GIS在南京市土壤侵蚀监测中的应用

土壤侵蚀的定量监测是水土保持防治的基础工作.介绍了土壤侵蚀各影响因子降雨侵蚀力因子R,土壤可侵蚀性因子K,坡度坡长因子SL,植被覆盖C和保土措施因子P的计算方法,运用自主研制的南京市水土保持地理信息系统(GIS)结合监测数学模型,对其在南京市2000年土壤侵蚀监测中的应用进行了案例分析,得出南京市2000年轻度以上(含轻度)土壤侵蚀面积1 307.3 km2,年土壤侵蚀总量332.6万t,年均侵蚀模数2 544 t/(km2.a.),最后展望了土壤侵蚀定量监测和预测的广阔前景.     

坡面土壤侵蚀响应机制及其水动力学特征研究进展

坡面是土壤侵蚀的主要发生区。概述了坡面土壤侵蚀发生与土壤性质、降雨、植被、地形、水土保持措施等指标间的响应机制和坡面水动力学参数及机理研究进展;分析表明,坡面土壤侵蚀是一个十分复杂的过程,不仅受土壤内部因素如土壤均质程度、土壤质地、土壤含水量等的影响,还与外部条件如降雨、植被、地形、水土保持工程等紧密相关。但是,现行的土壤侵蚀研究体系并不完善,需要对土壤侵蚀各影响因素之间的相互作用关系和动力学物理机制进一步明确和深入认知。     

不同土地利用方式坡面产流输沙过程模拟研究

针对目前多数坡面侵蚀预测模型难以模拟土地利用变化对坡面产流输沙过程影响的问题,基于运动波方程和泥沙输移公式,给出了一种能够反映不同土地利用方式下坡面产流输沙时空变化的简化模型,并利用裸地、草地、坡耕地、灌木地及幼林地的试验及自然降雨条件下坡面产流输沙实测资料对模型进行验证,符合较好.利用该模型对黄土高原不同降雨条件下不同土地利用场景坡面产流输沙特征进行了模拟,结果表明:典型降雨条件下,5 a树龄以上的林地或覆盖度在60％以上的草地坡面标准小区基本不再发生侵蚀;坡度小于15°的裸地坡面中下部发生轻度侵蚀;十年一遇降雨条件下,10 a树龄以上的林地坡面土壤侵蚀基本得到控制,而草地调控坡面水沙的能力有限,裸地更差.对低强度短历时降雨,草地调控水沙的见效较快;对高强度长历时降雨,林地调控水沙的作用较大,两者宜配合进行;对不同坡度裸地,要严格控制坡面坡长.研究结果为优化土地利用方式提供了理论支撑.     

矿区废石场覆土层垂直侵蚀特征的初步分析

研究选择云南大红山铁矿,采用人工模拟降雨技术,首次对矿区废石场覆土层垂直侵蚀进行了实验研究,初步发现了垂直侵蚀的主要特征.研究表明,垂直侵蚀造成覆土层土壤向下迁移,除小部分截留在废石中,大部分成为土壤损失冲带到更深层废石中;垂直侵蚀随降雨强度、降雨历时的增加而增加,不同土壤的侵蚀临界降雨量不同;垂直侵蚀与土壤渗透呈高度的正相关关系,还与土壤含砂量、孔隙度、通气度呈正相关,与土壤含水量呈负相关;实验发现,垂直侵蚀可以分为土相渗蚀和岩气相冲蚀2种形态,发生方式不同,前者的发生过程分成土壤润湿、强度侵蚀、侵蚀减弱3个典型阶段,三者水动力条件不同;垂直侵蚀一旦发生,可能导致极强度土壤侵蚀,造成十分严重的水土流失.     

黄土坡面水蚀因子对坡面侵蚀量的影响研究

以黄土坡面为研究对象,建立土壤侵蚀评价和预报模型,通过室内径流冲刷模拟试验,研究了坡面径流水深及流速的变化规律,分析了坡面径流水动力要素对坡面侵蚀量的影响。结果表明:在土壤侵蚀过程中,坡面径流水深和流速的变化极为复杂,具有时空分布多样性特点,但总体上随径流冲刷流量的增加而增大。通过分析坡面侵蚀量与水蚀因子的关系,建立了坡面侵蚀模型多元回归方程。     

降雨对宝日希勒排土场边坡侵蚀的数值模拟

降雨对宝日希勒露天矿排土场产生侵蚀破坏作用,部分排土场边坡产生滑坡,形成侵蚀沟。根据宝日希勒排土场实际情况,利用ABAQUS软件对排土场顶层边坡进行数值模拟,研究不同降雨强度对排土场边坡土壤侵蚀的情况。结果表明:(1)在任何降雨强度下,从降雨初期雨水在排土场边坡就开始入渗,入渗能力下降时便开始形成表层流,表层流对排土场的侵蚀最先发生的位置均位于坡面中部和上部;(2)表层流对坡面侵蚀的时间长度随降雨强度增大而增加,坡面侵蚀程度随着降雨强度增大而加重;(3)暴雨天气时,不同降雨强度对边坡产生破坏的时间不同,随着降雨强度增加,边坡越早受到侵蚀破坏。研究结果可为揭示降雨对排土场土壤的侵蚀规律提供参考。     

基于USLE模型的祁连山南坡土壤侵蚀现状评价

借助“3S”技术,应用USLE模型,对祁连山南坡土壤侵蚀现状进行了定量评估,分析了高程、坡度、植被覆盖度等土壤侵蚀的主要影响因子, 得到了土壤侵蚀的空间分布特征. 结果显示:2014年祁连山南坡土壤侵蚀量为1.54×107 t/a,侵蚀面积为2.21×104 km2. 从面积来看,以微度侵蚀为主,占土壤侵蚀总面积的70.43%;从侵蚀量来看,以轻、中度侵蚀为主,占总侵蚀量的87.67%;强度侵蚀和极强度侵蚀面积及其侵蚀量所占比例均极小,无剧烈侵蚀;从空间分布来看,微度侵蚀多分布在山体之间地势平坦区域,轻度侵蚀及以上级别主要分布在托勒山、走廊南山、冷龙岭、大通山及其托勒南山沿线. 坡度、植被覆盖度、海拔与土壤侵蚀模数相关性显著,土壤侵蚀级别与侵蚀量随着海拔和坡度的增加而上升,随植被覆盖度的增加而下降.     

生草覆盖条件下不同降雨强度对紫色土坡面侵蚀产沙的影响

造林种草,增加植被覆盖度是防止土壤侵蚀的重要措施.通过人工模拟降雨试验,探讨生草覆盖下紫色土坡面侵蚀产沙的动态变化.结果表明,有生草覆盖的坡面径流含沙量较裸地的径流含沙量更快达到稳定状态;坡面侵蚀产沙率随覆盖度增加呈指数型递减,且坡下种草的减沙效果最好;覆盖度与降雨强度对坡面侵蚀产沙量的影响存在对比消长关系,但生草覆盖度对产沙量的影响小于降雨强度的变化对产沙量的影响.     

珠江口盆地陆坡类型及其对深水储层的控制

为了寻找陆架边缘三角洲和深水扇之间的对应关系,利用三维地震资料解释、沿层属性提取和钻测井信息,探讨珠江口盆地白云凹陷晚渐新世(23.8 Ma)、早中新世(21 Ma)和中中新世(13.8Ma)的陆坡类型和演化.根据陆坡发育侵蚀水道的规模将其分为侵蚀型、侵蚀-加积型和加积型3类.研究结果表明:侵蚀型陆坡(21Ma)发育大规模的下切峡谷,平面上呈顺直-蛇曲型,剖面上为U型或V型的强振幅反射.峡谷内部充填富砂质的碎屑流或浊流沉积,天然堤不发育;峡谷末端发育大型深水扇朵体.侵蚀-加积型陆坡(23.8Ma)发育规模明显小于峡谷的冲沟,与冲沟相连的盆底扇规模减小.加积型陆坡(13.8 Ma)难以识别侵蚀水道.陆坡以粉砂岩和泥岩的披覆沉积为主,低密度浊流或异重流为主要的搬运机制,沉积物在非限制性环境下大多沉积在中—上陆坡区,难以搬运至深水盆地.强烈的构造活动和近物源易于诱发陆坡沉积物的垮塌,是侵蚀型陆坡形成的主要原因.稳定的构造沉降、欠补偿或补偿环境、远离主河口、弱的水动力条件以及海平面持续下降但不低于陆架坡折是加积型陆坡的成因.仅依靠陆架边缘三角洲的发育尚不能对深水储层是否大规模发育做出判断,而伴随海平面持续下降形成的陆坡侵蚀峡谷是深水储层发育的重要保障.     

坡面土壤侵蚀及其模型研究综述

对目前发展的各种坡面土壤侵蚀模型进行了综述。坡面侵蚀研究已近一个世纪，但从现有的模型来看，大都是经验性模型。通用土壤流失方程的应用在美国应用成功，但在其它国家的应用情况却并不理想。近来，越来越多的研究者从物理原理进行研究，发现坡面侵蚀的物理机理是相当复杂的，与明渠流或河道水流侵蚀有很大的不同。本文为致力于坡面流侵蚀的研究者提供了一个有益的文献索引．     

沉积盆地波动分析与不整合剥蚀量研究

Wave process analysis of sedimentary basin is an available method for study of erosion quantity of unconformities. Study processes of the method are as following(1)the statistics of raw data for every area, (2)the transformation from lithology_time section, (3)restoring the primary thickness and calculating the depositional rate, (4)establishing the wave equation, (5)calculating the erosion quantity of unconformities. Application of the method to Tarim basin indicates that intensely erosion is occurred in central Tarim Uplift, eastern Orogenic stage and Indo_Chinese orogenic stage.     

沉积盆地波动分析与不整合剥蚀量研究——以新疆塔里木盆地为例

沉积盆地波动分析是定量研究不整合剥蚀量的有效方法之一．该方法从地层资料入手,通过沉降史研究,恢复地层原始厚度,建立反映盆地沉积—剥蚀过程的波动方程,实现对沉积—剥蚀过程的定量预测．对新疆塔里木盆地的沉积波动分析表明,海西早期构造事件、海西末期构造事件和印支期构造事件引起的隆升剥蚀最为强烈,并以塔中隆起、塔东地区和塔北隆起造成的剥蚀量最大．     

基于能量守恒理论的波浪侵蚀土质岸坡范围预测方法

波浪对三峡库区土质岸坡的侵蚀极大影响了库区生态与地质环境安全,预测波浪对岸坡的侵蚀范围将是库区防灾减灾工作的重要措施,然而现有的侵蚀预测主要是以经验方法为主,难以获得准确的结果。为此,采用能量守恒理论,考虑波浪上爬过程中的层厚及流速变化,分别构建波浪上爬势能方程与摩擦耗能方程,最终联立建立波浪作用土质岸坡侵蚀范围预测方程。为获取预测方程的关键参数,开展波浪上爬岸坡模型试验,研究波浪上爬岸坡时的流速、层厚及爬高变化规律;为验证侵蚀范围预测方程的可靠性,开展波浪侵蚀岸坡模型试验,获取土质岸坡侵蚀演化进程。波浪上爬模型试验结果表明：岸坡坡度越大,则波浪爬高越大,爬坡水流厚度也随之增大,但爬坡水流流速随之减小;根据试验结果获取了水流厚度参数与流速参数的分布区间,构建了水流厚度参数、流速参数与岸坡坡度间的关系方程。波浪侵蚀岸坡模型试验结果表明：土体干密度越大,岸坡的抗侵蚀能力越强,且岸坡达到最终稳态所需的时间越长;碎石含量越多,岸坡的抗侵蚀能力越强,由于碎石护面作用使得岸坡侵蚀稳定的时间缩短;将岸坡侵蚀稳定终态结果与预测方程结果进行了对比,验证了本文提出的侵蚀范围预测方程是可靠的。本文提出的波浪侵蚀范围预测方程可广泛应用于国内外水库土质岸坡的侵蚀灾害防治工作中。     

基于DEM-CFD耦合方法的煤系土边坡失稳机理宏细观分析

边坡的宏观力学特性是由组成土体颗粒的细观参数及其运动决定的,基于连续介质模型的有限元方法虽然能够在宏观层面上基本等效地得到边坡土体的应力变形特性,但难以反映边坡体在微细观尺度上的变形失稳机理,存在明显的局限性。采用将离散元方法（DEM）与计算流体动力学方法（CFD）进行耦合,建立了煤系土边坡三维DEM-CFD流固耦合细观作用计算模型,对降雨作用下煤系土边坡失稳破坏的细观机理进行了分析。结果表明,采用DEM-CFD流固耦合方法模拟的煤系土边坡破坏形式主要是雨水冲刷,边坡滑动面预测为近似的直线段,这与室外模型试验边坡雨水冲刷的范围非常接近,验证了该数值方法的适应性。边坡土体颗粒的力链、配位数以及孔隙率等细观参数,在降雨过程中都会随之发生变化,如坡顶颗粒的孔隙率由初始状态的0.35变化至失稳状态的0.8,这些细观参数的变化与边坡土体的宏观力学表现直接关联,文中通过对颗粒细观参数变化分析,从细观角度深刻解释了雨水作用下煤系土边坡的破坏演变规律。论文研究成果不仅可为该区域煤系土边坡的防护设计与施工提供理论依据,而且为从微细观角度更好地分析离散介质岩土工程的宏观力学规律提供了一种新思路。     

柱式桥台前坡改造数值分析与现场检测

为了增加桥下被交道路的通行空间,采取袖阀管劈裂注浆加固柱式桥台台后主动压力区土体及台前被动压力区土体,并在分段分级挖除台前填土过程中增设锚杆钢筋混凝土挡墙的内外部双重加固措施;采用Abaqus6.10非线性分析软件,建立柱式桥台前坡加固改造的三维弹塑性模型,模拟分析柱式桥台前坡全断面一次挖除、分段分级挖除两种方案的开挖过程和路基边坡稳定性,确定了路基加固范围;现场监控开挖过程中的墙顶位移和锚杆拉力,分析了土体开挖、挡墙施工过程中的稳定性。研究结果表明:全断面分级开挖支挡方案的稳定安全系数为1.61,路基边坡分段分级开挖支挡方案的稳定安全系数为1.84,分段分级方案更加安全;墙顶位移主要发生在施工期,其间锚杆拉力没有发生突变,挡墙及墙后土体安全稳定;台前与台后劈裂注浆加固,有效提高了加固区土体的抗剪强度和抗变形能力,开挖过程中无坍塌、掉落、滑移等现象。     

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。     

砂性土坡面防护结构抗降雨冲刷性能试验研究

针对砂性土堤防坡面抗雨水冲刷能力弱的工程实际,建立砂性土坡面冲刷试验模型,开展降雨冲刷试验,研究不同砂性土堤防坡面保护层抗冲刷性能。分析降雨条件下不同砂性土堤防坡面保护层的冲刷过程,总结出沙土、膨润土与秸秆三者混合形成的坡面保护层能够抵抗雨水冲刷、保障植物种子顺利成长,便于施工。     

Prediction of recent bank retreat processes at typical sections in the Jingjiang Reach

The Jingjiang Reach is experiencing continuous channel degradation owing to operation of the Three Gorges Project(TGP)in2003.Significant retreat processes at composite riverbanks have occurred at local sites of this reach,which may influence the stability of the river regime and the effect of existing river training works.Therefore,bank retreat plays a key role in fluvial processes of the Jingjiang Reach,and it is necessary to predict the long-term processes of bank retreat at typical sections in the reach.In this study,various factors influencing bank retreat in the Jingjiang Reach are investigated,based on bank erosion processes at four sections and the corresponding flow and sediment conditions.It is discovered that fluvial erosion intensity is a dominant factor in controlling the processes of bank retreat in the reach,although other factors,such as bank soil properties,can also influence bank retreat.The bankfull width at a section with severe bank erosion since 2002 is defined as being equal to the sum of the bankfull width in 2002 and the accumulated bank retreat distance after 2002.The magnitude of the bankfull width can be expressed as an exponential function of the previous 5-year average fluvial erosion intensity during flood seasons.The accumulated distances of bank retreat at four sections over the period 2002–2012 are predicted using the proposed empirical relationships,with the calculated bank retreat processes agreeing well with observed data.