不同降雨区域对泥沙侵蚀过程的影响

为了研究坡面不同降雨区域及相关降雨特性对泥沙侵蚀过程的影响,通过小尺度坡面人工降雨物理模型,设定坡面3个不同降雨区域对产流产沙响应展开研究.结果表明:峰值产沙量与峰值产流量随降雨距下游2至4m的距离增加而明显减小,且各连续过程中峰值产沙量均逐场递减;距下游2m降雨工况减幅最大,最大峰值产沙量出现在首场工况(4.897g/s).总产沙量受降雨强度影响较大,在弱雨强工况中还受降雨离下游的距离显著影响.降雨位置对泥沙质量浓度过程曲线的影响在首场降雨过程最显著,降雨初期泥沙质量浓度随降雨区域离出口距离增大而显著减小.侵蚀产沙颗粒成质量分数较原始土样砂粒质量分数明显减少.总体上,在3m位置降雨工况下泥沙质量浓度过程曲线较早呈现稳定状态,且侵蚀颗粒成分最均匀.     

模拟降雨条件下不同草本植被对产流产沙的影响

为了探讨不同草本植被对坡面产流产沙的影响,在人工模拟降雨条件下,选择福禄考、佛甲草、蓝羊茅,设计坡度为10°;早熟禾、黑麦草、高羊茅,设计坡度分别为5°、10°、15°,进行试验研究。研究结果表明：不同草本植物均能有效降低土壤的产沙量与产流量,起到保持水土、修复生态的作用。相同草本,不同坡度下,坡度越大,产流、产沙、土壤侵蚀量越大,作用系数也越大。     

降雨条件下不同土壤类型的坡面径流侵蚀产沙试验研究

利用人工模拟降雨试验,研究我国最具代表的4种侵蚀性土壤,即红壤、紫色土、黑土和黄土,降雨雨强和坡度对坡面径流侵蚀产沙的影响以及坡面径流与侵蚀产沙的相关性,结果表明,4种土壤的坡面平均产沙强度均随降雨雨强和坡度的增大而增大,其抗侵蚀能力大小依次为紫色土、红壤、黑土和黄土;对人工模拟降雨试验坡面平均产沙强度进行二因素方差分析,计算所得的P值均小于0.05,说明降雨雨强和坡度对坡面侵蚀产沙强度的影响显著;分析4种土壤坡面侵蚀产沙与径流的关系,得出坡面产沙强度随径流强度的增大而增大,且两者之间存在较好的幂函数关系。     

植被对红壤坡面侵蚀影响的试验研究

考虑种植草本植被时红壤坡面的侵蚀情况,采用室内人工模拟降雨的方法,在强降雨(雨强2.0 mm/min)、短历时(30 min)情况下,研究不同坡度、不同植被覆盖度下红壤坡面抗侵蚀效应。结果表明:当植被覆盖度40%时,随着植被覆盖度的增加,侵蚀量迅速降低,当植被覆盖度60%时,侵蚀量减小趋于平缓,故本研究的临界植被覆盖度为40%~60%;对于不同植被覆盖度的红壤坡面,其临界坡度也发生了变化,当植被覆盖度40%时,临界坡度较裸露坡面逐渐减小,当植被覆盖度60%时,随着坡度的增加侵蚀量缓慢递增,试验中没有出现临界坡度。分析其原因,指出临界坡度是土壤内在性质、植被特性、降雨等因素综合作用的结果,并不是一个常数。     

降雨移动方向对坡面侵蚀泥沙浓度的影响

为了探讨降雨移动方向对坡面下游出口处侵蚀泥沙浓度特性的影响,及其产沙产流量相对比值关系,本文主要通过室内小尺度坡面人工降雨物理模型试验展开研究.结果表明：降雨向上移动时,连续降雨过程各侵蚀泥沙浓度过程曲线形态相似,而降雨向下移动时,首场与后几场工况的泥沙浓度曲线差异鲜明;针对首场后的降雨工况,降雨向上移动泥沙浓度过程曲线均出现1个峰值,峰值泥沙浓度为6~90 g/L,而降雨向下移动时均出现2个峰值,相应值为11~68 g/L,且后者在弱雨强工况下标准差最小;2类移动工况的等效侵蚀泥沙浓度在不同雨强下随产沙峰值增加的增幅均表现为：弱雨强>中雨强>强雨强.总体上,相同条件（降雨强度、降雨历时、坡面土壤特性等）下,降雨向下移动时坡面侵蚀程度比降雨向上移动时大.     

持续小强度降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的动态影响

以含水量作为土体抗剪强度的主要控制参量,分析了边坡含水量和抗剪强度随降雨时间的变化特性,建立了持续小强度降雨入渗条件下非饱和边坡土的总凝聚力和内摩擦角与时间的关系。随着降雨持续进行,边坡降雨影响区域扩大。通过FLAC3D进行强度折减,得到了持续降雨过程不同时间段的边坡动态安全系数和边坡失稳前的持续时间。工程计算结果表明,持续小强度降雨条件下边坡临界滑动面仍处在非饱和状态。     

降雨条件下土质边坡的稳定性分析

结合工程实例,运用非饱和渗流理论,研究了降雨条件下边坡土体内地下水位变化和孔隙水压力的分布规律,采用强度折减法对非饱和渗流影响下边坡的稳定性进行了分析。结果表明,随着降雨时间的持续,降雨强度越大,滑坡坡面的浸润线变化越明显。降雨入渗使地下水位抬高,从而孔隙水压力升高,在地下水位以上区域出现暂态饱和区,相应出现暂态孔隙水压力升高和非饱和区基质吸力下降的情况,使得边坡稳定性降低。不考虑基质吸力的影响时,降雨强度从94.7 mm/24 h升至94.7 mm/2 h,边坡的安全系数从1.100降到1.002;考虑基质吸力的影响时,降雨强度从94.7 mm/24 h升至94.7 mm/2 h,边坡的安全系数从1.205降到1.005。     

降雨强度与含石量对松散堆积体失稳影响研究

地震、工程开挖及风化、侵蚀、搬运等地质作用形成大量的松散堆积体。堆积体中块石含量各异,在降雨诱发下失稳形成滑坡、泥石流等地质灾害,给当地居民生产生活和大型工程造成严重威胁。利用室内大型模型平台开展不同含石量和降雨强度的模型试验,分析含石量和降雨强度变化对松散堆积体变形失稳的影响。研究表明：降雨入渗过程中松散堆积体的体积含水率变化过程可分4个阶段。在Ⅰ阶段堆积体的含水率基本不变,Ⅱ阶段含水率快速增加,达到峰值后进入Ⅲ阶段,在此阶段中出现缓慢回落,降低到一定程度后进入Ⅳ阶段,此后体积含水率再次缓慢增大。含石量越大,相同降雨强度和时间时其体积含水率越小,后缘主张拉裂缝出现的时间越晚,对应的主张拉裂缝的宽度越小,坡体达到失稳破坏的时间越短。当降雨历时相同时,降雨强度越大,则体积含水率越大;降雨强度越大,松散堆积体失稳破坏时的体积含水率越高;不同降雨强度下,松散堆积体的体积含水率变化规律各不相同。降雨强度对松散堆积体的稳定性影响更加明显,降雨强度越大,松散堆积体的主张拉裂缝值越小,其主张拉裂缝出现时间、裂缝最大宽度、失稳时累积最大位移及失稳降雨历时降低越明显。研究结果为灾区松散堆积体降雨过程中失稳灾变的预测预报研究提供参考。     

不同模式下抗剪强度参数对路堤稳定性的影响

基于Mohr-Coulomb准则,采用FLAC3D分析了抗剪强度参数(主要是黏聚力和内摩擦角)对高填方路堤边坡安全系数及滑动面位置的影响.同时,提出了降雨条件下路堤稳定性的分析方法,并对不同折减模式下安全系数的变化规律进行了分析.结果表明:黏聚力和内摩擦角对安全系数的影响规律类似,对滑动面位置的影响规律相反;降雨入渗条件下,对抗剪强度参数的折减会使边坡滑动破坏面由路堤深层向浅层发展,折减程度越大,安全系数降低的程度越明显.     

强度侵蚀区马尾松林不同改造模式的水土保持效应

为筛选适合红壤强度侵蚀区马尾松林分改造模式,在福建长汀强度侵蚀初步治理区选择3种郁闭度的马尾松林为研究对象,建立马尾松林套种不同阔叶树种改造模式的径流小区,对不同郁闭条件下马尾松林套种改造模式林地的水、土、肥流失进行1 a的定位观测,研究不同套种改造模式林地液体径流量、固体径流量和养分流失量的差异。结果表明,强度侵蚀区马尾松林套种不同阔叶树改造模式林地水土肥流失存在明显差异,不同林分郁闭度条件下的套种改造效果不同。在郁闭度0.2条件下林地水土流失表现为不套种模式>套种山杜英模式>套种乐昌含笑模式。在郁闭度0.4条件下林地水土流失表现为不套种模式>套种乐昌含笑模式>套种山杜英模式。在郁闭度0.6条件下套种山杜英模式是较理想的马尾松林改造模式。     

Infiltration regulation and stability analysis of soil slope under sustained and small intensity rainfall

Rainfall infiltration depth and mode can severely influence slope stability.With the sustained rainfall,the influenced region of slope gradually expands.By using the Green-Ampt model to the soil slope,infiltration regulation was discussed under sustained and small intensity rainfall.And the infiltration rate of unsaturated soil was proposed according to the saturated infiltration theory.Because of the changing of initial moisture content in depth of slope,the saturated or unsaturated infiltration rate and depth could also be changeable with the sustained rainfall infiltration.Based on the principle of strength reduction,the calculation model of slope safety factor was established under different initial moisture contents and infiltration modes.Then,the slope stability was quantitatively analyzed through software FLAC3D.The calculation results of soil slope engineering show that there is a shorter period for slope stability under different initial moisture contents and unsaturated infiltration ways at the slope wetting front.The stability period of slope is 33.3％ according to different initial moisture contents of wetting front less than that of the same initial moisture content of wetting front.And the slope is easier to fail under the unsaturated infiltration.The results agree well with the actual situation under sustained and small intensity rainfall.     

Anti-scourability of purple soil on hillslopes with different land uses

A large-scale flume (40 cm×10 cm×10 cm) was used to determine soilanti-scourability of 4 different land uses of purple soil in hilly areas of Sichuan, Chinaunder artificial removal of vegetation to examine the effects of land uses on sedimentproduction by runoff. The results showed that soil anti-scourability declined with theincrease of slope gradients in the form of power function, but there was a significantdifference in the effects of slope gradients on anti-scourability between different land uses.The ratio of the mean values of soil anti-scourability was 1∶2.2∶2.5∶3.6 for forest land,new waste pasture, old waste pasture, crop land respectively, indicating that forest andgrass use can significantly improve soil anti-scourability. Compared with the observationsfrom the runoff plots located at the same sites in this region, an inconsistent result wasfound between anti-scourability and anti-erodibility in hilly areas of Sichuan. Essentialcauses of the differences in soil anti-scourability were further discussed based onanalyzing the influence of inherent soil characteristics induced by different land uses onsoil anti-scourability.     

三峡库区紫色土坡耕地典型种植模式氮收支

调查分析三峡库区典型紫色土坡耕地小流域的氮收支情况,对氮流失风险进行评价.结果表明,旱地单位面积肥料氮输入量1 372.12 kg/(hm2.年),损失量504.29 kg/(hm2.年),盈余量724.94kg/(hm2.年),盈余率49.55%;果林单位面积肥料氮输入量565.56 kg/(hm2.年),损失量182.96kg/(hm2.年),盈余量405.42 kg/(hm2.年),盈余率64.77%;水田单位面积肥料氮输入量234.71kg/(hm2.年),损失量159.86 kg/(hm2.年),盈余量47.78 kg/(hm2.年),盈余率15.40%.紫色土坡耕地的旱地和果林呈现氮流失风险,过量施肥和肥料配比不合理是造成旱地和果林氮流失风险的主要原因.     

非饱和土边坡的监测和人工降雨试验

介绍了用于非饱和土边坡试验的人工模拟降雨设备的组成、主要设计参数和控制降雨强度的方法,着重介绍了总降雨量、径流量、孔隙水压力(吸力)、含水量4种基本数据测量所需的仪器及其埋设方法,给出应用实例和比较分析,并设计了在重庆某高速公路填土边坡上的非饱和土特性监测计划和人工降雨装置.     

农用肥对三峡库区紫色土小流域氨挥发及氮收支的影响

农业面源氮素已成为影响三峡库区环境安全的主要因素,但有关农业面源氮污染研究并未深入区分氮污染主要来自何种农业用地,同时以什么方式进入三峡库区。以三峡库区紫色土农用坡地为研究对象,对典型农耕模式下碳铵、尿素和复合肥的氨挥发特征以及小流域内氮素收支平衡进行分析,以期探究氨挥发对三峡库区氮污染的影响。采用原位受控对照实验的范式进行研究,结果表明,在典型农耕模式下,三峡库区紫色土氨挥发速率表现为：复合肥最低,变化最平缓;尿素的峰值出现滞后,下降缓;碳铵的峰值出现较早,下降快。小流域内尿素的氨挥发率为8.82%~18.37%,碳铵为17.86%~30.70%,复合肥为2.56%~3.86%。施肥种类的氨挥发率大小为：碳铵 > 尿素 > 复合肥,典型用地的氨挥发率大小为：水田 > 果林 > 旱地。对流域内氮收支平衡分析,发现小流域内化肥是氮素最主要的输入,氨挥发是主要的输出,土壤氮素残留严重,增加了氮素流失风险。从环保角度考虑,降低三峡库区碳铵使用频率、减少旱地和果林施肥量、优化氮肥施用结构是减少氨挥发的有效途径,氨挥发率的减少对三峡库区氮污染防治具有重要意义。     

基于决策树和有效降雨强度的滑坡危险性预警

以江西省寻乌县为例,采用信息量（IV）、反向传播神经网络（BPNN）和C5.0决策树模型进行滑坡易发性预测（LSP）,比较不同模型的预测性能;基于有效降雨量的概念提出有效降雨强度-历时（EI-D）模型,计算滑坡临界降雨阈值并将其与传统的降雨强度-历时（I-D）阈值做对比;将LSP结果与EI-D模型耦合,实现滑坡灾害预警并进一步验证了预警精度. 结果表明：C5.0决策树的LSP精度高于BPNN和IV,EI-D阈值的预测效果优于I-D模型,且基于滑坡易发性和EI-D阈值的模型能有效实现降雨型滑坡的实时预报.     

瑞金市低丘侵蚀紫色页岩综合治理

紫色页岩易风化,土壤侵蚀严重.为控制水土流失,保护生态环境,瑞金市开展了紫色页岩水土流失区综合治理实践,采用机械全垦、修筑台地、挖坎下竹节沟和台地边坡种草等措施,经过连续5 a的治理,开发种植优质脐橙(Citrus sinensis Osbeck)和柚子(Citrus maxima)总计200 hm2,区域环境得到了明显的改善,建成了社会、经济和生态效益显著的紫色页岩综合治理示范点.     

城市雨水收集模式和处理技术

通过比较国内外雨水利用的现状,指出了我国雨水利用方面存在着利用率低、缺乏系统性等问题。在此基础上,论述了适合我国实际情况的雨水收集方式,如城市路面雨水的收集、城市屋顶雨水的收集、城市绿地雨水的收集和花坛雨水收集。同时对城市屋顶雨水、城市绿地雨水、综合雨水、雨水深度处理等城市雨水处理技术进行了初步的探讨和分析。并对促进城市雨水资源化提出了建议。     

城市雨水收集模式和处理技术

通过比较国内外雨水利用的现状,指出了我国雨水利用方面存在着利用率低、缺乏系统性等问题。在此基础上,论述了适合我国实际情况的雨水收集方式,如城市路面雨水的收集、城市屋顶雨水的收集、城市绿地雨水的收集和花坛雨水收集。同时对城市屋顶雨水、城市绿地雨水、综合雨水、雨水深度处理等城市雨水处理技术进行了初步的探讨和分析。并对促进城市雨水资源化提出了建议。     

微生物诱导碳酸钙沉积固化三峡库区黏性紫色土试验研究

三峡库区自然灾害频发,微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型,土壤孔隙较小,而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度（OD₆₀₀为0、0.5、1.0、1.5）和胶结液浓度（0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L）组合,对土壤试样进行MICP固化处理。开展不固结不排水三轴剪切试验,研究各试样的应力-应变关系、弹性模量和抗剪强度指标（黏聚力、内摩擦角）,并利用扫描电镜测试分析其微观结构。结果表明：固定菌液浓度或胶结液浓度时,抗剪强度、弹性模量及黏聚力均随胶结液浓度或菌液浓度的增加呈先增后减的变化趋势,最适菌液与胶结液浓度组合为菌液OD₆₀₀=1.0和胶结液1.5 mol/L。平均内摩擦角随胶结液浓度的增加呈先增后减趋势,而胶结液浓度不变时,在菌液浓度OD₆₀₀=0.5或1.0时达到最高。固化后试样抗剪强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角最大分别提高62.59%、50.18%、119.50%和10.33%（226.00 kPa、6.44 MPa、48.30 kPa和26.70°）。通过扫描电镜观察发现MICP加固紫色土形成了大量球状碳酸钙晶体和片状碳酸钙晶体,分布于土壤颗粒表面和间隙中起胶结作用并增加土颗粒表面粗糙度,从而提升了土的黏聚力和内摩擦角。MICP可以有效提高紫色土的强度,在菌液浓度为OD₆₀₀=1.0和胶结液浓度1.5 mol/L组合时加固效果最优。