人工模拟降雨条件下紫色土坡地产流产沙特征研究

基于人工模拟降雨研究三峡库区径流小区在大雨强下产流产沙对15°,25°两种坡度的响应特征.结果表明:在降雨过程中,产流时间随着坡度的增加而变短.径流流速随着产流历时的增加,先增加,后减小.径流量随着产流历时的增加而增大,且坡度越大其值越大.在产流过程中径流携带的侵蚀泥沙量呈现先陡增、再陡降,最后趋于稳定的现象,25°坡度下侵蚀泥沙量峰值较大,峰值出现时间也相应提前.建立径流流速与侵蚀泥沙量的回归模型,15°坡度下径流流速随着侵蚀泥沙量的增加而减小,25°坡度下径流流速随着侵蚀泥沙量的增加而变大.     

坡度与雨强对磷和稀土元素径流输出的影响研究

通过系列室内人工降雨模拟试验,观察了不同坡度(5°、10°、15°、20°、25°)和不同降雨强度(43mm/h、83mm/h、115mm/h)组合条件下,3种外源稀土元素Nd、Ce、La和磷素随土槽坡面径流输出的特征.结果表明,92%以上的外源稀土元素和磷素都是以径流颗粒物形式输出,且3种外源稀土元素与磷素随径流输出的总量均呈极显著的相关性;在不同雨强下,外源稀土元素和磷素随径流流失总量与坡度呈二次抛物线型关系,即随坡度增大而增大,但土槽坡度增加到一定程度时存在转折点,临界坡度的变化范围为22—26°.     

高速公路边坡水土流失机理与养护管理研究

对重庆市梁忠高速公路填方路基边坡土壤开展室内模拟降雨试验,分析不同降雨强度和坡度条件下坡面产流和产沙的规律;结果表明:在0. 6 mm/min、0. 9 mm/min、1. 2 mm/min降雨强度条件下,起始产流时间随坡度呈减小趋势,当土体坡度一定时,起始产流时间不断减小,地表径流强度随着降雨强度的增大而增大;当降雨强度一定时,土体的起始产流时间随土体坡度增大逐渐减小,从而反映出地表径流强度不断增大;降雨强度对土壤侵蚀的临界坡度有一定影响,但两者具体变化关系需进一步研究。另外,通过高速公路边坡水土流失机理进行了研究,展开了高速公路边坡水土流失主要诱因分析,提出了科学的高边坡的养护管理措施。     

基于侵蚀过程的喀斯特坡耕地土壤重金属迁移机制

为探索喀斯特坡耕地土壤重金属元素随径流迁移机制,通过人工模拟降雨试验方法,系统研究了不同降雨强度和坡度下Cu、Zn和Ni元素随地表径流迁移转化机制。结果表明:(1)不同处理条件下坡面产流量呈上升趋势,在产流10～20 min后达到峰值并趋于稳定,同时降雨强度越大,坡度越陡,产流量越高。(2)不同处理条件下产沙量均呈先迅速增加后缓慢减少的变化趋势,产沙量与降雨强度呈正比,且在相同降雨强度下存在临界坡度。(3)供试土壤中重金属均以残渣态为主,随着产流时间的延长,径流中溶解态Ni和Cu元素变化无明显规律,上下波动幅度不大,溶解态Zn在径流中含量低于检测下限,而颗粒态Cu、Zn和Ni含量基本呈现先快速上升又逐渐下降的变化趋势,与径流产沙量变化趋势一致。     

不同降雨强度下三种典型农田土壤非点源氮输出研究

以河南淮河流域典型土壤砂姜黑土、褐土、潮土为对象，人工模拟0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/min降雨强度下径流产出、泥沙流失、氮元素输出状况，研究降雨强度与土壤类型对非点源氮元素输出的影响，为量化淮河流域农田非点源输出负荷、建立本地化非点源污染模型、制定区域非点源污染防治策略等提供依据.结果表明：降雨强度越大，径流量、泥沙流失量、氮元素输出负荷及其平均产出速率均较大；土壤类型对径流产出影响较小，对泥沙流失量与氮元素输出负荷有一定影响；径流中氮元素平均浓度以2.0 mm/min降雨强度时最大；三种土壤的累积氮元素输出负荷均随降雨强度的增大而增大，增加幅度较明显的降雨强度，砂姜黑土为1.0、2.5 mm/min，潮土为1.0、3.0 mm/min，褐土为1.5、3.0 mm/min；氮元素通过泥沙输出的量占总输出量的81.57%以上.降雨强度、土壤类型均对径流产出、泥沙流失、氮元素输出等产生影响，氮元素输出负荷具初期冲刷效应.控制产流初期氮流失与泥沙流失是减少农田非点源氮输出负荷的重要途径.     

喀斯特坡耕地裸坡侵蚀性降雨产流试验研究

为揭示喀斯特坡耕地土壤侵蚀驱动力——产流过程及机制,本研究采用人工模拟降雨试验,通过模拟典型喀斯特坡耕地耕作层、地表微地貌和地下孔(裂)隙构造,探索不同雨强(30,50,70和90mm/h)、坡度(5°,10°,15°,20°和25°)、地下孔(裂)隙度(1%,2%,3%,4%和5%)组合下坡耕地产流特征.结果表明:(1)对于地下产流降雨(雨强为30mm/h),喀斯特坡耕地坡面不产生地表径流,降雨全部转化为地下径流;不同地下孔(裂)隙度下的地下产流率大致相当,而不同坡度下的地下产流率差异较大.(2)对于地表产流降雨(50和70mm/h),地表地下均产生径流,其中地表产流率随坡度增加而增大,且随地下孔(裂)隙度增大而减小,而地下产流率则相反;(3)对于极端降雨(雨强90mm/h),地表产流率随坡度增加而增加,随地下孔(裂)隙度增大而减小,而地下径流则与地表径流相反.地下径流是喀斯特坡耕地主要产流方式,地下孔(裂)隙度和坡度共同影响着径流分布,而降雨强度决定着地表径流和地下径流率.     

喀斯特地区坡耕地细沟侵蚀产流产沙过程及特征

为研究喀斯特地区坡耕地不同条件下产流产沙特征,通过野外细沟侵蚀模拟实验,分析径流侵蚀的发展机理及其影响因素,深入研究径流侵蚀过程的产沙特征,结果表明：在相同流量下,试验区表现为坡度越大初始含沙量越高,且地表含沙量随降雨时间的增加呈不同程度递减趋势,仅红枫湖含沙量随降雨时间呈“双波峰”状态;流量为5 L·min-1下,坡度增加到20°对径流含沙量有一定的抑制作用,10 L·min-1流量下,含沙量均随坡度增大呈不同增加趋势,且与坡度均呈显著正相关,相关系数分别为0. 985、0. 913、0. 938、0. 910;南明区试验点计算得到的Kr值最低,抗侵蚀能力最强。对于各试验点,含沙量总体随时间增加呈递减趋势,并与坡度存在显著正相关,且黏粒含量越高土壤抗蚀性越强。     

土壤容重对红壤坡地降雨侵蚀和入渗的影响

通过室内坡面模拟降雨试验,在长200cm、宽30cm、坡度15°的径流小区上,雨强控制在80～85mm/h范围内,研究亚热带红壤土坡面5种不同容重(1.05、1.1、1.15、1.2、1.25g/cm3)产流形式和侵蚀产沙、产流强度的关系.结果表明:地表径流和壤中流是亚热带红壤的主要产流形式,在总降雨量中的比例随容重的不同而不同.5种容重的地表径流比例都达97%以上,壤中流仅占产流的一小部分.但是壤中流在一定程度上对降低土壤侵蚀增加降雨入渗起到一定作用;壤中流初始产流时间、产流强度先随容重变大而减慢、减小,后随容重增大而加快、增大;容重1.15g/cm3时,总产沙量与总溅蚀量是最小的.     

非饱和土边坡饱和区降雨强度-时间临界曲线

为研究降雨入渗边坡产生饱和区的临界条件,使用基于MVG模型的土体饱和度表征降雨强度的计算方程.当土表面饱和度首次达到0.9以上时,饱和度持续稳定在0.9±0.005为饱和区出现的临界判据,数值计算得出土柱和边坡的饱和区临界降雨强度与降雨时间.通过数据拟合构建了饱和区降雨强度-时间临界曲线模型,分析了不同坡度、有效降雨强度对临界曲线的影响.结果表明:饱和度表征降雨强度的计算方法可使土体表面饱和度达到预定值,平均精度为-0.008;有效降雨强度较大时,坡度为50°~60°的边坡,坡度越大产生饱和区的耗时越短,反之耗时越长;坡度30°~40°为易发浅层滑坡的“危险坡度”.     

扰动高沙土侵蚀规律的试验研究

为了指导施工过程中扰动高沙土堆放及其防护措施,采用人工模拟降雨试验,研究了工程扰动高沙土的水力侵蚀规律.试验结果表明:扰动高沙土坡面降雨初期径流泥沙浓度较高,而后呈逐渐下降趋势;侵蚀量与降雨量正相关,低于15°时,产生侵蚀的最小启动雨量约为5 mm;扰动高沙土在20.0°~26.5°之间存在临界坡度,与降雨量相比,坡度对侵蚀量的影响更为明显;侵蚀量与径流量正相关,单位径流的侵蚀量与坡度呈抛物线关系.坡度超过15°时,通过技术措施减少坡面径流量是控制坡面侵蚀的有效手段.