黄土高原梯田和淤地坝坡沟治理措施对产流产沙的协同效应

黄土高原地区的梯田和淤地坝措施发挥了重要的水土保持功能,然而现有的研究主要关注单个措施的减水减沙效应,对坡沟治理措施综合配置协同调控水沙过程的作用一直认识不清。因此,该研究为解析梯田和淤地坝措施对水沙过程的协同调控效应,构建了10个坡沟系统物理模型,设置了对照组（CO）,单一措施组（梯田措施（T0）,4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短（L1、L2、L3和L4））和组合措施组（梯田与4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短的综合配置（T1、T2、T3和T4））,进行降雨强度为90 mm/h的室内模拟降雨试验,量化不同试验方案下坡沟系统的产流产沙过程。结果表明：1）梯田措施和淤地坝淤积导致坡沟区域坡长缩短均有效调控了坡沟系统的产流产沙过程,梯田能分别减少46.30%～83.59%的径流总量和25.82%～82.41%的泥沙总量,淤地坝导致坡沟区域坡长缩短能分别减少7.87%～33.42%的径流总量和10.20%～30.57%的泥沙总量。2）不同试验方案下坡沟系统的产沙率和产流率之间满足线性关系,而累计产沙量和累计产流量满足幂函数关系。3）综合措施配置发挥了“1+1> 2”的水土保持...     

长江经济带景观格局对生态系统服务价值影响的概率评估

经济的快速发展改变了区域景观格局,定量评价景观格局变化对生态系统服务价值的影响是实现生态文明建设和高质量发展的重要途径。该研究以长江经济带为研究对象,使用1980—2020年8期土地利用数据,在渔网分析的基础上,采用线性回归和相关性检验方法分析了4种景观格局指数和生态系统服务总价值的时空演化特征与线性响应,最后通过构建非线性概率评估框架,定量评估了生态系统服务总价值对景观格局指数变化的敏感性。结果表明：1）1980—2020年间,耕地、林地和草地是长江经济带的主要土地利用类型,耕地和林地面积逐年减少,其他土地利用面积均有所增加。2）四川省南部、云南省东部、贵州省西部和重庆市等地区多年平均景观分离度指数较大,景观破碎化严重。长江经济带43.97%地区景观分离度指数和64.28%的区域的香农多样性指数显著增加,大部分地区景观呈现均衡化和多样化发展,城市化会降低生态系统服务总价值。3）景观分离度和香农多样性指数的增加可能加剧景观破碎化,导致生态系统服务价值的降低。4）根据概率评估框架,较高的生态系统服务总价值对景观分离度指数或香农多样性指数比较敏感,林地和草地是影响长江经济带生态系统服务总价值变化的主导景观。研究成果有助于掌握长江经济带景观格局和生态系统服务的变化特征,从而进一步为长江经济带生态保护与高质量发展提供科学依据。     

黄土高原坡沟系统侵蚀产沙过程的REE示踪研究

利用室内概化的坡沟系统模型,结合REE示踪技术,采用放水冲刷试验,对黄土高原坡沟系统侵蚀产沙过程进行了深入研究。结果表明,坡沟系统的坡面侵蚀速率大于沟坡的侵蚀速率,即坡面侵蚀较沟坡侵蚀剧烈;在本研究设计的流量范围内存在一个临界流量Q=12 L/min,当冲刷流量小于该值时,起始侵蚀率随流量的增大而增大,当冲刷流量大于该值时,起始侵蚀率随冲刷流量的增大而减小;相同流量下,随着冲刷历时的延长,其侵蚀率呈波动变化趋势,陆续达到最大,然后又逐渐减小,而且随着流量的增大,La元素示踪带和Eu元素示踪带侵蚀率达到最大的时间越来越短。     

石窑店煤矿建设及生产过程中水土流失预测研究

石窑店煤矿在建设和生产过程中会不同程度地破坏地表植被、改变土壤结构、损坏现有的水土保持设施,同时产生大量的弃土弃渣。针对石窑店煤矿在建设和生产过程中的水土流失和生态环境恶化问题,在现场勘察和分析相关资料、文件的基础上,预测了该煤矿在建设和生产过程中扰动原地貌,损坏土地和植被的面积、弃渣量、损坏水土保持设施的面积和数量及可能造成新增水蚀、风蚀量,预测结果为合理布设该矿区水土保持与生态修复措施提供科学依据和技术支撑。     

草带布设位置对坡沟系统水文连通性的影响

为研究坡面不同草带布设位置对坡沟系统水文连通性的影响,在模拟降雨条件下,选取地形收敛指数和地形湿度指数作为结构连通性指标、简化水文曲线和相对地表连接函数作为功能连通性指标分析了不同草带布设位置(坡面中上、中、中下、下部)坡沟系统水文连通性。结果表明:不同草带布设位置对坡沟系统的连通过程影响不同。植被布设越靠近沟坡部分产流时间越长;植被布设在中下坡位、下坡位比中坡位和中上坡位的总径流量小,对径流汇集影响大。中上坡位布置植被比其他位置有较好的结构连通性,其降雨后的地形更利于水系连通。不同格局地形收敛指数分布类似正态分布,地形湿度指数分布符合正偏态分布。中上坡位布置植被降雨后地形比其他格局更利于汇流;中上坡位布置植被降雨后的地形湿度指数均值比降雨前减少10.59%,整体变化最大,也更利于产流。植被布设越靠近坡顶部分其功能连通性越好,但对于降水的储蓄能力较差。中上坡位布置植被相比其他格局需要较少的水量达到产流,功能连通性最好。降雨停止时,中下部和下部坡位布设植被约有70%的总降雨量用于储蓄,而中上部和上部仅为50%。     

不同降雨强度下黄土区冻土坡面产流产沙过程及水沙关系

为了明确降雨对冻土坡面侵蚀的作用机理,探讨冻土和未冻土在不同水力条件下侵蚀之间的差异。通过室内模拟降雨试验,采用3种降雨强度(0.6,0.9,1.2 mm/min)对比定量研究冻土坡面和未冻土坡面产流产沙过程及水沙关系。结果表明:在0.9、1.2 mm/min雨强下,冻土坡面的产流时间相对对照坡面提前了18.7,6.4 min。冻土坡面径流量、侵蚀量均远大于对照坡面,在0.9,1.2 mm/min雨强下径流量分别是对照坡面的1.16,1.19倍,侵蚀量分别是对照坡面的10.40,6.40倍。随着降雨进行,坡面产生不同程度的细沟,其中,冻土坡面相比对照坡面细沟出现时间分别缩短了18 min,22 min,且冻土坡面细沟侵蚀量占总侵蚀量的79%～92%,此比例大于同雨强下的对照坡面。两种坡面的累计径流量与累计产沙量之间满足y=kx+b的线性关系,在细沟间侵蚀阶段,冻土坡面的k值是对照坡面的8.48～9.02倍,而在细沟侵蚀阶段,则为对照的3.68～7.50倍。研究结果表明细沟侵蚀是冻土坡面土壤侵蚀率增大的主要原因,而冻结层的阻水作用是导致坡面上细沟出现时间提前的最重要因素。该研究可以为完善土壤侵蚀机理研究提供一定的参考价值。     

人工林对黄土高原小流域上下游不同坡面土壤水分的影响

为对比不同生态治理小流域的土壤水分,以人工刺槐小流域杨家沟及其相邻自然恢复小流域董庄沟为研究对象,2016年8月每4天在两流域的对照坡面、样点同时采样、分层测定0~120 cm剖面土壤含水量(SWC),通过经典统计学方法分析各流域不同区段、坡向、坡位、土层的SWC变化,并采用土壤水分流域变差系数指标进行流域对比。结果表明:1)董庄沟SWC上游下游,东坡西坡,坡脚坡腰坡肩,沿剖面向下先短暂降低(0~20 cm)又持续增大(20~120 cm),不同区段、坡向间差异显著(P0.05);2)在林木耗水及蒸发调节影响下,杨家沟SWC下降(P0.05)、土壤水分格局发生变化,下游与东坡土壤较湿润,SWC坡脚显著高于坡腰与坡肩(P0.05)、剖面垂向分布先持续下降(0~100 cm)后转而上升(100~120 cm);3)SWC空间变异性董庄沟(29.19%)杨家沟(23.51%),时间变异性杨家沟(10.99%)董庄沟(8.76%);4)上游、东坡、坡腰与60~120 cm土层是杨家沟土壤水分亏缺的主要区域与层次。研究结果可以作为小流域生态建设植被配置与布局的依据。     

裸岩石砾地客土土体结构对水肥渗漏的影响

针对裸岩石砾地利用客土法整治后新增耕地存在失水失肥的现象,以秦岭北麓某荒石滩新增耕地客土耕层作为模拟研究对象,将供试土壤以不同容重分层填装试验土柱,并对其进行了水分入渗试验,分析了裸岩石砾地人为耕作层结构的水分、养分渗漏特征。通过对5种耕作层结构的模拟渗漏试验,结果表明:(1)人为耕层土壤初始渗漏能力和渗漏速率与模拟心土层容重呈负相关关系,其入渗过程可用修正后的Kostiakov入渗模型进行模拟;(2)心土层土壤容重对累积入渗量、入渗速率及养分流失量均有较大影响,并呈负相关关系;(3)分析养分总渗漏量显示,存在一个最优耕层结构,在此耕层结构具有较好的保肥效果。通过综合分析水肥渗漏状况,确定最优耕层结构自下而上容重分别为1.5,1.3,1.2g/cm3。     

覆土厚度对裸岩石砾地土壤颗粒迁移过程的影响

为了明确裸岩石砾地土地整治工程中人为构建耕作层的合理覆土厚度,通过室内土柱模拟试验,研究了覆土厚度对裸岩石砾地土壤颗粒迁移过程的影响。根据裸岩石砾地土地整治工程特点,试验共设计4个覆土厚度,分别为5,10,15,20cm,土柱底部装填5cm厚直径为10mm的玻璃珠,试验从土柱下端出水开始记时,共接取渗漏液6h。结果表明:(1)较厚的土层具有较好的保水蓄水能力和较强的土体稳定性,4个土层厚度的水分渗漏量均随着土层厚度增加而减小,水分渗漏速率表现为先增大后减小,最终趋于稳定的趋势;(2)土壤颗粒迁出量与土层厚度呈负相关关系,土壤颗粒累积迁出量与土层厚度的拟合关系式为:y=3.19e-0.11x(R2=0.96);(3)水分渗漏前期往往伴随着大量土壤颗粒的迁出,且土层越薄,水分渗漏量和土壤颗粒迁出量越大,随着渗漏过程的进行土壤颗粒迁出量逐渐减小;(4)迁出颗粒中粉粒含量最高,黏粒次之,砂粒含量最低,且不同粒径土壤颗粒随时间的迁出特征也不同。研究结果为裸岩石砾地土地整治提供了科学依据。     

黄土丘陵沟壑区典型小流域不同洪水类型侵蚀输沙效应

不同降雨-径流格局下的土壤侵蚀响应是土壤侵蚀规律研究中的基本关系之一,以黄土丘陵沟壑区典型小流域岔巴沟的一级支沟蛇家沟为例,分析了不同洪水类型驱动下的小流域侵蚀输沙过程。以蛇家沟水文站1961—1969年记录的45次洪水事件为数据基础,选取洪水历时、次洪水径流深和洪峰流量作为洪水径流过程的特征指标,运用K均值聚类和判别分析相结合的方法,将全部洪水事件划分为3种类型。其中,A型洪水具有短历时、小径流、低变率和中洪峰的特点,是最为普遍的类型。B型洪水具有中历时、中径流、中变率和小洪峰的特点,发生频率居中。C型洪水具有长历时、大径流、高变率、大洪峰的特点,发生频率最低。洪水历时是决定洪水类型的主要因素。不同洪水类型下的输沙模数、平均含沙量及最大含沙量由大到小依次分别为:C、B、A;C、A、B;C、A、B;但其差异并不显著(P0.1)。蛇家沟小流域的水沙关系趋于稳定,径流含沙量的变化可用流量的对数函数进行描述。在径流量保持一致的情况下,不同洪水类型驱动下的输沙模数相对大小(A∶B∶C)为1∶0.93∶1.22。当洪水历时延长1.7倍时,其增沙作用达到极大值,输沙模数最大增幅为22%。研究结果可为流域洪水类型划分、全面科学评估径流调控及利用的水土保持效益提供有益参考。