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复合水保措施下工程堆积体坡面土壤侵蚀规律研究

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复合水保措施下工程堆积体坡面土壤侵蚀规律研究

作者：杨树云西北农林科技大学

学位级别：硕士

生产建设项目产生的大量弃土弃渣是新增水土流失的主要来源,布设植被和工程措施是控制土壤侵蚀的重要途径。由于治理措施受多种因素影响,在不同条件下的坡面减蚀效果存在差异,且对堆积体条件下水土保持措施的空间布设方式研究积累不够,... 详细信息

生产建设项目产生的大量弃土弃渣是新增水土流失的主要来源,布设植被和工程措施是控制土壤侵蚀的重要途径。由于治理措施受多种因素影响,在不同条件下的坡面减蚀效果存在差异,且对堆积体条件下水土保持措施的空间布设方式研究积累不够,因此研究复合措施条件下堆积体坡面侵蚀规律尤为重要。本文以工程堆积体高陡边坡为研究对象,采用恒流冲刷试验,设计了6种坡面措施(裸坡、植物篱、水平沟、鱼鳞坑、植物篱+水平沟、植物篱+鱼鳞坑),3种放水流量(8、12、16 L/min),探究不同措施下工程堆积体坡面径流水动力学特性、侵蚀过程、减流减沙效益、径流泥沙调控、侵蚀泥沙颗粒特性。研究结论如下:(1)揭示了不同措施对堆积体坡面径流水动力学特性的影响,及各水动力学参数与产沙的关系。试验条件下,复合措施的流速、雷诺数、径流剪切力、径流功率小于单一措施和裸坡,相比裸坡分别减少了25.51%～44.03%、47.67%～63.81%、25.79%～52.10%、33.09%～66.37%;弗汝德数表现为:裸坡>植物篱>鱼鳞坑类措施>水平沟类措施,阻力系数则与之相反,水平沟类措施阻力系数相比裸坡增大了-7.25%～114.65%。堆积体坡面产沙率与流速、雷诺数、径流剪切力、径流功率、弗汝德数存在极显著正相关(P措施对堆积体坡面产流产沙和水沙关系的影响。试验条件下,不同水保措施的产流率和产沙率表现为:裸坡>植物篱>鱼鳞坑>水平沟>植物篱+鱼鳞坑>植物篱+水平沟,各措施平均产流率较裸坡分别减少了16.65%、16.98%、24.69%、26.82%、34.69%。各措施平均产沙率与裸坡相比分别减少了38.03%、45.22%、51.41%、65.51%、72.79%;堆积体坡面累计产流量与累计产沙量存在极显著幂函数关系(R=0.945～1.000,P措施的累计产沙量增长率较单一措施小。(3)量化了不同措施的减流减沙效果及减沙时效性。试验条件下,措施坡面均具有蓄水减沙效果,复合水保措施的减流减沙效益、累计减沙量高于单一措施,二者的减流效益分别为28.17%～37.17%、14.37%～24.94%,减沙效益分别为38.83%～77.45%、14.11%～57.80%,累计减沙量分别为13.80～16.62、4.85～15.30 kg。各措施的减流控沙量大于水沙关系调沙量,径流减少是水保措施调控坡面侵蚀泥沙的主导因素。植物篱+水平沟下的减流控沙与水沙关系调沙的效率系数均大于其他措施,二者能较好地调控径流泥沙。(4)明确了不同措施对侵蚀泥沙颗粒分布和分选特性的影响。试验条件下,侵蚀泥沙颗粒组成以细粉粒和粗粉粒为主,砂粒次之,黏粒占比最小,各颗粒含量分别为33.68%～44.02%、25.51%～32.66%、18.55%～27.32%、7.06%～10.73%。各粒级泥沙颗粒中,细粉粒富集作用最强,其含量及富集率随着流量的增加有所减小,砂粒最不易被运移,其含量及富集率随流量的增大而增大。复合措施的细粉粒含量及其富集率较单一措施和裸坡高,砂粒含量及其富集率则小于二者。粗粉粒基本以单粒的形式运移,而黏粒、细粉粒、砂粒以团聚体的形式运移。黏粒体积分数与体积分形维数的相关性最好,为极显著线性正相关(R=0.855,P<0.01)。

关键词：工程堆积体水保措施坡面侵蚀水动力学特性泥沙颗粒

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水保措施对柑橘果园土壤细菌群落结构的影响

环境科学研究 2021年第2期34卷 419-430页

作者：吴波波王鹏肖胜生余小芳舒旺张华丁明军江西师范大学地理与环境学院江西南昌330022 江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室江西南昌330022 江西省水土保持科学研究院江西南昌330029

为探索水保措施对柑橘果园土壤细菌群落结构的影响,以江西省德安县柑橘果园为研究对象,选取4种水保措施〔狗牙根条带覆盖(TD)、狗牙根全园覆盖(QY)、经济作物萝卜-大豆轮作条带覆盖(LZ)和净耕果园(JG)〕,基于高通量测序技术确定了柑橘... 详细信息

为探索水保措施对柑橘果园土壤细菌群落结构的影响,以江西省德安县柑橘果园为研究对象,选取4种水保措施〔狗牙根条带覆盖(TD)、狗牙根全园覆盖(QY)、经济作物萝卜-大豆轮作条带覆盖(LZ)和净耕果园(JG)〕,基于高通量测序技术确定了柑橘果园土壤不同土层〔表层(0~10 cm)、中层(10~20 cm)、底层(20~40 cm)〕的细菌群落结构,并采用PLS-DA分析和冗余分析(RDA)等统计方法研究了不同水保措施条件下柑橘果园细菌群落结构特征及差异.结果表明:①与JG相比,TD、QY和LZ各层土壤中的全氮(TN)、土壤有机碳(SOC)和土壤有机质(SOM)含量均有提高,尤其是QY提高明显,其3层土壤中的平均TN、SOC和SOM含量分别提高了近50%、40.33%和40.26%.②与JG相比,QY表层土壤的细菌丰度显著增加了近1.51倍,且不同水保措施下QY表层和TD中底层土壤的Shannon-Wiener指数分别最高.③柑橘果园土壤中主要细菌门有Chloroflexi(28.39%~45.32%)、Acidobacteria(13.20%~23.31%)、Proteobacteria(14.65%~22.95%)和Actinobacteria(7.20%~11.26%).与TD、QY和LZ相比,JG土壤中Chloroflexi的相对丰度较高,Acidobacteria和Proteobacteria的相对丰度较低.除Chloroflexi相对丰度增加外,不同水保措施下Proteobacteria和Actinobacteria的相对丰度均沿剖面深度呈减少趋势;不同水保措施下Acidobacteria的相对丰度亦沿剖面深度呈减少趋势,但TD除外.④不同水保措施下土壤细菌群落差异显著,TN、SOC和SOM(尤其是TN)是主要影响因素.⑤网络分析表明,Proteobacteria是4种水保措施下土壤细菌交互作用的核心细菌;QY土壤细菌群落交互作用网络的稳定性优于TD、LZ和JG.研究显示,水保措施可以通过改变土壤理化环境来影响细菌群落结构,TD、QY和LZ均提高了土壤中的TN、SOC和SOM含量,增加了土壤细菌多样性,其中以QY的提高最为显著,且土壤细菌群落交互作用的稳定性最好.

关键词：水保措施高通量测序土壤细菌群落结构多样性

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

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水利学报 2007年第1期38卷 47-53页

作者：郑明国蔡强国王彩峰刘纪根中国科学院地理科学与资源研究所华中农业大学湖北武汉430070 长江科学院水土保持研究所湖北武汉430010

根据黄土高原高含沙水流的特点,认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示,关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上,以... 详细信息

根据黄土高原高含沙水流的特点,认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示,关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上,以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区,其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明,治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系,被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力,且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀,使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充,达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为,在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下,治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明,在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。

关键词：水沙关系植被水保措施尺度

水保措施对油桃园土壤有机碳库及其组分的影响

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农业环境科学学报 2014年第4期33卷 803-809页

作者：王义祥黄毅斌叶菁王成己翁伯琦应朝阳福建省农业科学院农业生态研究所农业部福州农业环境科学观测实验站福州350013

以福建尤溪玉池果园水土流失定位观测点为平台,研究了不同水保工程措施对油桃园土壤有机碳及其组分的影响。结果表明,梯台清耕和梯台生草模式油桃园土壤有机碳密度较顺坡清耕模式分别提高18.3%和34.7%。梯台生草模式土壤有机碳含量分别... 详细信息

以福建尤溪玉池果园水土流失定位观测点为平台,研究了不同水保工程措施对油桃园土壤有机碳及其组分的影响。结果表明,梯台清耕和梯台生草模式油桃园土壤有机碳密度较顺坡清耕模式分别提高18.3%和34.7%。梯台生草模式土壤有机碳含量分别比顺坡清耕和梯台清耕模式提高15.3%和46.5%,颗粒有机碳、轻组有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳含量分别提高了17.6%和30.9%、60.4%和112.7%、6.5%和24.3%、42.2%和45.3%,说明生草栽培措施有利于改良果园土壤结构,提高土壤肥力。梯台生草模式土壤惰性有机碳含量也比顺坡清耕和梯台清耕模式分别提高39.1%和39.0%,说明生草栽培也可促进果园土壤稳定性碳库的增加。

关键词：水保措施油桃园土壤有机碳组分

黄河中游多沙粗沙区流域坡面水保措施变化特征

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地理学报 2014年第1期69卷 64-72页

作者：周旭杨胜天刘晓燕刘昌明周秋文赵海根罗娅马红斌北京师范大学地理学与遥感科学学院遥感科学国家重点实验室环境遥感与数字城市北京市重点实验室北京100875 西华师范大学国土资源学院四川南充637009 黄河水利委员会郑州450003 北京师范大学水科学研究院北京100875 中国科学院陆地水循环与地表过程重点实验室北京100101 贵州师范大学地理与环境科学学院贵阳550001 黄河水土保持生态环境监测中心西安710021

选用Landsat TM、环境星CCD、SPOT4和资源三号卫星影像等多源地学数据,通过人机交互式解译和修订土地利用与梯田数据,提出用相邻图幅递进回归分析法消除NDVI时相差异后反演植被盖度,构建起退耕还林还草面积比例、植被盖度均值变化量和... 详细信息

选用Landsat TM、环境星CCD、SPOT4和资源三号卫星影像等多源地学数据,通过人机交互式解译和修订土地利用与梯田数据,提出用相邻图幅递进回归分析法消除NDVI时相差异后反演植被盖度,构建起退耕还林还草面积比例、植被盖度均值变化量和有效梯田累计保存面积比例3个坡面特征变化指示参数后,运用综合聚类分析和多要素贡献率模型研究黄河中游多沙粗沙区的流域坡面水保措施变化特征。结果表明:(1)1998-2010年间研究区内流域坡面水保措施变化显著,平均退耕还林还草面积比例为5.55%,平均林草植被盖度均值增加20.63%,平均有效梯田累计保存面积比例达6.25%;(2)多要素水保措施变化共同作用下的流域坡面变化特征主要有7种类型,即植被盖度变化主导型、植被—土地变化主导型、土地—植被变化主导型、植被—梯田变化主导型、梯田—植被变化主导型、梯田面积变化主导型和多要素变化共同主导型;(3)不同类型的空间分布存在一定的地貌背景差异,后续研究应结合流域坡面变化特征及其地貌格局来优化配置水保措施,并合理估计水沙模型模拟的敏感性参数。

关键词：变化坡面水保措施黄河中游多沙粗沙区

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水保措施对红壤旱地团聚体及其特性的影响

土壤通报 2014年第4期45卷 961-965页

作者：钟义军黄欠如武琳叶川成艳红孙永明章新亮江西省红壤研究所南昌331717 国家红壤改良工程技术研究中心南昌331717

研究了水土保持措施对红壤荒坡旱地土壤机械组成、团聚体及其特性的影响,分析了水稳团聚体及其特性与土壤侵蚀量、地表径流和花生产量的相关关系。结果表明:(1)水土流失主要引起红壤旱地粘粒部分流失,水保措施能减少12.67~24.40%的粘粒... 详细信息

研究了水土保持措施对红壤荒坡旱地土壤机械组成、团聚体及其特性的影响,分析了水稳团聚体及其特性与土壤侵蚀量、地表径流和花生产量的相关关系。结果表明:(1)水土流失主要引起红壤旱地粘粒部分流失,水保措施能减少12.67~24.40%的粘粒流失;(2)与CK相比,水保措施>1 mm风干团聚体和>0.5 mm水稳团聚体含量增加,团聚体分形维数(CFD)、稳定性指数(ASI)和平均重量直径(MWD)均显著升高,升高的幅度分别为0.38~0.76%、1.44~2.88%、15.50~18.75%;(3)土壤侵蚀量和地表径流与>2 mm、1~2 mm粒级的水稳团聚体呈极显著负相关(p<0.1),与0.25~0.5 mm粒级的水稳团聚体呈极显著正相关(p<0.1),花生产量与0.5~1 mm和<0.053 mm粒径的水稳团聚体显著负相关(p<0.5)。基于此,研究红壤旱地土壤团聚体及其特性可以指导红壤旱地水土保持研究工作。

关键词：水保措施红壤旱地团聚体地表径流土壤侵蚀量

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不同水保措施的生态环境效应影响研究

水土保持应用技术 2022年第5期 25-27页

作者：迟有为辽宁水利土木工程咨询有限公司辽宁沈阳110000

以凌河源项目区为例,定量分析草地、梯田、林地、谷坊等水保措施的生态环境效应。结果表明,从低到高不同水保措施的拦沙能力排序为林地<草地<梯田<谷坊,氮磷及其它有机物拦截能力排序为林地<草地<梯田<谷坊,其中拦水、拦沙能力最强的为... 详细信息

以凌河源项目区为例,定量分析草地、梯田、林地、谷坊等水保措施的生态环境效应。结果表明,从低到高不同水保措施的拦沙能力排序为林地水保措施的泥沙及污染物拦截率整体达到65%,拦水率达到50%。

关键词：水保措施水沙拦截污染物拦截生态环境

考虑森林植被水保措施作用下开元路工程设计洪水推求

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地下水 2023年第2期45卷 245-248页

作者：郑双营口市水利事务中心辽宁营口115000

森林植被对减小河流洪水和泥沙具有显著的影响,开元路工程所在流域内多年来一直实行水土保持措施,流域内坡式梯田与植被覆盖率占70%左右。基于现有的水文测站资料,将现有资料进行延长,分别对各单站设计洪水重新进行了频率计算,工程地点... 详细信息

森林植被对减小河流洪水和泥沙具有显著的影响,开元路工程所在流域内多年来一直实行水土保持措施,流域内坡式梯田与植被覆盖率占70%左右。基于现有的水文测站资料,将现有资料进行延长,分别对各单站设计洪水重新进行了频率计算,工程地点的设计洪水仍采用地区综合的办法,并分别考虑有植被影响和没有植被影响两种情况,对区域综合公式法计算的设计洪水进行了修正,在提高设计洪水的同时也提高了下游河道防洪标准。

关键词：径流合理性暴雨还原设计洪水水保措施开元路工程

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不同水保措施对土壤物理性质的影响研究

水土保持应用技术 2022年第5期 6-8页

作者：周爽辽宁省北票市下府水利服务站辽宁北票122113

从持水力、孔隙度和土壤密度等角度,采用野外采样室内分析法比较封禁草坡、水保林、果树台田、水平梯田4种水保措施的土壤物理性状。结果表明:从低到高各水保措施的地表径流拦蓄能力和持水能力排序为水平梯田<封禁草坡<果树台田<水保林... 详细信息

从持水力、孔隙度和土壤密度等角度,采用野外采样室内分析法比较封禁草坡、水保林、果树台田、水平梯田4种水保措施的土壤物理性状。结果表明:从低到高各水保措施的地表径流拦蓄能力和持水能力排序为水平梯田水保林,蓄水能力排序为封禁草坡水保林;水保林地的地表径流拦蓄能力最强,而人为翻动耕地土壤明显提高了梯田的地表径流拦蓄能力,但由于化肥的长期施用降低了其毛管孔隙度,土壤发生板结,持水能力较弱。在4个水保措施中,水土保持功能最优的为水土保持林。

关键词：辽西山区水保措施土壤性质白石厂小流域