砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程

紫色土中砾石分布广泛,地表常为砾石覆盖,砾石覆盖对土壤水文过程有着重要影响。试验小区(2 m×1 m)为坡度23°的坡耕地, 试验降雨强度为(53.9±2.8)mm/h、 (90.8±6.1)mm/h和(134.3±14.9)mm/h, 砾石覆盖度为0%,11%,20%,33%和42%。通过原位人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下砾石覆盖对降雨入渗、地表产流及壤中流产流的影响。结果表明:砾石覆盖对入渗过程影响显著,稳定入渗速率及稳定入渗系数与砾石覆盖度呈正相关关系,3种降雨强度下,稳定入渗系数分别为47.70%~86.59%,30.61%~82.83%、17.76%~77.44%,42%砾石覆盖度小区的稳定入渗速率分别是裸露小区的1.95~4.94倍;地表砾石覆盖延迟地表产流、减少地表径流量,地表产流时间随着砾石覆盖度的提高呈增加趋势,地表径流速率及地表径流系数随砾石覆盖度的增加而降低,相对地表径流系数与地表砾石覆盖度呈指数负相关关系;地表砾石覆盖促进壤中流的发生、增加壤中流量,壤中流产流时间随着砾石覆盖度的增加逐渐缩短,壤中流径流速率及壤中流径流系数随地表砾石覆盖度的增加而提高,相对壤中流径流系数与地表砾石覆盖度呈指数正相关关系。     

三峡库区不同厚度紫色土坡耕地产流机制分析

土层厚度是影响坡面水文过程的决定性因素之一.通过野外模拟降雨试验(设计雨强60 mm/h),在小区尺度上研究了一个完整坡面上典型土层厚度紫色土坡耕地坡面产流机制.结果表明:对于地表径流,土层厚度为23 cm小区表现为饱和产流,而土层厚度为45 em和76 cm小区均表现为超渗产流;对于壤中流,土层厚度为76 em小区以...     

紫色土坡地泥岩裂隙潜流中的胶体迁移

为探求自然胶体迁移进入地下水的潜力,建立原位坡地径流观测场,研究了2013年夏季3场不同雨型降雨事件下,紫色土坡地(1 500 m2)泥岩裂隙潜流中自然胶体的迁移规律。结果表明:裂隙潜流中胶体对降雨的响应时间为30~90 min,比潜流对降雨的响应更迅速,且取决于坡地雨前干旱情况及降雨强度;胶体浓度峰早于潜流流量峰,峰值浓度相对背景浓度可增加1~2个数量级,最大雨强及雨型决定潜流流量和胶体浓度峰型。气液界面是胶体初始迁移响应的主要驱动因素,雨水混合土壤前期水对土壤介孔和大孔内壁胶体的剪切、裹携是胶体释放、分散与迁移的主要机制。因此,胶体辅助运移可能成为紫色土地区吸附性较强的污染物(如磷、疏水性农药等)的重要迁移方式。     

含碎石紫色土坡面降雨入渗和产流产沙过程

在室内土槽模拟降雨试验基础上,观测了具有不同碎石体积含量紫色土的降雨入渗地表产流产沙量以及细沟间径流和细沟径流的流速,以期建立碎石含量与土壤流失的定量关系。研究结果表明:土壤中碎石混合对降雨入渗有正负两方面的影响,当碎石含量为20%~30%时,碎石的存在增强土壤入渗能力,当碎石含量提高到30%时,土壤的入渗能力被削弱。土壤中碎石混合通过不同的作用机制对坡面细沟间径流流速和细沟径流流速产生不同的影响,随着碎石含量的增加,细沟间径流平均流速逐渐增加,细沟径流的平均流速逐渐降低。土壤中碎石混合通过改变土壤的物质组成和结构,增强土壤的抗蚀性和抗冲性,随着碎石含量的增加,径流含沙率和土壤流失量显著降低,土壤流失比与碎石含量呈极显著指数负相关关系。     

含碎石紫色土坡面降雨入渗和产流产沙过程

在室内土槽模拟降雨试验基础上,观测了具有不同碎石体积含量紫色土的降雨入渗地表产流产沙量以及细沟间径流和细沟径流的流速,以期建立碎石含量与土壤流失的定量关系。研究结果表明:土壤中碎石混合对降雨入渗有正负两方面的影响,当碎石含量为20%~30%时,碎石的存在增强土壤入渗能力,当碎石含量提高到30%时,土壤的入渗能力被削弱。土壤中碎石混合通过不同的作用机制对坡面细沟间径流流速和细沟径流流速产生不同的影响,随着碎石含量的增加,细沟间径流平均流速逐渐增加,细沟径流的平均流速逐渐降低。土壤中碎石混合通过改变土壤的物质组成和结构,增强土壤的抗蚀性和抗冲性,随着碎石含量的增加,径流含沙率和土壤流失量显著降低,土壤流失比与碎石含量呈极显著指数负相关关系。     

非均质土坡降雨入渗的耦合过程及稳定性分析

针对天然土质边坡通常呈现非均质特性这一问题,进行了降雨入渗作用下非均质土坡稳定性分析,考虑了渗流场和应力场之间的耦合作用。以一简化非均质土坡模型为例,对比了耦合和非耦合情况下渗流场的差异,验证耦合的客观性和其必要性;细-粗型和粗-细型土坡的降雨入渗过程可分别分为2个和3个阶段;运用有限元强度折减法,以特征部位位移突变并结合塑性区贯通作为失稳判据,进行了土坡稳定性分析,发现雨水到达土坡土层接触面的时刻即为边坡稳定性突变的时刻;并通过深入分析孔隙水压力分布,揭示了降雨诱发非均质土坡的变形破坏机制。同时,就降雨强度、历时和渗透系数对非均质土坡入渗过程和稳定性的影响进行了大量的计算和分析,发现只有当雨水进入到下层土体时,该层土体渗透系数才会对土坡稳定性产生较大影响。     

土坡降雨入渗影响因子模拟实验

综合模拟实验土坡降雨入渗的各种常见影响因子,实验结果表明:土质对降雨入渗能力的影响明显,土中粘粒含量越高,颗粒越细微,粒间孔隙越小,吸、保水性能越强,开始入渗速度较快,在一定时间后入渗趋于平缓,浸润线前锋位置与雨水之间存在滞后现象;土体结构都对土体入渗能力产生较大影响,随着土体密实程度的增加,土体水力传导度减小,其水分入渗能力明显降低,开始入渗速度较快,在30min过后入渗趋于平缓;在临界含水量内,渗透系数与饱和度成反比;在正常温度范围内,对渗透影响不明显;坡度与累积入渗深度基本呈凸形曲线关系;随着植被覆盖度增加,累积入渗量成直线增加。     

四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的临界条件

探明强降雨下泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件对预防泥沙灾害及减少水土流失将起到至关重要的作用。选取典型的四川紫色土试验区鹤鸣观小流域为研究对象,采用数据分类统计对比分析方法,对试验站近10年降雨径流输沙资料进行分析,研究强降雨情况下次降雨量、降雨强度和降雨历时等对泥沙输移突增的影响,找出导致泥沙输移突增的关键特征因子及其临界条件。研究结果表明:四川紫色土区强降雨情况下泥沙输移突增的关键特征因子为次降雨量、降雨强度以及最大径流模数;同时各关键因子的临界值分别为降雨强度5.3 mm/h,次降雨量130 mm,以耕作方式为主的坡地最大径流模数临界值为6 000 dm3/（km2·s）,以种植林草为主的坡地最大径流模数临界值为3 000 dm3/（km2·s）。     

降雨入渗时土坡中水土化学作用浅析

提出了土坡在降雨入渗过程中水土化学作用理论,简要分析其作用类型,阐述其作用主控因素,系统研究其溶解与沉淀作用、交换与吸附作用、氧化还原作用、以及水解与络合作用等水土化学作用机理,同时分析水土化学作用对土的强度与变形特性起到强化或弱化作用。     

降雨入渗对土坡稳定性影响分析

在饱和-非饱和渗流理论基础上,从降雨强度、前期降雨总量、不同的土坡坡度以及是否考虑植被护坡等方面对大气降雨条件下土坡的稳定性进行了探讨.分析结果表明,在土体饱和渗透系数一定的条件下,强降雨对土坡稳定系数影响显著;土坡越陡,降雨强度大小对土坡安全性影响就俞显突出;土坡表层植物根系的存在影响非饱和区渗流场分布,可以延缓非饱和区含水量的增大,土坡稳定系数得到提高.     

自然降雨事件下红壤坡地壤中流产流过程特征分析

为研究红壤坡地的壤中流输出特征,采用野外大型土壤入渗装置,对红壤坡面草地和裸地不同深度(30 cm和60 cm)壤中流输出开展自然降雨-产流过程的观测试验。结果表明:① 壤中流产流过程随着土层的加深,滞后时间和拖尾时间均延长,与降雨过程相适性减弱。草地壤中流产流量、峰值、产流历时均大于裸地,其差异在突发型降雨下表现更为明显;② 壤中流产流量和降雨量呈显著性正相关(R2为0.6942~0.8770),但与雨强关系不明显。突发型和峰值型降雨壤中流产流过程洪峰升涨迅速,而均匀型壤中流产流过程平缓。突发型、峰值型和均匀型降雨裸地壤中流产流量与地表径流量相比分别为13.82%、91.73%和159.04%,草地则为118.95%、312.11%和368.33%;③ 土壤前期含水量增加,壤中流产流滞后时间缩短,峰值和流量增大。     

The runoff characteristics under simulated rainfall on purple soil sloping cropland

Rainfall runoff is a critical hydrological process related to soil erosion and agricultural non-point pollu-tion. In this study, 25 simulation experiments on rainfall were carried out in five runoff plots. Rape (Brassica campestris) was planted on the downslope of the plots. Experiments were conducted when the vegetation coverage reached 80%. Each plot was subjected to five rainfall events differing in intensity. The results showed: (1) the runoff coefficients of overland flow and subsurface flow were less than 0.6 and 0.005, respectively; (2) the discharge of overland flow was the quadratic function of time; (3) runoff coefficient was the function of slope gradient and rain-fall intensity. When the slope gradient increased from 8.7% to 46.6%, the runoff coefficient of overland flow first increased and then decreased. The runoff coefficient reached the maximum when the slope gradient was within the range of 17.6%-36.4%; and (4) the process of subsurface flow generation included the increasing phase and reces-sion phase. Discharge was a logarithm function of time in the increasing phase, and an exponential function in the recession phase. Runoff coefficient of subsurface flow decreased first and then increased when the slope gradient varied from 8.7% to 46.6% and was not correlated with rainfall intensity.     

紫色土中砾石夹层对土壤水分入渗的影响

为探究紫色土中砾石夹层对土壤水分入渗的影响因素,通过室内模拟土柱入渗试验,采用一维垂直水头法研究2种砾石粒径（10~20 mm、20~76 mm）和5种砾石含量（0%、10%、20%、30%和40%）分别与累积入渗量、入渗特性和湿润锋进程之间的关系。利用Horton方程和Philip公式验证入渗特性,以及幂函数拟合湿润锋进程。结果表明:① 在相同砾石粒径下,累积入渗量随着砾石含量的增加而减小;对于20~76 mm粒径砾石夹层,20%砾石含量及以上含量对水分入渗的阻碍程度相似。② 当砾石粒径相同时,初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率都随砾石含量的增加而减小;当砾石含量相同时,大粒径砾石夹层的初始入渗率大于小粒径砾石夹层。③ 砾石粒径大小与其对湿润锋的阻碍程度呈负相关。④ Horton方程对累积入渗量变化规律的验证效果要优于Philip公式;幂函数能较好地模拟含砾石夹层土壤中湿润锋的进程。     

四川盆地紫色土丘陵区水土流失及防治对策

四川盆地丘陵区是该省水土流失最严重的地区。也是该地区生态环境恶化、自然灾害频繁、农村经济落后、人民生活贫穷的重要原因。文章根据四川盆地丘陵区水土流失面积大、强度高的特征及其致害因素，探讨了水土流失原因。水土流失破坏生态环境及耕地资源，淤积江河湖库，加剧水旱洪涝灾害，造成土壤肥力下降，土壤蓄水抗旱能力降低。由此提出了一些相应的防治措施——加强生态环境建设，整治坡面水系，搞好农田基本建设，强化人口／管理等，从而使水土流失得到控制，生态环境得到改善。加强对紫色砂页岩丘陵区的治理，合理开发利用土地，提高土地利用率和生产率，不仅利于四川盆地丘陵区的经济发展，而且对改善长江上游乃至整个长江流域的生态环境也具有重大的现实意义。     

紫色土典型三角形层状剖面入渗模拟

通过室内特制的土壤水分入渗试验装置,分别设置上粗下细和上细下粗两种典型不同质地紫色土三角形层状剖面,探讨典型不规则层次结构的土壤入渗特性。结果显示,同一三角形层状剖面入渗,粗质土半剖面的垂直湿润锋随时间推进速度快于细质土。对于粗质土,上细下粗剖面设置下其半剖面的垂直湿润锋随时间推进速度快于上粗下细,但对于细质土,两种层状剖面设置下其垂直湿润锋随时间推进速度差异不明显。无论上粗下细,还是上细下粗,两种层状剖面对斜面湿润锋变化曲线影响不大。两种层状剖面入渗,湿润锋、入渗速率与时间均呈极显著幂函数关系。建立的紫色土典型三角形层状剖面入渗模型,经验证,模拟值与实测值具有非常好的一致性,且可与经验模型相互转换,模型参数也具有一定的物理意义。     

前期土壤含水量对红壤坡面产流产沙特性的影响

利用田间人工模拟降雨试验,研究了前期土壤含水量对两种红壤坡面降雨入渗、产流和产沙特性的影响.结果表明:前期含水量越高,两种土壤都是产流越快,达到稳定径流和入渗的时间越短.低含水量区(干态和稍干),两种土壤的径流系数和入渗率都与降雨时间呈线性关系,并在60 min内达不到稳定.高含水量区(稍湿和湿态),两种土壤的径流系数、入渗率及产沙速率与降雨时间关系都符合Boltzmann(玻耳兹曼)方程;第四纪红粘土发育的红壤稍干态和红砂岩发育的红壤干态下的产沙速率在整个降雨过程中变化不明显,并都维持在较低水平;第四纪红粘土发育的红壤干态和红砂岩发育的红壤稍干态下的产沙速率随着模拟降雨的进行而大致以线性关系增大.土壤前期含水量越高,两种土壤坡地累tk积入渗量都越小,雨水转化为土壤水分的比率亦越小.