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农田浅沟中不同植物的水土保持效果和机理分析

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水土保持学报 2023年第1期37卷 23-30页

作者：王鑫雨张艳关颖慧孙义秋苏雨汪志荣吴海龙天津理工大学环境科学与安全工程学院天津300384 北京林业大学水土保持学院北京100083

为探究不同植物在东北黑土地区农田浅沟中的水土保持效果,建立裸坡(LP)和种植有紫花苜蓿(V_(1))和马蔺草(V_(2))2种植物的坡面浅沟模型,通过在浅沟内模拟上方汇水,进行不同植物覆盖下的浅沟坡面水力侵蚀试验,分析产流产沙特征及水动力... 详细信息

为探究不同植物在东北黑土地区农田浅沟中的水土保持效果,建立裸坡(LP)和种植有紫花苜蓿(V_(1))和马蔺草(V_(2))2种植物的坡面浅沟模型,通过在浅沟内模拟上方汇水,进行不同植物覆盖下的浅沟坡面水力侵蚀试验,分析产流产沙特征及水动力学参数时空变化特征。结果表明:(1)相同流量下产流时间为裸坡水力摩擦系数(f)(2.3)高于马蔺草(0.8),同时紫花苜蓿的平均流速(u)略低于马蔺草,弗劳德数(Fr)表现为紫花苜蓿<马蔺草,平均雷诺数(Re)表现为紫花苜蓿<马蔺草,整体表现为紊流。(3)通过拟合函数分析,3组处理下雷诺数与流速和摩擦系数呈正相关,但函数关系略有差别;弗劳德数与摩擦系数呈负相关,均符合对数函数变化规律。产流率和产沙率的降低归因于植被覆盖增大径流受到的摩擦力,同时提高径流入渗率,并且紫花苜蓿的减流减沙效果优于马蔺草;随着流量增大,马蔺草的减流减沙效益衰减速度大于紫花苜蓿,马蔺草防护临界流量在30~40 L/min,紫花苜蓿能够满足更高汇水流量下的水土保持需求。

关键词：水力侵蚀入渗速度水动力学机理侵蚀产沙

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酸性循环侵蚀下灰岩-土体渗透特性研究

人民长江 2023年

作者：李杰程龙飞孙大典任怡桦李雙衡重庆三峡学院土木工程学院

为研究酸性循环侵蚀程度对灰岩-土体渗透特性的影响，将酸性循环腐蚀后的灰岩试样与粘性红土制成岩-土组合体，在试验设置水力梯度4～14范围内开展变水头试验，引入有效腐蚀深度提出界面渗透系数分析计算模型。结果表明：灰岩-土组合体... 详细信息

为研究酸性循环侵蚀程度对灰岩-土体渗透特性的影响，将酸性循环腐蚀后的灰岩试样与粘性红土制成岩-土组合体，在试验设置水力梯度4～14范围内开展变水头试验，引入有效腐蚀深度提出界面渗透系数分析计算模型。结果表明：灰岩-土组合体渗透曲线呈短暂下降—相对稳定—逐渐上升三阶段变化，拟合渗流速度与水力梯度具有良好线性关系，符合达西定律；灰岩-土组合体渗透系数随灰岩腐蚀程度增加而增大，增幅先减小后增加；灰岩界面渗透系数随腐蚀程度增大而减小，减幅急剧降低，推断孔隙曲折度变化对界面渗透性造成影响；对比灰岩-土组合体理论渗水量与实际渗水量可知，短暂下降-相对稳定渗透阶段两者误差较小，模型适用性较好；结合灰岩试样腐蚀后SEM图像、灰岩-土组合体与纯土渗透曲线对比及渗透作用下灰岩质量损失可知，岩体结构的存在与岩样微观结构改变，会导致灰岩-土体渗透性增强和抗水力侵蚀能力降低。

关键词：酸性循环侵蚀灰岩-土组合体灰岩界面渗透特性水力侵蚀

黄河上游地区近40年土壤水蚀时空变异与驱动因素分析

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黄河上游地区近40年土壤水蚀时空变异与驱动因素分析

作者：李慧春兰州大学

学位级别：硕士

水土流失作为区域环境保护的关键问题之一,通常会导致土壤生产潜力降低,从而胁制粮食与生态安全。目前黄河流域水土流失相关研究大多集聚于中游黄土高原,对其上游关注较少。黄河上游地区横跨青藏高原与黄土高原,分布有湖泊、湿地、冰川... 详细信息

水土流失作为区域环境保护的关键问题之一,通常会导致土壤生产潜力降低,从而胁制粮食与生态安全。目前黄河流域水土流失相关研究大多集聚于中游黄土高原,对其上游关注较少。黄河上游地区横跨青藏高原与黄土高原,分布有湖泊、湿地、冰川、峡谷、冲积平原等重要地貌单元,发挥着蓄水、供水、供电、供粮等关键作用。近几十年受气候变化与城市扩张影响,湿地和沼泽面积萎缩、草地退化、生态环境日益脆弱和敏感。黄河上游地区土壤水力侵蚀风险对黄河流域生态环境高质量发展的威胁不容忽视,退耕还林还草等生态恢复工程的实施对黄河上游地区水土保持产生的实际效益也亟待评估。因此,准确评估水力侵蚀的时空动态变化,揭示其驱动机制,是黄河上游地区水土流失风险管控的基础,也是新时期黄河流域高质量发展的重要助力。本研究基于地理信息系统平台,整合并校正修正水土流失方程（RUSLE）与泥沙有限传输公式（TLSD）,以此模拟黄河上游地区1982–2019年土壤水蚀过程。结果表明,RUSLE-TLSD模型较为可靠地模拟了黄河流域上游土壤水蚀动态,模型纳什效率系数达0.809。空间上,泥沙重分配的模拟结果显示,侵蚀强烈区集中于陡峭的山坡草地,尤其是地貌破碎的峡谷区,河源区内植被覆盖良好的缓坡与冲积平原区所遭受的侵蚀程度较弱,泥沙沉积区多位于河谷及陡坡的坡脚处。时间上,1982–2019年黄河上游地区净水蚀速率区域均值介于1.63–5.41 t·ha·a,6–8月净侵蚀最为强烈。多年净水蚀速率呈下降趋势,其中2000年前呈轻微上升态势,2000年后表现为明显下降。分区而言,峡谷区和冲积平原区净水蚀速率变化趋势与全区一致,而河源区与全区相反,尤其在阿尼玛卿山区,净侵蚀速率表现为先轻微降低后上升的趋势。本研究利用地理探测器评估各因子对土壤净水蚀的贡献,以探究1982–2019年黄河上游地区水力侵蚀的时空变化驱动机制。结果表明,坡度是影响黄河上游地区水蚀空间分布的主要因子（应着重关注坡度大于15°陡峭草地的水蚀风险）,其贡献度在黄河上游全区及三个分区（河源区、峡谷区、冲积平原区）皆为最高（分别为14.37%、12.05%、11.07%、38.76%）;NDVI为仅次于坡度的主要影响因素,二者交互结果解释了至少46%的水蚀空间分异。时间异质性方面,植被变化是黄河上游地区过去39年土壤水蚀年际变化的主要控制因素（贡献度8.25%）。其中,6–8月研究区NDVI平均贡献度达6.05%,表明年内植被指数高值期是植被控制水蚀的关键期。尽管1982–2000年间土壤水蚀年际变化受降水量变化及其与地形因素交互组合的综合影响,但2000年后NDVI变化幅度较大（由0.0008升至0.0036）,植被变化的影响力较2000年前提升近34倍,以6.33%的解释力（及高于11%的交互组合影响力）占主导地位,这主要由植被恢复所致,说明退耕还林还草工程的实施对黄河上游地区水土保持产生了明显效益。进一步的分析表明森林对侵蚀的控制能力高于草地。最终基于时空动态与驱动分析提出了巩固生态恢复工程成果、科学统筹管控耕地水蚀、长短效机制相结合防治水蚀等建议与措施。本研究结果有助于理解土壤水蚀变化背后的机制,可为黄河流域植被恢复与土地可持续发展提供参考。

关键词：黄河上游地区 RUSLE-TLSD 地理探测器水力侵蚀

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甘肃省水土保持率远期阈值与阶段目标值确定

人民黄河 2022年第4期44卷 112-116页

作者：靳峰马涛秦伟胡彦婷牟极戈文艳甘肃省水利厅甘肃兰州730000 甘肃省水土保持科学研究所甘肃兰州730020 中国水利水电科学研究院水利部水土保持生态工程技术研究中心北京100048 甘肃农业大学林学院甘肃兰州730070 甘肃省水利厅水土保持中心甘肃兰州730000 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

为落实水利部工作部署、确定未来30 a甘肃省水土保持综合目标并为水土保持生态建设科学布局和提质增效提供宏观依据,在全面分析甘肃省水土流失防治进程与现状特点的基础上,综合考虑社会经济和生态文明建设对水土保持的要求,以2020年为基... 详细信息

为落实水利部工作部署、确定未来30 a甘肃省水土保持综合目标并为水土保持生态建设科学布局和提质增效提供宏观依据,在全面分析甘肃省水土流失防治进程与现状特点的基础上,综合考虑社会经济和生态文明建设对水土保持的要求,以2020年为基准,通过空间分析和综合研判,复核确定了甘肃省水土保持率远期阈值和分阶段目标值。研究表明:1999—2020年,甘肃省依托国家水土保持重点工程,各行业协同开展水土保持生态建设、大力推进水土流失综合治理,使全省水土流失面积由26.14万km^(2)减少到18.39万km^(2),年均减幅为0.37万km^(2),其中风力侵蚀、水力侵蚀面积年均减幅分别为0.11万、0.26万km^(2),中度及以上高强度侵蚀向轻度侵蚀转变,实现了水土流失面积与土壤侵蚀强度双下降,反映出水力侵蚀防治成效显著、风力侵蚀因受多因素影响而防治难度较大。甘肃省水土保持率现状(2020年)值为59.83%,综合考虑水土流失自然规律与经济社会需求,经对不需治理、不可完全治理、可以完全治理的水土流失进行时空综合研判,确定的2050年水土保持率远期阈值为66.38%;按照先急后缓、先易后难、因地制宜、自然修复、速率可行、进程合理、减量降级、提质增效的原则,确定的2025年、2030年、2035年水土保持率阶段目标值分别为61.34%、64.14%和65.14%。

关键词：水土保持率远期阈值阶段目标值水土流失水力侵蚀风力侵蚀甘肃省

基于磁化率估算东北黑土区不同开垦年限坡耕地土壤侵蚀速率

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基于磁化率估算东北黑土区不同开垦年限坡耕地土壤侵蚀速率

作者：赵丽君辽宁师范大学

学位级别：硕士

东北黑土区是我国重要的商品粮基地,该区域土壤为典型黑土,有机质含量高,表层疏松,具有良好的团粒结构,适宜大规模种植大豆、玉米等粮食作物。近年来,土壤侵蚀已成为该区域黑土退化的主要驱动因素之一,水力侵蚀改变表层肥沃土壤的相对位... 详细信息

东北黑土区是我国重要的商品粮基地,该区域土壤为典型黑土,有机质含量高,表层疏松,具有良好的团粒结构,适宜大规模种植大豆、玉米等粮食作物。近年来,土壤侵蚀已成为该区域黑土退化的主要驱动因素之一,水力侵蚀改变表层肥沃土壤的相对位置,导致黑土层逐渐变薄、土壤肥力下降,影响土壤质量和粮食产量,对国家粮食安全造成严重威胁。土壤侵蚀的定量化研究为区域土壤资源保护和利用提供基础。磁化率技术具有简单、快速、无损的优点,已经成功应用于坡面土壤侵蚀规律的评价,而其定量化方法仍需完善。本文以黑龙江省嫩江县鹤山农场内典型黑土坡面为研究对象,选取开垦110年、60年和30年的耕地坡面(分别用样线A、B和C表示)和参考林地(开垦0年的坡耕地),等间距布设样点,采集土壤剖面样品并测定土壤磁化率,分析土壤磁化率的时空异质性。比较坡耕地和参考林地的剖面磁化率曲线,划分坡面侵蚀区和沉积区。基于耕作均一化模型(Tillage-Homogenization Model,T-H Model)识别侵蚀点的侵蚀深度,改进该模型并识别沉积点的沉积厚度,进而估算不同开垦年限坡面土壤侵蚀速率,推进土壤侵蚀磁性研究从定性描述到定量计算的突破。本研究的结论如下:(1)通过对各采样点不同采样深度的磁化率数据进行处理分析,发现在0-100cm深度范围内,坡面表层土壤磁化率值普遍较高,随着土壤深度的增加逐渐降低,至母质层趋于稳定,表现出明显的表层增强性。耕层χ值为样线A>B>C,在整坡尺度上开垦年限越长表层土壤磁性越强,表层增强性愈明显。将各坡面划分为坡上、坡中和坡下三个坡位,分别比较坡面与参考林地的土壤磁化率,经统计发现坡上、坡中和坡下耕层χ均值分别为24.14×10 m/kg、24.83×10 m/kg和39.71×10 m/kg,参考点0-20cm表层χ均值为36.87×10 m/kg,坡上和坡中的耕层χ小于参考点表层χ,而坡下耕层χ大于参考点表层,坡上χ均值比坡中小,说明坡上以侵蚀为主,坡中在侵蚀和沉积的交互过程中,侵蚀程度较严重,坡下以沉积为主。(2)坡上和坡中χ值及其变化趋势相似,χ随土壤深度变化的范围较小,约为20×10 m/kg;坡下χ随土壤深度的变化范围较大,样线A、B和C分别约为55×10 m/kg、10×10 m/kg和15×10 m/kg,样线A明显大于样线B和C,且在0-40 cm土壤深度范围内尤为突出。开垦时间较长的坡面,坡下土壤磁化率波动幅度较大,尤其是开垦110年的坡耕地,其坡下磁化率变化范围为开垦60年和开垦30年坡面的近2倍,表征耕作活动导致土壤再分配随着开垦年限的增加而逐渐强烈。(3)根据各开垦年限采样点与相应参考点的剖面磁化率曲线,确定各样线侵蚀区和沉积区分布范围。样线A有7个采样点为侵蚀点,5个采样点为沉积点,侵蚀区占坡面面积的58.33%,沉积区占坡面面积的41.67%;样线B仅有一个沉积点,其侵蚀区域和沉积区域的分界线位于B10和B11之间,侵蚀区占样线B坡面面积的91.7%,而沉积区占8.3%;样线C没有沉积点,坡上、坡中和坡下三坡段均属于侵蚀区。(4)利用并改进耕作均一化模型,构建不同土壤侵蚀情景下的磁化率预测曲线,比较坡面土壤磁化率曲线和预测曲线,确定各点侵蚀深度或沉积厚度,定量评价坡面侵蚀。样线A的平均侵蚀深度为11.90cm,平均沉积厚度为55.40cm;样线B的平均侵蚀深度为55.82cm,平均沉积厚度为23.82cm;样线C的平均侵蚀深度为52.95cm,无沉积点。样线A侵蚀点的总侵蚀深度为83.32cm,总体表现为净沉积状态,土壤侵蚀速率为-2152.44 t/(km·yr);样线B侵蚀点的总侵蚀深度为558.21cm,土壤侵蚀速率为14589.00 t/(km·yr);样线C侵蚀点的总侵蚀深度为635.42cm,土壤侵蚀速率为21180.67 t/(km·yr)。

关键词：水力侵蚀磁化率土壤磁性开垦年限黑土区

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土坝的水力侵蚀及其防止

水电与抽水蓄能 1992年第3期 24-24页

防止土坝发生事故的可能性取决于许多因素,其中包括水库迅速放空的可能性,亦即取决于泄洪建筑物的参数及泄洪建筑物的布置。前西德于1982年颁发了研究国内大坝可靠性的政府指令,在实施这项指令的过程中研究了坝发生事故的原因及可能发... 详细信息

防止土坝发生事故的可能性取决于许多因素,其中包括水库迅速放空的可能性,亦即取决于泄洪建筑物的参数及泄洪建筑物的布置。前西德于1982年颁发了研究国内大坝可靠性的政府指令,在实施这项指令的过程中研究了坝发生事故的原因及可能发生的情况,其中特别详细研究了土坝由于水力侵蚀而破坏的特性。对坝体中渗流过程的发展及其可能的破坏是用数学模型法进行研究的,这时还考虑了诸如水库和坝体的几何形状,材料的渗

关键词：土坝事故水力侵蚀泄洪建筑物水工建筑物

紫色土坡耕地土壤物理性质空间变异对土壤侵蚀的响应

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农业工程学报 2009年第5期25卷 54-60页

作者：苏正安张建辉聂小军中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610041

为了研究不同坡度和坡长的耕地上土壤侵蚀对土壤物理性质空间变异的影响,通过地形测量、137Cs示踪、土壤物理性质分析等方法对川中丘陵紫色土区土壤物理性质对土壤侵蚀的响应进行了研究,结果表明:在中等坡度(16.60%～25.10%)的梯坡地上... 详细信息

为了研究不同坡度和坡长的耕地上土壤侵蚀对土壤物理性质空间变异的影响,通过地形测量、137Cs示踪、土壤物理性质分析等方法对川中丘陵紫色土区土壤物理性质对土壤侵蚀的响应进行了研究,结果表明:在中等坡度(16.60%～25.10%)的梯坡地上,耕作侵蚀处于主导地位,是导致耕层土壤物理性黏粒含量和容重在梯坡地上总体差异不大(CV水力侵蚀占据主导地位,致使耕层土壤物理性黏粒含量与137Cs的含量具有显著的相关关系,而容重却与137Cs含量没有显著的相关关系。川中丘陵区坡耕地上,耕作侵蚀和水蚀共同作用于土层深度,使土层深度在坡顶、上坡最浅,在坡脚最深,顺坡向下逐渐增加。因此,在川中丘陵区不同坡长的坡耕地上,占主导地位的土壤侵蚀类型导致坡耕地上土壤物理性质出现相应的变化。

关键词：水力侵蚀耕作侵蚀空间变异物理特性