具有水窖设施的梯田苹果地抗暴雨侵蚀研究

针对2013年延安地区极端暴雨径流侵蚀条件下土壤侵蚀严重、水土资源利用效率低等问题,通过对陕北安塞县方塔村带有水沙调控措施的梯田—水窖—苹果水土流失状况进行定位监测,基于收集的降雨资料,研究该梯田内水沙调控措施在抗御暴雨条件下的防蚀作用和土壤侵蚀规律,结果表明:该梯田能够抗御暴雨的冲刷,各阶梯田土壤侵蚀都在中度侵蚀以下,平均土壤侵蚀模数仅为该区多年平均的1/7。集中性的高强度降雨对黄土高原土壤侵蚀起决定性作用,本文基于安塞水土保持试验站坡面土壤侵蚀预测预报模型,给出了适宜该区具有水沙调控措施的梯田土壤侵蚀预测预报模型,得到在I₃₀=0.24 mm/min前提下,当年降雨量小于191.1 mm时,土壤能够维持较高的生产力;当年降雨量小于997.13 mm时,该区土壤侵蚀模数可控制在多年平均水平以内。梯田内修建的水窖、梯壁植草、地表枯枝落叶以及梯田质量等因素的综合作用在抗御暴雨侵蚀过程中起到了重要作用。     

大棚梯田侵蚀规律及其防蚀措施

通过对陕西省安塞县马家沟流域龙泉寺的典型黄土高原丘陵沟壑区大棚梯田定位监测,研究了大棚梯田的侵蚀规律。结果表明,大棚梯田侵蚀与棚面面积、降雨量、产流量及梯田防护措施有关,其中产流量起决定作用;发生侵蚀的临界月累计降雨量为198mm;大棚梯田在无相应防蚀措施情况下,单位面积梯田上大棚面积所占比例应小于0.5(平均土壤侵蚀量小于469.7t/km2)。根据大棚梯田的侵蚀特点,提出了相应的防护对策。     

黄土丘陵沟壑区梯田暴雨侵蚀状况及规律分析

针对2013年延安百年不遇暴雨造成的黄土丘陵沟壑区梯田侵蚀灾害严重、水土资源利用率低等问题。选取安塞县马家沟流域曹新庄梯田作为典型研究对象,在进行野外监测的基础上,分析了梯田在百年不遇暴雨条件下的梯级侵蚀灾害发生规律。结果表明:按高程最上级梯田侵蚀轻微,依次往下梯田侵蚀面积所占百分比逐渐增大并且增加明显,上部梯田主要以面蚀为主,仅发生轻微沟蚀,下部梯田面蚀、沟蚀都比较严重。梯田侵蚀量与梯田汇水面积、地表径流量等条件有关,影响梯田侵蚀灾害发生的主要因素是地表径流量。该区2013年6—9月延安百年不遇暴雨梯田平均侵蚀模数为20 659.7 t/hm²,超过该区平均年侵蚀模数的47.6%,6—9月月降雨量侵蚀的临界值为118.8 mm。布置水沙调控措施层层拦蓄径流是保证梯田安全的重要措施。     

极端暴雨条件下黄土高原水平梯田损毁情况调查分析——以岔巴沟流域“7·26”特大暴雨为例

2017年7月25日20时至26日8时,陕西榆林市11个县区遭遇特大暴雨侵袭,我们于当年10月对位于暴雨中心的岔巴沟流域的梯田损毁情况进行了专项调查。首先通过室内Google Earth近实时影像结合GIS绘图在流域内确定梯田位置和数量,根据修建时间、利用和植被类型将这些梯田分类。在流域内空间分布均匀地选择不同类型典型梯田并进行野外实地测量,统计各类型梯田的损毁情况、损毁形式并估算各类型梯田的土壤侵蚀模数及其流域平均侵蚀模数。结果表明:岔巴沟流域梯田以≤ 4 hm²规模为主,梯田数量上占91.4%,面积上占了50.7%。暴雨造成梯田的损毁形式以田埂表层结皮脱落、田埂滑塌崩塌、田埂冲毁、田面陷穴穿洞为主,有人为干扰时会产生更加剧烈的后果。暴雨造成的梯田损毁侵蚀坑大部分为深度0~0.5 m的侵蚀。老梯田农地、老梯田乔木和老梯田草地侵蚀坑发生频率远远多于新机修梯田,保持在20~36处/100 m。新机修梯田的侵蚀测坑发生频次少,为5处/100 m,但深度可达4.8 m,后果严重。不同类型梯田损毁产生侵蚀模数差异较大,老梯田农地、老梯田草地和老梯田乔木的侵蚀模数为34 000~37 000 t/km²,新机修梯田为19 404.3 t/km²,老梯田灌木侵蚀模数最低,为5 958.4 t/km²。流域内梯田平均侵蚀模数为30 733.4 t/km²。通过本次调查,掌握不同类型梯田在极端暴雨条件下的损毁情况,为黄土高原梯田保护及修复提供数据支持。     

延安极端降雨特性分析及对梯田侵蚀灾害影响

针对以增暖为主要标志的全球变化导致气候变率增大,极端天气气候事件和灾害发生更为频繁,造成人口、农业经济生产、基础设施风险扩大的现实,以2013年造成延安多地严重受灾极端降雨特性及其对梯田侵蚀影响严重为例,基于延安站多年逐日降雨资料和梯田侵蚀实地测量资料,分析了该极端降雨的特征并探讨了其对梯田侵蚀灾害的影响。结果表明:(1)延安2013年降雨总量达到959mm,比1951—2012多年平均降雨量高出448.8mm,其中7—9月降雨量达到761mm,占全年降雨量的79.4%,最大月降雨7月为568mm,达到万年一遇标准;(2)延安2013年极端降雨侵蚀性降雨和暴雨次数多,暴雨总量大,同时降雨出现短历时中强度、中历时高强度、长历时强侵蚀弱输沙的新变化;(3)延安2013年极端降雨下连片梯田侵蚀剧烈,侵蚀模数和相对高差与汇水面积之间存在显著关系,梯田中下部侵蚀严重,最大土壤侵蚀模数达到54 049.50t/km2,该研究可为水土保持农业梯田工程设计提供依据,同时将为气候变化条件下有效应对该类极端降雨采取永久措施和临时措施及适应性调控提供科技支撑。     

台风“利奇马”暴雨引发的土壤侵蚀调查研究——以山东省临朐县为例

[目的]实地调查极端降雨事件下的土壤侵蚀特征,探寻水土流失治理中存在的问题,为人类应对极端天气灾害提供科学依据。[方法]以受2019年8月9号台风"利奇马"暴雨影响较大的山东省临朐县为调查区域,采用资料分析与野外调查相结合的方法,分析曾家沟、耿家沟典型小流域的坡面侵蚀、道路侵蚀及弥河上游各级河道的冲淤情况。[结果]"利奇马"台风过境期间,暴雨中心的雨量站降雨量达到50 a一遇标准;林草地、撂荒地基本无细沟侵蚀发生,坡耕地细沟侵蚀模数为4 560～19 500 t/km~2,梯田田面上细沟集中于承接上方汇水的位置;受植被保护或石坎梯田的田坎完好,而其他类型田坎滑塌严重。调查样地滑塌侵蚀模数301～36 321 t/km~2,田坎滑塌最为严重;河岸尤其是弯顶处冲刷严重,河道回流区、两河交汇处、拦河坝以及桥梁上游等淤积量较大。[结论]小流域的水土保持措施可减少暴雨造成的土壤侵蚀量。建议针对不同部位和利用类型的土地设计修建适宜的蓄排水和保土措施,并加强对农民的水土保持型农艺培训,提升极端暴雨下的水土流失防灾减灾能力。     

基于WEPP模型的多级梯田暴雨侵蚀模拟初步研究

针对2013年6—9月份安塞县马家沟多级梯田遭受暴雨侵蚀严重等问题,运用新一代水蚀预报模型WEPP模型对马家沟多级梯田在暴雨条件下的侵蚀情况进行模拟,并将WEPP模型模拟的结果与实测资料进行了对比。结果表明:WEPP 模型能够较好地模拟黄土丘陵区多级梯田在暴雨条件下的径流量以及土壤侵蚀量,随着梯田级数的增加,WEPP模型对径流量与侵蚀量的模拟精度逐渐降低。由于受该区地下水的影响,模拟径流量总体小于采用径流系数法算得的径流量,由于梯田田埂的防蚀作用,模拟土壤侵蚀量总体大于实测侵蚀量。研究为黄土丘陵区梯田防蚀以及梯田修筑提供科学依据及有效方法,为黄土丘陵区多级梯田的暴雨侵蚀预测提供了合理化建议。     

基于RUSLE模型的湟水流域土壤侵蚀时空变化

研究黄河上游土壤侵蚀的时空变化对于维持黄河上游生态系统服务功能、保护黄河上游水塔具有重要意义。以黄河上游典型区域湟水流域为研究区,采用RUSLE模型定量评估了该流域2000—2015年土壤侵蚀的时空变化特征,并分析了有无梯田措施下土壤侵蚀的空间变化,从而量化了梯田建设对防治坡面土壤侵蚀的影响。结果表明:2000—2015年,湟水流域的土壤侵蚀强度整体呈现减小趋势,侵蚀模数由1 183 t/(km~2·a)降低至940 t/(km~2·a),减少幅度为20.54%。不同土地利用类型以及不同坡度下的土壤侵蚀强度均有所降低,其中耕地上的减幅最大为20.58%。15°～20°坡度区间的侵蚀模数减幅最显著,为23.11%。通过有无梯田措施情景模拟发现,湟水流域2015年土壤侵蚀模数由940 t/(km~2·a)降低至有梯田的837 t/(km~2·a),减少11.00%。研究结果可为流域的水土流失防治和生态环境保护提供科学依据。     

草海流域土壤侵蚀特征研究

应用地理信息系统软件的空间分析功能,从土壤侵蚀空间分布特征和流域平均土壤侵蚀模数的角度对草海流域土壤侵蚀现状进行了分析,并提出了水土保持建议.研究表明:草海流域土壤侵蚀面积占流域总面积30.58％,以轻度侵蚀为主,草海流域平均土壤侵蚀模数为870t/km2·a,属于轻度侵蚀地区,中度以上侵蚀主要分布在西南部、东部、南部...     

典型黑土小流域侵蚀强度时空变化特征——以海伦市光荣小流域为例

为了系统反映黑土区典型水蚀小流域土壤侵蚀特征，基于连续的Landsat TM/OLI影像计算NDVI,并基于优化后的土壤和土地利用参数，结合实地调查，利用中国土壤流失方程(CSLE)、基于单位流量加权侵蚀沉积模型(USPED)分别模拟了海伦市光荣小流域2000—2021年间平均土壤侵蚀模数和侵蚀沉积分布格局，并通过融雪侵蚀模型(SHI)模拟了2017年春季融雪侵蚀空间分布，综合分析了小流域的侵蚀格局成因。结果表明：2000—2021年间CSLE模拟发现，小流域平均土壤侵蚀模数为5.57 t/(hm²·a),平均土壤流失量为0.55 mm/a,坡上侵蚀量较少[0～2 t/(hm²·a)],为微度侵蚀，坡中处于极强烈侵蚀和剧烈侵蚀等级，侵蚀贡献主要来自坡度2°～6°区域，占总侵蚀量的79.56%;USPED模拟发现，小流域78.11%面积发生侵蚀或沉积，其中侵蚀面积占流域面积24.89%,平均侵蚀模数为9.40 t/(hm²·a),且多集中在坡中和坡底侵蚀沟位置；沉积面积占流域面积的53.22%,平均沉积模数为-4.39 t...     

淮河流域国家水土保持重点工程土壤侵蚀防控效果

为探讨国家水土保持重点建设工程对项目区土壤侵蚀的防控作用,以淮河流域沂蒙山大峪小流域项目区和大别山桃岭小流域项目区为对象,采用遥感调查和地面调查相结合的方法,研究重点工程实施后,项目区土壤侵蚀状况的变化,分析不同措施对土壤侵蚀的防控效果,以期为认识和评价国家水土保持重点建设工程的实施效果提供参考.结果表明:1)2个项目区在重点工程实施后,土壤侵蚀面积和土壤侵蚀模数大幅度降低.沂蒙山大峪项目区和大别山区桃岭项目区土壤侵蚀面积消减率为88.9％和76.3％,侵蚀模数降低率76.7％和72.1％,侵蚀模数降低到243和314 t/(km2·a).土壤侵蚀防控效果以沂蒙山大峪项目区高于大别山桃岭项目区,主要原因与2项目区实施的防治措施配置不同,以及与不同防治措施对土壤侵蚀防控效果的差别有关.2)重点工程不同防治措施对土壤侵蚀的防控效果,以梯田工程措施和水平阶工程措施明显大于封禁补植措施.2项目区中,坡耕地梯田工程区的土壤侵蚀模数降低率82.5％和83.8％,坡式林地水平阶工程区(大别山区桃岭项目区)的土壤侵蚀模数降低率70.3％,疏林地封禁补植区的土壤侵蚀模数降低率39.5％和55.2％.     

川掌沟流域治沟骨干工程建设的重大作用

川掌沟流域面积 14 7km2 ,年土壤侵蚀模数 1 9万t/km2 ,1986年以来 ,在过去修建淤地坝的基础上 ,兴建的 2 7座治沟骨干工程 ,促进了流域综合治理和群众脱贫致富 ,在 15 0年一遇暴雨洪灾和 60年一遇的旱灾中发挥了其他水保措施无法替代的防洪与减灾作用。     

黄土丘陵沟壑区20年龄期梯田果园对不同标准极端降雨侵蚀调控作用

针对黄土丘陵沟壑区极端暴雨频发,严重威胁梯田果园安全生产,而梯田果园对不同标准的极端暴雨侵蚀调控研究薄弱这一科学问题,在延安方塔20年龄期的梯田果园上进行野外模拟降雨试验,对果树、坡面植被、坡面枯落物3种调控因子在降雨强度由百年一遇增大到万年一遇时的侵蚀调控效果开展研究。结果表明:(1)相较于无调控措施,枯落物的减水率由44.11%增大到52.55%,坡面植被的减水率由22.81%增大到26.98%,而果树对产流的消减作用存在阈值,其对产流的消减量为4.49～5.81 L/m~2。(2)相较于无调控措施,果树、坡面植被和枯落物对侵蚀产沙的消减量都随雨强增大而增大,但坡面植被的减沙率随暴雨标准提升而减小,果树的减沙率随暴雨标准提升呈正相关,当降雨标准超过千年一遇时,果树对产沙调控效果超过坡面植被,枯落物在减少侵蚀产沙中一直处于主导地位,其减沙率在60%以上。(3)梯田果园在3个调控因子综合作用下,减水减沙效益超过80%,遭受万年一遇暴雨时,次降雨侵蚀模数仅为93.75 t/km~2,低于容许土壤侵蚀量,说明随梯田果园生产年限增加安全标准提高。本研究能为黄土丘陵沟壑区数百万亩梯田果园梯安全生产提供科技支撑。     

南汀河流域土壤侵蚀的时空分异

[目的]分析南汀河流域坡面土壤侵蚀的时空分异特征,为流域水土保持和边疆生态环境建设提供科学参考。[方法]基于通用土壤流失方程(USLE),运用RS和GIS技术计算南汀河流域1990,2000及2010年3个时段的土壤侵蚀模数。[结果]3个时段内研究区侵蚀模数呈现先升后降的趋势,年均侵蚀模数从24.75t/(hm2·a)升到30.05t/(hm2·a),然后降为25.87t/(hm2·a)。3个时段内,流域内强烈侵蚀及其以上的侵蚀面积仅占总侵蚀面积的19.94%,但对流域总侵蚀量的贡献高达73.56%。1990—2000年,强烈及强烈以下侵蚀面积减少了1 059.85km2,强烈侵蚀以上的侵蚀面积则增加了112.29km2;2000—2010年,微度侵蚀面积有小幅增加,其余侵蚀等级的侵蚀面积都有所下降。当坡度小于20°时,侵蚀模数随着坡度的增加而增加,坡度超过20°后,侵蚀模数有降低的趋势;从海拔上看,高侵蚀模数区域主要位于海拔500~2 000m范围。[结论]流域内的土壤侵蚀治理已初见成效,但在局部地区,土壤侵蚀仍有加剧现象。     

砒砂岩区小流域泥沙来源研究

砒砂岩区是我国土壤侵蚀最严重的地区之一。据在小纳林沟试验观测 ,该区农耕地、荒坡地、林草地的年土壤侵蚀模数分别为 64 2 4、5 95 6、12 10t/km2 ,汛期 6～ 9月份侵蚀厚度占全年侵蚀厚度的 68 3 5 % ,流域年土壤侵蚀模数为18670t/km2 ,其中沟谷地年侵蚀产沙量占流域年侵蚀产沙量的 84 89% ,沟间地年侵蚀产沙量占 15 11%。水蚀、重力侵蚀是该区主要的侵蚀方式。     

基于GIS和RUSLE的拉萨河流域土壤侵蚀研究

通过识别土壤侵蚀关键区域,为开展拉萨河流域生态治理与水土保持提供依据。研究将修正通用土壤侵蚀方程(RUSLE)与空间信息技术(GIS和RS)相结合,以2010年TM遥感影像为数据源,得到拉萨河流域土地利用图,结合流域数字高程模型、土壤类型分布、归一化植被指数和多年降雨数据,计算得到RUSLE模型中各因子值的空间分布数据,利用地理信息系统软件ArcGIS栅格计算功能得到研究区土壤侵蚀强度空间分布情况。对拉萨河流域土壤侵蚀特征进行分析,结果表明,流域年土壤侵蚀量为10 006.2万t/a,平均土壤侵蚀模数为3 076.6t/(km2·a),中度侵蚀面积比例达59.0%,强烈以上侵蚀面积很小,但侵蚀量占比为14.3%,呈大部分区域中度侵蚀、局部区域强烈和轻度侵蚀的特征,中度以上侵蚀分别有24.2%,20.5%和16.8%分布在墨竹工卡县、林周县和嘉黎县。研究区土壤侵蚀强度与地形、土地利用和植被覆盖表现出很大的相关性,坡度每增加1个等级,土壤侵蚀模数平均增加861.6t/(km2·a),土壤侵蚀面积最大的为坡度15°~25°,其次为25°~35°;裸地、稀疏植被、旱地和草地的土壤侵蚀模数分别为7 949,5 621,2 816,2 505t/(km2·a),中度以上侵蚀面积比例超过50%,其中稀疏植被和裸地均大于70%;植被覆盖度低于10%和10%~30%时,中度以上侵蚀面积比例分别为76.8%和90.5%,植被覆盖度高于60%时,中度以上侵蚀面积比例降低到28.3%。流域水土保持本底较好,但土壤侵蚀现状仍不容忽视,应对15°~25°坡度地区重点防治,同时防范陡坡地发生高强度侵蚀;对土壤侵蚀模数高的用地类型采取封育措施,促进自然修复,坡耕地采取增加地表覆盖、保护性耕作和间作套种等措施以提高水土保持功能;防止植被退化,结合综合运用林草措施和农业耕作措施提高植被覆盖度,达到防治土壤侵蚀目的。     

基于~(137)Cs、~(210)Pb和CSLE的三峡库区小流域土壤侵蚀评估

综合应用137Cs和210Pb技术和中国土壤流失方程CSLE(Chinese soil loss equation)进行三峡库区腹地工农沟小流域土壤侵蚀的定量评价研究,尝试基于核素示踪技术计算的土壤侵蚀模数评估CSLE在库区林地小流域的估算效果。结果表明:(1)借助210PbexCRS计年模式获得了工农沟塘库沉积柱芯不同质量深度的沉积年代,与137Cs 1963年断代结果相比基本一致,定年结果可靠;(2)基于核素示踪技术(137Cs和210Pb)计算的小流域2002—2014年土壤侵蚀模数为269.09t/(km2·a),侵蚀强度属于微度侵蚀,年土壤侵蚀量为22.87t/a;(3)依据CSLE和考虑沟蚀因子的CSLE估算的小流域2002—2014年土壤侵蚀模数分别为256.07t/(km2·a)和317.53t/(km2·a),年土壤侵蚀量分别为21.77t/a和26.99t/a;(4)与核素计算的结果相比,CSLE和考虑沟蚀因子的CSLE的估算精度均≥80%,说明采用CSLE估算库区林地小流域土壤侵蚀量结果合理。     

黄土高原南部土地利用/覆被变化的土壤侵蚀效应

基于3S技术对黄土高原南部地区土地利用/覆被变化及空间分布格局进行了综合测评,同时应用通用土壤流失方程(USLE)定量研究了不同土地利用方式下的土壤侵蚀效应.研究表明,研究区1980-2005年共有1 123.80 km2耕地被用为城镇建设用地,建设用地面积净增了1 238.29 km2,林地、草地面积总量变化小,但局部地区流转特征显著;与此同时,该区土壤侵蚀模数从11.54 t/(hm2·a)增至13.81t/(hm2·a),1980和2005年黄土沟壑区侵蚀模数的峰值分别为1 708.52和1 584.69 t/(hm2·a).该区域土壤侵蚀效应与土地利用空间格局耦合性较强,林地、草地由于分布区域海拔高,坡度陡,侵蚀强烈,而地势低洼、平坦地区(建设用地、耕地、未利用地)的土壤侵蚀强度小.林地、草地的土壤侵蚀效应由于受到地形因素的影响,对降雨侵蚀因子增强的响应尤其明显.2005年该区林地和草地的平均侵蚀模数分别增加了2.34和7.32 t/(hm2·a),并且微度以上侵蚀等级的面积有所增加.     

云蒙湖流域不同土地利用类型的土壤侵蚀特征分析

在RS与GIS支持下,获取云蒙湖流域土地利用空间数据,选用RUSLE模型估算土壤侵蚀量,对云蒙湖流域不同土地利用类型的土壤侵蚀特征进行分析。结果表明:1986—2010年间,土壤年总侵蚀量由647万t降至630万t,水土保持生态恢复工程取得了一定的成效;云蒙湖流域耕地土壤侵蚀最为严重,1986年和2010年土壤侵蚀模数高达5 325t/(km2·a)和5 504t/(km2·a),分别占土壤侵蚀总量的85.8%和84.7%;草地是重点治理的另一对象,强度以上等级侵蚀都分别占总侵蚀面积的40%和44%;随着耕地和草地类型的转入,居民用地侵蚀面积由1986年的1 010hm2增至2010年的2 608hm2,土壤侵蚀总量由5.4万t增至14.2万t,是变化较为明显的土地利用类型。     

袁家村铁矿区土壤流失监测成果与分析

袁家村铁矿采选工程项目区地处岚县梁家庄乡,属太钢所属的新建工程。采矿场、尾矿库地处土石山区,选矿场、排土场地处黄土丘陵沟壑区,年采选能力2 200万t。工程总占地3 129.53 hm2,其中永久占地3 066.85 hm2。工程建设期挖方量10 184万m3,填方量2 771万m3,弃方7 413万m3。据设点监测,土石山区原地貌的年土壤侵蚀模数为2 100 t/km2左右,扰动地貌的年土壤侵蚀模数为3 314.4 t/km2;黄土丘陵沟壑区原地貌的年土壤侵蚀模数为3 500 t/km2左右,扰动地貌的年土壤侵蚀模数为8 500 t/km2左右;水土保持措施实施后,土石山区的年土壤侵蚀模数下降为1 115 t/km2,黄土丘陵沟壑区的年土壤侵蚀模数下降为1 225 t/km2。监测成果说明了工程建设扰动加剧水土流失的严重性,采取措施后防治成效显著。