腾格里沙漠沙丘固定后土壤的斥水性特征研究

土壤斥水性是重要的土壤物理属性,对土壤水文过程和地貌过程有重要的影响。利用毛细上升法研究了腾格里沙漠东南缘沙丘固定后土壤的斥水性特征,分析了不同小地形、不同土壤深度和不同土壤粒径土壤的斥水性差异。结果表明,固沙植被建立后显著地改变了沙丘的土壤斥水性,且随沙丘固定时间增加而呈增强的趋势。丘间地和迎风坡的土壤斥水性大于丘顶和背风坡的斥水性。0~3 cm土层的土壤斥水性显著大于3~6 cm。随着粒径的不断增大,土壤斥水性呈减小趋势,不同粒径段土壤斥水性差异显著;且土壤斥水性与粒径分别为0~0.05 mm、0.05~0.01 mm、0.01~0.15 mm的土壤呈极显著正相关线性关系,与粒径大于0.15 mm的土壤呈显著负相关线性关系。植被区土壤斥水性的增加可能与大气降尘在固定沙丘表面不断沉积、生物土壤结皮形成,尤其是藻类和地衣的形成有关,斥水性的增强将影响到植物种在沙丘上的有效水分利用。     

黄土丘陵沟壑区坡面产流能力及影响因素研究

坡面是黄土高原土壤侵蚀的重要来源,本文以团山沟流域的7个径流场9年的降雨－径流事件,对不同坡面和降雨特征下径流系数随坡面的变化进行了研究。结果表明,研究区存在降雨强度大、持续时间短的A型雨、降雨强度小持续时间长的C型雨以及居于二者之间的B型雨。不同雨型下坡面产流能力大小为A型雨>B型雨>C型雨,而产流尺度效应则为C型雨>B型雨>A型雨。坡度一定,A型雨下随着坡面长度增加产流能力先增加后减小,径流系数峰值出现在坡长为40m的坡面上,B型和C型雨坡面产流能力随坡面长度的增加而增加;坡长一定,峁坡区坡面产流能力随着坡度的增加而增加;A型雨下沟坡产流能力最小,而在B型和C型雨下,坡面产流能力相对有所提高。     

沙层特性对沙盖黄土坡面产流产沙变化贡献的定量分析

沙盖黄土坡面产流产沙方式独特,侵蚀过程复杂,量化降雨过程中该类坡面产流产沙变化影响因素贡献的大小对揭示其侵蚀机理具有重要的意义。基于室内模拟降雨试验,定量分析沙层厚度（2 cm、5 cm和10 cm）和粒径组成（100%粒径≤ 0.25 mm、75%粒径≤ 0.25 mm +25%粒径> 0.25 mm、50%粒径≤ 0.25 mm+50%粒径> 0.25 mm、未处理原沙和100%粒径> 0.25 mm）在降雨过程中对产流产沙变化的影响和贡献。结果显示：沙层厚度增加能明显延长产流时间,减少总产流量,增加总产沙量,增大降雨过程中产流产沙的变异性;随沙层粒径组成变粗,初始产流时间和产沙量无明显变化规律,产流量有增大趋势。沙层厚度、粒径组成及二者交互作用对初始产流时间变化的贡献率分别为68.03%、15.77%和3.85%。沙层厚度对降雨不同时段15 min产流量和不同历时总产流量的贡献率分别在23.89%~52.22%和41.10%~48.94%之间,对相应产沙的贡献率分别在29.19%~62.01%和13.53%~30.31%之间。整体上沙层粒径组成变化对产流产沙量变化的贡献率小于沙层厚度,且无明显规律。沙层厚度和粒径组成交互作用对产流量和降雨中前期产沙量的影响显著（p < 0.05）,其对产流产沙变化的贡献率分别在13.12%~26.62%和3.22%~43.12%之间,不同降雨时段变化明显。研究结果说明,沙层厚度决定沙盖黄土坡面产流产沙过程,其和沙层粒径组成对产流产沙的影响和贡献随坡面沙层的侵蚀演化而动态变化,且二者的交互作用也不容忽视。     

华北石质山区坡地产流模型

坡地是流域的基本产流单元。对坡地产流模型的研究,可为研究流域的水文过程奠定基础。本文在认识坡地产流规律的基础上,经过对人工模拟降雨试验中取得的产流各个环节(降雨、出流及土壤含水量变化)的数据的分析,建立了一个具有物理机制的简单的坡面产流模型。其中,使用Horton模型模拟入渗和地表产流过程,用水箱模型模拟壤中流过程。模型能够同时对降雨过程中的地表、地下出流和土壤含水量变化过程进行模拟。计算得到的产流总量的误差较小,但在变化过程线上存在一些差异。这些差异主要是由模型对实际情况的简化和假定、数学模拟的局限性、变雨强降雨过程的复杂性等因素引起的。这种分层组合的坡面产流模型对华北石质山区的上层超渗、下层蓄满的产流特征是可行的。本文所做的工作是对华北石质山区分布式水文模型的产流模块的初步尝试。     

土石混合紫色土坡面水文过程的实验研究

土壤中的碎石改变了均质土壤的容重、孔隙度与孔径分布等物理性质,从而对土壤水文与侵蚀过程造成影响。该研究在室内人工模拟降雨条件下,对6种不同碎石体积含量(0,5%,10%,20%,30%,40%)紫色土坡面的水文过程进行了模拟。结果表明,径流系数与碎石含量之间差异显著(F=115,P0.01)且呈显著正相关关系;土壤湿润锋随着碎石含量的增大呈增加的趋势;不同碎石含量的土壤坡面起始产流时间差异显著(F=208,P0.01),且产流时间随碎石含量的增加而减小;碎石含量为20%时,土壤平均产流量最高,超过20%时,产流量反而降低;但碎石含量对径流流速没有显著影响。该研究结果可以为碎石含量在紫色土中的作用机理提供理论基础,同时为紫色土区土壤资源的合理利用提供科学依据。     

黄土坡面产流产沙过程及微地形变化特征

坡面土壤侵蚀过程不仅可以通过坡面的产流产沙过程反映,还可以通过降雨过程中坡面微地形变化特征来反映。对9°、12°、15°、20°、25°坡度下面积较小坡面模拟降雨,获取降雨过程中径流泥沙数据及降雨前后坡面微地形变化数据。结果显示：（1）初始产流时间随着坡度的增加先增加后减小,且初始产流时间较长;（2）15°、20°时的产流率不稳定,18 min后产沙率规则性波动起伏;（3）随着坡度的增大,降雨过程后坡面比表面积值随着坡度的增大而增大,坡面的高程变异系数都有所增大。     

坡面草被覆盖对坡沟侵蚀产沙过程的影响

通过室内放水冲刷试验方法,研究了坡沟系统坡面不同草被覆盖度及空间配置下,坡沟系统侵蚀产沙变化过程及特征。结果表明,放水流量较小时,覆盖度越高,侵蚀产沙量越小;坡面草被不同空间配置下的产沙量大小依次是：坡上部 > 坡中部 > 坡下部。大流量时,不同草被覆盖度间的产沙量差异增大,不同草被空间配置下的产沙量变化规律不十分显著。沟坡产沙比随坡面草被覆盖度的增加呈指数增加,大流量比小流量下的增加幅度要大。坡面草被布设在坡下部时,其对沟坡侵蚀的危害最大。坡沟系统侵蚀产沙变化过程是增加-稳定-下降,其变化的阶段性不如单一坡面明显。     

绿洲农田土壤斥水性及其影响因素

土壤斥水性（Soil Water Repellency,SWR）指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的现象,对农业水管理、土壤水入渗、农化污染物运移及土壤侵蚀有重要影响,土壤斥水性在绿洲化过程中的变化特征及其影响因素尚不明确。在甘肃临泽绿洲分别选取未开垦的沙地（0年）及开垦10、30、50、100年绿洲农田表层土壤（0~5 cm）,分别测定土壤有机碳含量、土壤质地（砂粒、粉粒、黏粒）和土壤pH,并用毛管上升法测定土壤斥水性。结果表明：土壤斥水性随着开垦年限的增加而不断增加。不同开垦年限土壤的“土-水”接触角58°~89°,差异显著（P<0.001）。土壤有机碳含量、土壤质地和土壤pH均与“土-水”接触角存在显著的回归关系（P<0.001）。逐步回归分析的结果表明,绿洲化过程中土壤有机碳含量和pH共解释了土壤斥水性72.1%的变异。因此,在绿洲农田进一步研究土壤斥水性对土壤水运动的影响应更多关注土壤有机碳和pH两大因素。     

六盘山华北落叶松林坡面土壤含水量的时空变化

受气象、地形、土壤、植被因子的影响,土壤水分具有坡面位置变化和空间尺度效应,需对此深入理解和精细刻画,以便为精细化森林管理、坡面生态水文研究中的代表性样地选择和尺度转化提供科学依据。在宁夏六盘山香水河小流域,选择一个设置有空间连续样地的华北落叶松人工林典型坡面,于2015年5—10月利用土钻取土,并烘干测定了0~100 cm土层的质量含水量,研究生长季内各月土壤含水量沿坡的时空变化规律。结果表明:(1)土壤含水量存在沿坡变化,在整个生长季表现为随水平坡长增加先逐渐升高,在坡中上部(水平坡长109.2 m)达到最大,之后逐渐降低并在坡中下部(水平坡长350.4 m)达到最小,之后又有所回升。各月的土壤含水量沿坡变化趋势与整个生长季基本一致。(2)土壤含水量存在坡面尺度效应,表现为土壤含水量滑动加权平均值随水平坡长增加有明显变化,整个生长季及各月的土壤质量含水量的坡面尺度效应的变化趋势基本一致,但数值大小有所不同。(3)在研究年份为平水年和降水较多的条件下,土壤持水性能是影响土壤质量含水量沿坡差异格局的主要因素,表现为各月土壤含水量均与土壤孔隙度、持水能力显著相关。(4)对整个坡面平均土壤质量含水量而言,最佳代表性样地位于坡中部相对水平坡长0.57处,可由此样地的土壤含水量测定值代表坡面均值,并可利用本文建立的该样地土壤含水量测定值与坡面均值的关系式精确上推估计坡面均值。     

坡面侵蚀水沙流时间变化特征的模拟实验

多坡段实验模型以黄土丘陵沟壑区垂向上梁峁坡面与沟谷坡面构成的坡沟系统为原型,采用人工降雨模拟实验方法,对坡沟系统土壤侵蚀链内降雨径流产沙随时间变化的规律进行了系统的研究。结果表明:雨强29 7mm/h时36′40″开始产流,60 5mm/h时3′43″产流,90 2mm/h时2′30″产流。雨强29 7mm/h时侵蚀过程以面蚀为主,产沙起伏20min出现一次。60 5mm/h时以面蚀与细沟蚀为主,35°陡坡伴有崩塌、滑塌等重力侵蚀,产沙波动平均12min出现一次。雨强90 2mm/h时坡面上细沟发育充分,有细沟合并及出现浅沟侵蚀现象,35°坡崩塌、滑塌剧烈,产沙过程波动频繁,每10min一次。雨强29 7mm/h时单位流量的产沙量为0 10kg/L;雨强60 5mm/h时为0 30kg/L;雨强90 2mm/h时为0 41kg/L。流量的大小影响了侵蚀方式和形态分异的程度,使产沙过程出现强弱相间的波动性特点。