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冻融作用下春季解冻期融水径流对砂土坡侵蚀的影响分析

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冻融作用下春季解冻期融水径流对砂土坡侵蚀的影响分析

作者：王冠华黑龙江大学

学位级别：硕士

在我国东北地区的土地上,广泛分布着冻融侵蚀,冻融侵蚀引起土壤中水分冻结从而使体积发生变化,导致土体膨胀或收缩,造成土壤结构破坏和性状改变从而导致土壤侵蚀作用的改变和水土流失程度的增加,对可持续发展的农业生产、土地资源的保... 详细信息

在我国东北地区的土地上,广泛分布着冻融侵蚀,冻融侵蚀引起土壤中水分冻结从而使体积发生变化,导致土体膨胀或收缩,造成土壤结构破坏和性状改变从而导致土壤侵蚀作用的改变和水土流失程度的增加,对可持续发展的农业生产、土地资源的保护和人们的生产和生活造成了严重的影响。目前,我国对于春季解冻期融水径流造成的侵蚀,研究较少,给这一阶段土壤侵蚀的预测和评价带来了困难。本文通过室内单向封闭冻融循环试验分析在冻融作用下砂土物理性质的变化,从机理上分析冻融作用对土壤可蚀性的影响;利用室内融水侵蚀模型做冲刷试验,通过未冻坡与冻融坡作对照研究春季解冻期融水径流对土壤造成的侵蚀,研究春季解冻期砂土坡面侵蚀变化情况。得出如下结论:(1)冻融作用能够通过改变砂土的容重、孔隙度、渗透性等物理性质使可蚀性发生变化,冻融作用使土壤容重减小、孔隙度增大,砂土渗透性随着冻融循环次数的增加而增加,并且变化趋势与孔隙率的变化趋势高度相似。冻融温差和土样初始含水率的增大会导致容重的减小,和孔隙度及渗透性的增大。(2)在坡面侵蚀中,经过冻融的坡面其侵蚀量大于未冻坡面的,未冻融坡面的径流含沙率随冲刷历时呈现出先上升在稳定的变化过程,冻融坡面径流含沙量呈现先上升在下降最后稳定的变化过程;未冻坡面与冻结坡面侵蚀模数均随着冲刷历时增加而增大,同一坡面状态,侵蚀模数增长速率k随初始放水流量增加而增加;土样抗冲性系数随着坡度增大有减小的趋势。(3)温差的存在是冻融侵蚀发生的必要条件,坡面侵蚀量随着温差的增大而增大;与温差对坡面侵蚀的影响类似,坡面侵蚀量随着含水率的增加也增加,并且增加量随着冻融循环次数的增加有扩大的趋势。

关键词：冻融侵蚀春季解冻期融水径流土壤侵蚀模拟

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春季解冻期降雨对黑土坡面侵蚀影响研究

水土保持学报 2009年第4期23卷 64-67页

作者：刘佳范昊明周丽丽武敏柴宇刘艳华沈阳农业大学水利学院沈阳110161

为开展我国东北地区关于冻融作用对春季降雨与未完全解冻土壤侵蚀关系的定量研究,对东北黑土室外冻结,室内表层融化下部冻结,在此冻融条件下对其进行室内模拟降雨试验,研究了春季解冻期黑土在不同含水率、不同解冻深度及降雨量条件下的... 详细信息

为开展我国东北地区关于冻融作用对春季降雨与未完全解冻土壤侵蚀关系的定量研究,对东北黑土室外冻结,室内表层融化下部冻结,在此冻融条件下对其进行室内模拟降雨试验,研究了春季解冻期黑土在不同含水率、不同解冻深度及降雨量条件下的侵蚀特征。结果表明:在春季解冻期,由于冻融作用,黑土坡面土壤解冻不完全、渗透能力差,此时降雨的侵蚀能力较强,导致这一时期坡面土壤侵蚀严重,土壤坡面侵蚀量受到含水率、降雨强度和解冻深度等因子的综合影响,并随三者变化呈现不同的侵蚀规律。

关键词：冻融侵蚀人工降雨雨强解冻深度春季解冻期

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春季解冻期棕壤坡面磷素迁移过程研究

水土保持研究 2017年第2期24卷 55-59页

作者：李婧楠周丽丽米彩红马世伟邵婧宇沈阳农业大学水利学院沈阳110866

春季解冻期土壤季节性冻融发生最为强烈,极易发生土壤侵蚀,也是磷素流失的关键时期。采用人工模拟降雨的方法,探究春季解冻期不同磷素背景值坡面产流产沙及磷素流失动态过程。结果表明:产流后14min内径流量和泥沙量均呈现较好的线性分布... 详细信息

春季解冻期土壤季节性冻融发生最为强烈,极易发生土壤侵蚀,也是磷素流失的关键时期。采用人工模拟降雨的方法,探究春季解冻期不同磷素背景值坡面产流产沙及磷素流失动态过程。结果表明:产流后14min内径流量和泥沙量均呈现较好的线性分布,径流相关系数为0.969,泥沙相关系数为0.936;14~18min内径流量缓慢增加,从18min开始一直到产流结束径流量基本保持在3 100ml/min,而泥沙则总体呈现先增大再减小的趋势;土壤背景值(APb)越高,径流、泥沙中磷浓度越高;径流中磷素流失比率均值APb20坡面最大,且随着背景值的增大呈减小趋势;而泥沙中磷素流失比率均值变化则与径流不同,APb40的坡面其流失比率最小,其他坡面差异较小;径流中磷素流失量与泥沙中磷素流失量呈线性关系,y=6.751x-0.628(R2=0.958)。

关键词：春季解冻期人工降雨磷素迁移

春季解冻期不同土地利用类型土壤侵蚀特征研究

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春季解冻期不同土地利用类型土壤侵蚀特征研究

作者：吴锰沈阳农业大学

学位级别：硕士

我国东北地区,春季解冻期反复的冻融作用和融雪/降雨径流破坏了土体稳定性,造成严重的水土流失,对于不同的土地利用类型其形式会有所不同,因此开展春季解冻期不同土地利用类型土壤侵蚀特征研究,有助于土壤冻融侵蚀的预防以及制定合理的... 详细信息

我国东北地区,春季解冻期反复的冻融作用和融雪/降雨径流破坏了土体稳定性,造成严重的水土流失,对于不同的土地利用类型其形式会有所不同,因此开展春季解冻期不同土地利用类型土壤侵蚀特征研究,有助于土壤冻融侵蚀的预防以及制定合理的水土保持措施。本文选取东北黑土区长白山山地丘陵区的泉河小流域和吉兴小流域为研究对象,在分析小流域土地利用格局的基础上,选择典型地块,调查解冻期土壤及土壤特性,分析解冻期土壤侵蚀量主要影响因素,并运用逐步回归分析,建立解冻期土壤侵蚀量与侵蚀因子的预测方程,取得的主要结果如下:(1)小流域土地利用类型以耕地和林地为主,其在高程、坡度和坡向空间格局上具有以下特征,高程以分布在小于500m范围内为主,吉兴小流域林地主要分布在500m00m范围内;耕地主要分布在坡度小于15°范围内,园地、林地和草地主要分布在8°5°范围内;坡向主要以分布在半阳坡和半阴坡面积较多。景观指数格局分析发现,耕地和林地都表现出较复杂的形状,林地具有最大优势度,两个小流域多元化和均衡化发展较差,少数几个主要的景观类型控制的程度较高。(2)不同土地利用类型中,解冻期气温耕地最高且温差最大,其次是草地,林地气温最低且温差相对较小,而空气湿度则是林地最大,且林地、草地气温和湿度均与耕地存在显著差异。林地和草地都具有较厚的枯枝落叶层,且均与耕地存在极显著差异。土壤性质方面,解冻期林地土壤含水率最高,其次是草地,耕地土壤含水率最低,而土壤温度则是耕地最大,其次是草地,林地最小,土壤反射辐射与土壤温度规律一致,耕地>草地>林地,土壤剪切力大小为林地>草地>耕地,且林地、草地上述指标均与耕地存在极显著差异。观测解冻期土壤侵蚀状况发现,春季解冻期土壤侵蚀主要发生在耕地,而林地和草地在解冻期鲜有土壤侵蚀发生。(3)调查解冻期耕地土壤侵蚀发现,不同坡位土壤侵蚀量为坡下>坡中>坡上,且土壤侵蚀量随着局部坡度的增大而增多,不同坡向土壤侵蚀量都是南坡最大,北坡最小。且不同坡位、不同局部坡度土壤侵蚀量间均呈极显著差异,而不同坡向间呈显著差异。(4)灰色关联分析表明,坡度与土壤侵蚀量灰色关联度最大,土壤含水率的灰色关联度居第二位,土壤剪切力的灰色关联度居第三位,而土壤温度和土壤反射辐射的灰色关联度较小,对土壤侵蚀量影响不大。相关分析进一步表明,坡度、土壤含水率与土壤侵蚀量呈极显著正相关,相关系数分别为0.847和0.747,土壤剪切力与土壤侵蚀量呈极显著负相关,相关系数为-0.7,土壤温度和土壤反射辐射都与土壤侵蚀量呈显著正相关,但相关性较小。通过逐步回归分析,建立了基于坡度、土壤含水率和土壤剪切力解冻期土壤侵蚀量预测方程(V=-16.388+1.959S+2.038ω-101.903τR=0.903)。

关键词：春季解冻期土壤侵蚀土地利用坡度土壤含水率土壤剪切力

辽西春季解冻期褐土工程堆积体坡面产流产沙模拟试验研究

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水土保持学报 2021年第2期35卷 15-21页

作者：姜倩李坤衡李宏伟吕刚辽宁工程技术大学环境科学与工程学院辽宁阜新123000 陕西省引汉济渭工程建设有限公司西安710000

为揭示春季解冻期工程堆积体土壤侵蚀过程机理,以辽西地区的开挖河道工程堆积体为研究对象,采用室内模拟放水冲刷试验对春季解冻期褐土工程堆积体坡面侵蚀过程进行研究。结果表明:各解冻坡面径流量随着放水冲刷量的增加而增加,并且在相... 详细信息

为揭示春季解冻期工程堆积体土壤侵蚀过程机理,以辽西地区的开挖河道工程堆积体为研究对象,采用室内模拟放水冲刷试验对春季解冻期褐土工程堆积体坡面侵蚀过程进行研究。结果表明:各解冻坡面径流量随着放水冲刷量的增加而增加,并且在相同放水冲刷量下,坡面径流量整体呈现未解冻坡面>解冻2 h坡面>解冻4 h坡面>对照;解冻时间越长,坡面对径流的延迟作用越明显;解冻时间越长,坡面侵蚀越严重。在相同放水冲刷量下,堆积体坡面总产沙量整体呈现解冻4 h坡面>解冻2 h坡面>未解冻坡面>对照。相较于对照,受冻融作用影响的坡面平均产沙率增加7.90%~44.76%。不同解冻时间及放水量条件下工程堆积体坡面径流量、产沙量与放水流量均呈线性关系变化,随着放水流量增加,径流量、产沙量均线性增加;相较于自然土壤,工程堆积体更容易发生土壤侵蚀。

关键词：土石混合体模拟冲刷试验土壤侵蚀春季解冻期辽西

嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应

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水土保持研究 2009年第6期16卷 112-115页

作者：张德禹范昊明周丽丽武敏刘佳冯莉颖沈阳农业大学水利学院沈阳110161

利用嫩江流域控制站大赉水文站的春季解冻期径流量和输沙量资料和同期嫩江流域16个气象站的气象资料,分析了1963-1988年嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应。结果表明:随着春季解冻期平均气温的升高,温差呈明显减少趋势,降水... 详细信息

利用嫩江流域控制站大赉水文站的春季解冻期径流量和输沙量资料和同期嫩江流域16个气象站的气象资料,分析了1963-1988年嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应。结果表明:随着春季解冻期平均气温的升高,温差呈明显减少趋势,降水呈增加趋势;平均气温和降水量均对径流量的增加有正向作用,但降水较气温对径流的影响更为显著;通过对平均气温、降水量、径流量(包括融雪径流)和输沙量进行偏相关分析,春季解冻期的降水量和径流量对输沙量的影响显著,且为正相关,与平均气温成负相关,但影响不显著。

关键词：气候变化春季解冻期径流量输沙量嫩江流域

东北黑土冻融作用机理与春季解冻期土壤侵蚀模拟研究

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东北黑土冻融作用机理与春季解冻期土壤侵蚀模拟研究

作者：刘佳沈阳农业大学

学位级别：硕士

在我国东北地区,土壤侵蚀有其独特的侵蚀特点,东北黑土区土壤冻层较深、冻结时间较长,广泛分布着冻融侵蚀,对坡面、沟道侵蚀的影响非常大,使该区农业生产率降低,农业生产的可持续发展、土地资源的保护以及人民生产生活都受到了极大的危... 详细信息

在我国东北地区,土壤侵蚀有其独特的侵蚀特点,东北黑土区土壤冻层较深、冻结时间较长,广泛分布着冻融侵蚀,对坡面、沟道侵蚀的影响非常大,使该区农业生产率降低,农业生产的可持续发展、土地资源的保护以及人民生产生活都受到了极大的危害。严重的冻融侵蚀同水力侵蚀和重力侵蚀复合起来,对该区的工农业生产造成极大影响。我国至今很少有开展关于冻融作用对春季融雪及解冻期降雨与未完全解冻土壤侵蚀关系的定量研究,使得难以对这一时期的土壤侵蚀进行准确的预测与评价。本文通过调查分析我国东北黑土的性质、降雪、春季解冻期径流、降雨资料,结合已有研究成果,分析黑土的性质和其冻融环境条件。通过冻融循环试验分析冻融作用对不同含水率及不同温差土壤可蚀性的影响关系,从机理上分析冻融作用对黑土可蚀性的影响规律;通过对黑土进行春季解冻期融雪坡面的冲刷模拟和室内春季解冻期降雨的模拟试验,研究春季解冻期黑土坡面的土壤侵蚀状况,得出如下结论：（1）冻融作用对黑土可蚀性影响冻融作用能够通过改变黑土的理化性质使可蚀性发生变化,通过对黑土机理性质的研究发现：冻融作用使土壤容重减小、孔隙度增大、团聚体水稳性减小,但其渗透系数、粘聚力及内摩擦角的变化都不明显。此外,不同含水率、不同冻融温差对土壤上述物理力学性质有不同程度的影响。（2）解冻期融雪对坡面土壤侵蚀影响经过冻融循环作用后黑土的坡面侵蚀量总体高于未经冻融循环的对照试验;且两者在坡面冲刷过程中也表现出不同侵蚀规律,经冻融循环作用后坡面侵蚀量随冲刷时间增大而急剧减小,之后趋于波动稳定状态。冻融温差、循环次数、含水率、流量、解冻深度都不同程度的影响着坡面冲刷的侵蚀量。其中流量是主导因子,其次是冻融温差、解冻深度、含水率,再者是冻融循环次数。通过对25组试验的坡面冲刷过程进行描述分析发现,冻融循环试验坡面和对照试验坡面的发育过程存在明显差异。（3）解冻期降雨对坡面土壤侵蚀影响在室内模拟解冻期降雨的试验中发现,土壤含水率对解冻期侵蚀的影响最大,降雨雨强次之,最小的是土壤解冻深度;黑土的侵蚀量随含水率的增加而增加,随雨强的增大而增大,并且土壤侵蚀量在一段时间过后趋于稳定;土壤解冻深度也能影响坡面侵蚀量的大小。

关键词：春季解冻期冻融作用土壤侵蚀模拟黑土

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春季解冻期棕壤崩解性研究

中国水土保持 2014年第12期 45-48页

作者：顾广贺范昊明贾燕锋王志涛沈阳农业大学水利学院辽宁沈阳110866

土壤崩解速率是评价土壤可蚀性的一项重要指标,而冻融作用可改变土壤性质,影响土壤崩解速率。以棕壤为研究对象,采用室内人工模拟春季解冻期土壤冻融过程,观测棕壤崩解过程,研究冻融循环次数和含水率对棕壤崩解性的影响,结果表明:棕壤... 详细信息

土壤崩解速率是评价土壤可蚀性的一项重要指标,而冻融作用可改变土壤性质,影响土壤崩解速率。以棕壤为研究对象,采用室内人工模拟春季解冻期土壤冻融过程,观测棕壤崩解过程,研究冻融循环次数和含水率对棕壤崩解性的影响,结果表明:棕壤崩解过程具有明显的阶段性,随着试验的进行,棕壤崩解速率逐渐减小,0—1、1—5和5—15min棕壤平均崩解速率分别为30.3、2.25和0.35 cm3/min;随着冻融循环次数的增加,棕壤崩解速率先减小后增大,0、1、3、5、7、10次冻融循环的棕壤平均崩解速率分别为7.56、4.95、3.51、3.47、5.82、9.87 cm3/min;随着含水率的增加,棕壤的崩解速率逐渐减小,当含水率为12%、16%和20%时,棕壤平均崩解速率分别为12.89、3.68和0 cm3/min,棕壤崩解具有边缘效应。

关键词：棕壤崩解性春季解冻期冻融循环次数土壤含水率