来的发展方向.     

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.     

基于SWAT模型的晋江西溪流域产沙模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,对东南沿海晋江流域1972-1979年的年、月产沙进行模拟,选取相对误差RE,绝对误差MD,效率系数Ens,决定系数R2等4个指标用于模型适用性评价,并利用模型输出结果进行流域水土流失空间差异研究.研究结果表明该模型适用于东南沿海流域的产沙模拟,且精度较高;模型在降水量大的情况下,模拟的精度较高;西溪流域在模拟期内轻度侵蚀面积和中度侵蚀面积广布,分别占研究区总面积的46.0%和45.4%.     

柳河流域来沙与产沙分析

本研究也探讨了柳河流域悬移质泥沙颗粒特征,及泥沙粒径与径流量、含沙量间的复杂关系,及其对流域侵蚀产沙过程的反映。     

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。     

基于~(137)Cs示踪和WaTEM/SEDEM模型的黑土区小流域侵蚀产沙模拟

以位于东北典型黑土区的黑龙江省拜泉县双阳河中上游24个水库控制流域为研究对象,将137Cs核素示踪得到的土壤侵蚀强度数据用于WaTEM/SEDEM模型参数的校正,并利用24个水库流域的产沙数据进行验证。齐心水库流域25个不同土地利用土样点的土壤侵蚀强度表明,耕地侵蚀强度大,平均侵蚀强度为24.5t/(hm2·a),灌木林和草地侵蚀强度居中,平均侵蚀强度分别为5.6和9.5t/(hm2·a);林地侵蚀强度最小,平均侵蚀强度为1.1t/(hm2·a)。WaTEM/SEDEM模型校正得到了泥沙输移能力系数(Ktc)最低值和最高值的最佳组合为4m和8m,此时模型效率系数cNS达到最大值0.62。对24个水库流域模拟得到的年产沙量和产沙模数与实际产沙相关系数均达0.70以上。此核素示踪技术和模型模拟的有效结合,可为水沙资料稀缺的黑土区或类似地区的土壤侵蚀研究及水土保持合理实施提供理论指导。     

扰动土与非硬化道路侵蚀产沙规律研究

对扰动土与非硬化道路土壤侵蚀规律进行了研究。通过野外放水冲刷试验,分析扰动土与非硬化道路含沙量、产沙速率与冲刷流量之间的关系。扰动土的含沙量呈下降趋势变化,非硬化路面的含沙量在某一水平线上下波动;不同坡度下平均含沙量随放水冲刷流量变化不同,基本上呈上升趋势,有平缓式上升、快速上升、梯形上升。扰动土累计产沙量呈抛物线式上升,非硬化道路累计产沙量呈直线上升;在部分坡度下,扰动土与非硬化道路的产沙速率相近;不同坡度平均产沙速率随放水流量的增长速度不同;特别是扰动土坡面坡度大于11°,产沙速率有大幅度的增长,工程建设中应特别注意扰动土坡度大于11°的坡面。     

窟野河流域暴雨侵蚀产沙研究

利用窟野河流域的水沙资料，提出了降雨分布均匀性系数的概念。把降雨分布均匀性系数与前期影响雨量等定量指标一起引入暴雨侵蚀产沙过程的水沙传递关系中，建立了窟野河流域出口径流含沙量与流量、前期影响雨量和降雨空间分布均匀性系数的定量关系。止匕定量关系可用于多沙粗沙区流域次暴雨侵蚀产沙的预报和多沙粗沙区的治理。     

黄河中游风水两相作用对侵蚀产沙地域分布的影响

着眼于风力、水力两相作用，对黄河中游风沙—黄土过渡带高强度侵蚀的形成机理进行了研究,并提出用某一地点年降水量Pm与年均沙尘暴日数Dss之比Pm/Dss来定量表达风力、水力两相作用，称为风水两相作用指标.研究表明，风水两相作用通过对泥沙供应条件的调节，来控制悬移质泥沙的粗细颗粒搭配关系，并进而实现最优组合，从而使水沙两相流的输沙能力得到强化,地表物质抗蚀性和植被对地表物质保护作用的地域分布均与风水两相作用有密切的关系，因而形成了不同的地域类型;进而划分了风力作用主导类型、风水两相作用主导类型和水力作用主导类型等3种类型;认为产沙模数与年降水量、年沙尘暴日数和风水两相作用指标之间存在着非线性关系,在这3个关系中，均表现出一个产沙模数的峰值区，与之相对应的年降水量为350—450mm，年均沙尘暴日数为5—15d，风水两相指标值为30—80mm·d-1.这些成果丰富了著名的Langbein-Schumm关系的内涵，为其形成机理提供了一个新的解释.     

基于湖库沉积剖面137Cs变化的流域表层侵蚀速率计算模型

根据湖库沉积剖面中1970年以后的137Cs浓度递减速率,推导出农耕和非农耕流域平均表层侵蚀速率的理论模型.选择了国内外的一些湖泊和水库,利用实测数据和已有的研究资料对模型计算结果进行了验证.证明了该计算模型的在小流域尺度上有较高的精确度,为流域侵蚀产沙估算,特别是对无常规观测数据地区水土流失的评价提供了便捷的替代性技术方法和途径.     

黄土坡面水蚀动力与侵蚀产沙临界关系试验研究

坡面水蚀动力与侵蚀产沙关系是水蚀预报的关键问题之一.本文通过光滑水槽试验和模拟冲刷试验,对坡面水流动力学特性(径流流速、剪切力以及能耗)及其与侵蚀产沙关系进行了系统研究.结果表明,坡面薄层水流呈滚波流特征,坡面流流速沿程变化呈波动趋势,随流量和坡度的增加而增大;坡面单宽径流剪切力、单宽径流能耗和坡面径流单宽输沙率随流量的增加而增加,随坡度呈抛物线趋势变化,说明坡面土壤侵蚀过程存在临界坡度,在本试验条件下,临界坡度位于21—24°之间.坡面单宽径流输沙率和单宽径流剪切力、单宽径流能耗之间均存在良好的线性关系.     

坡面产沙理论模型

坡面产沙计算是水土流失预测模型的基础.本文基于泥沙运动力学的基本概念,在概化的坡面上考虑影响侵蚀产沙的主要因素及其水力学关系,推导出坡面产沙量的计算公式.通过与坡面产沙实验资料对比,说明提出的坡面产沙计算公式结构合理,待定参数确定后可以作为预测坡面产沙的计算模型.     

黄土高原沟坡重力侵蚀的理论模型

重力侵蚀是黄土沟壑区土壤侵蚀的重要组成部分,其发生条件及侵蚀量受多种因素制约且具有一定随机性.本文通过运用水力学、土力学等力学方法对重力侵蚀主要影响因素进行分析,建立起沟坡重力侵蚀的概化力学模型,同时运用模糊及概率分析等数学方法将黄土沟坡的稳定问题转化为失稳概率,作为沟坡崩塌发生的预报条件,从而实现了考虑沟谷水流侧向切割,降雨入渗影响下的重力侵蚀模拟,为在黄土高原沟壑区进行水沙计算提供了基本方法.     

密云水库流域土地利用变化对产流和产沙的影响

密云水库流域是北京市的重要水源地,近年来在流域内点源得到有效控制的条件下,面源污染上升为密云水库水质污染的主要原因.将可表征土地利用变化对水文响应影响的分布式水文模型SWAT应用于密云水库流域,并采用1986-1991年下会和张家坟两个水文站点数据对径流量和泥沙负荷进行了率定和验证;应用GHS技术,对密云水库流域20世纪90年代初、中、末三期土地利用图进行了分析处理,并分别输入到率定好的SWAT模型中计算潮河和白河流入密云水库的径流量和泥沙量.研究结果表明:密云水库流域90年代中期土地利用情况发生了较大的波动,土地利用变化对产流和产沙产生了显著的影响.与90年代初期土地利用相比,在90年代中期土地利用条件下,潮河流域从1986年到1991年这6 a间年平均径流量将削减3.5%,泥沙量削减13.3%;白河流域6 a内年平均径流量削减4.0%,泥沙量削减53.0%.因此,加强对流域内土地利用的管理,对改善密云水库水质具有十分重要的意义.     

典型喀斯特石漠化地区降雨产流产沙特征

为分析喀斯特石漠化地区降雨对水土流失的影响,以贵州省关岭-花江石漠化治理示范区2018年雨季17次侵蚀性降雨的产流产沙数据为例,对水土流失监测径流小区的次降雨特征、降雨产流产沙特征及两者相关性进行分析。结果表明:研究区不同土地利用方式坡面次降雨径流系数平均值为0. 175,降雨大部分入渗。不同径流小区降雨产流产沙存在显著差异,5块样地产流大小为柚木(Tectona grandis)地火龙果(Hylocereus undulatus Britt)地裸地花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim)地荒草地,产沙大小为柚木地火龙果地裸地荒草地花椒地。植被覆盖度、土壤厚度对坡面降雨产流、产沙均影响较大,土地利用方式及植被类型对坡面降雨产沙影响次之,对降雨产流影响较小。对径流小区的次降雨径流深、次降雨产沙模数及描述次降雨特征的各指标进行相关性分析,降雨产流与次降雨量之间相关性最好,5块样地平均相关系数为0. 864;降雨产沙与降雨总动能之间相关性最好,5块样地平均相关系数为0. 785。     

陕北沙黄土区现代侵蚀过程及其成因

本文根据野外考察,指出陕北沙黄土区的现代土壤侵蚀过程表现为风、水两相营力的共同作用,形成的地表形态具有风成和水成的双重性特征,在区域分布上具有交错性.这是由营力的季节性强弱对比和地表组成物质的区域差异所形成的.区内主要地面物质沙黄土可以分为细沙质沙黄土和粉沙质沙黄土,二者对风力和流水的抗侵蚀性不同.     

不同作物种植模式下坡耕地产流产沙的模拟研究

产流产沙是坡耕地水土流失的主要形式,为探讨不同种植模式对坡耕地产流产沙的影响,采用室内人工模拟降雨试验方法,在同一坡度、3种雨强下对坡耕地7种种植模式进行模拟试验。结果表明：1)不同种植模式下坡面产流量随雨强增大而增大,初始产流时间随雨强增大而缩短。坡面产流量趋势为先逐渐增大,之后(10 min左右)逐渐趋于稳定。C单种模式减流效果最差;A-B-C套种模式减流效果最好;低矮作物单种及参与的套种模式能更好促进降雨入渗。2)不同种植模式下坡面产沙量与雨强呈正相关,低矮作物参与的种植模式径流含沙量变化幅度较小,中、高单种或套种模式径流含沙量变化复杂。小、中雨强下,A-B-C套种模式减沙效果最好;大雨强下,A-B套种模式减沙效果最好。低矮作物参与的种植模式减沙效果优于中、高作物单种其套种模式。3)不同种植模式下产流量和雨强均呈极显著正相关。B、C单种模式与A-B-C套种模式产沙量与雨强有相关关系,其余模式与雨强的相关性不显著。综上,低矮作物单种及低矮作物参与的套种模式能有效减流、保土,因此坡耕地在进行农作物种植时应考虑增加低矮作物参与种植,避免造成大量水土流失。