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水力侵蚀下坡面微地貌变化对土壤有机碳再分配的影响

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水力侵蚀下坡面微地貌变化对土壤有机碳再分配的影响

作者：张若曦内蒙古农业大学

学位级别：硕士

在土壤侵蚀过程中,坡面是最基本的单元,降雨作为侵蚀动力因子,对土壤坡面侵蚀起着关键性的作用,而碳是近年来的研究热点,研究由侵蚀引发的土壤有机碳再分配规律对深入理解土壤碳库动态变化过程具有重要意义。本文通过设置野外径流小区... 详细信息

在土壤侵蚀过程中,坡面是最基本的单元,降雨作为侵蚀动力因子,对土壤坡面侵蚀起着关键性的作用,而碳是近年来的研究热点,研究由侵蚀引发的土壤有机碳再分配规律对深入理解土壤碳库动态变化过程具有重要意义。本文通过设置野外径流小区并结合三维激光扫描技术、地统计分析及Arc GIS空间分析,研究水力侵蚀下坡面微地貌的重塑过程及其对土壤有机碳再分配的影响,探讨其变化特征。本研究将对土壤侵蚀下陆地生态系统土壤碳平衡的研究提供科学参考,通过合理分析水土流失的侵蚀机理从而科学建设水土保持措施。主要结论如下:1.研究区两个雨季共观测到产流产沙的有效降雨13场,小雨中雨大雨分别为1、9、3场,中雨及大雨贡献最大。两个雨季过后坡面侵蚀深度为3-5cm,小区上部为非侵蚀区,中部及底部为侵蚀区。水蚀后各地形因子及细沟形态参数均增大,但雨后及冲刷200L/h后细沟宽深比均减小。自然降雨及放水冲刷条件下地表起伏度及细沟密度均与产沙量相关性较强,且径流泥沙均存在一定正相关关系可以用多项式拟合。2.水蚀后土壤有机碳整体均减小,自然降雨0-2cm土层含量减小,2-4cm增加,且均表现为空间正相关,中等程度变异,与高斯模型及球状模型拟合较好,空间分布上斑块面积增大总体为小区上部侵蚀区底部沉积区,冲刷后上部及中部为侵蚀区,底部在流量为200L/h时表现为侵蚀,60及100L/h时为沉积。3.水蚀后各土壤粒度组分及团聚体均为空间正相关及中等程度变异,黏粒均减小,砂粒均增加,雨后>2、0.5-1mm团聚体及冲刷后>2、1-2、0.5-1mm团聚体含量增大,雨后0-1-0.25mm及冲刷后0.25-0.5、0.1-0.25mm团聚体含量减小,而雨后1-2及0.25-0.5mm团聚体在0-1cm土层含量减小,1-4cm土层增大。雨后黏粒0-1cm沉积,1-4cm侵蚀;粉粒及>2、1-2mm团聚体0-2cm土层侵蚀,2-4cm沉积;砂粒0-1cm侵蚀,1-4cm沉积;0.5-1mm团聚体各土层均沉积;0.25-0.5mm团聚体0-2cm土层沉积,2-4cm沉积;0.1-25mm团聚体各土层均侵蚀。冲刷后黏粒及粉粒小区底部均侵蚀,砂粒沉积;>2、1-2、0.5-1mm团聚体上中部各流量均沉积,0.25-0.5mm底部侵蚀而0.1-0.25mm中部侵蚀。侵蚀后0-1cm土层各侵蚀区有机碳含量均减小,1-2cm土层0-1cm侵蚀区含量增加,其他侵蚀区均减小,而2-4cm土层各侵蚀区均增加。各土层2-3cm侵蚀区有机碳含量变化最多。水蚀影响后,地表起伏度及地表切割深度对有机碳影响最显著,其中地表起伏度为极显著(P<0.01)。各土层及冲刷流量下黏粒及微团聚体与有机碳相关性最强。

关键词：水力侵蚀坡面微地貌有机碳空间分布

黄土地貌区水力侵蚀敏感性分析:以山西省五寨县为例

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科学技术与工程 2023年第30期23卷 12850-12857页

作者：秦彤李功权长江大学地球科学学院武汉430100

在自然与人为因素的干扰下,黄土高原地区常年遭受较为严重的水力侵蚀。为了减缓水力侵蚀进程并避免对人类生命财产的损害,对其进行敏感性分析是具有重要意义的。从CSLE模型出发,以地貌单元作为评价单元,对降水侵蚀力因子、土壤可蚀性因... 详细信息

在自然与人为因素的干扰下,黄土高原地区常年遭受较为严重的水力侵蚀。为了减缓水力侵蚀进程并避免对人类生命财产的损害,对其进行敏感性分析是具有重要意义的。从CSLE模型出发,以地貌单元作为评价单元,对降水侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、坡长坡度因子、生物/耕作措施因子以及工程措施因子分别进行正向化处理与熵值法确权叠加后建立了一个水力侵蚀敏感性评价模型,借助面积-高程积分对该模型进行评价后,利用该模型对研究区进行水力侵蚀敏感性分析。结果表明:在区域尺度下,文中提出的水力侵蚀敏感性评价模型的评价因子为0.61,相对优于作为对比验证的CSLE模型,因此可以利用该模型对研究区进行水力侵蚀敏感性评价;水力侵蚀敏感性值在不同地貌单元之间表现为:大起伏山地>洪积平原>黄土塬>黄土梁峁>中起伏山地>冲积洪积平原;为了避免对人类生命财产造成损害,北部冲积洪积平原与中起伏山地相交地带、南部大起伏山地的清涟河流域应重点进行治理。该文提出的方法有效解决了黄土地貌区的水力侵蚀敏感性分析问题。

关键词：地理信息科学水力侵蚀熵值法面积-高程积分

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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 2024年第7期 212-220页

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黏性红土制成岩-土组合体，在试验设置的4～14水力梯度范围内开展变水头试验，并引入有效腐蚀深度建立了界面渗透系数分析计算模型。结果表明：灰岩-土... 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黏性红土制成岩-土组合体，在试验设置的4～14水力梯度范围内开展变水头试验，并引入有效腐蚀深度建立了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3个阶段变化，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，推断是孔隙曲折度变化对界面渗透性造成的影响；对比灰岩-土组合体理论渗水量与实际渗水量可知，模型在短暂下降-相对稳定渗透阶段误差较小，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的改变，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：水力侵蚀酸性循环侵蚀灰岩-土组合体灰岩界面渗透特性

超细粒尾矿—炉渣混合体漫坝水力侵蚀特性研究

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金属矿山 2022年第5期51卷 198-204页

作者：曾学敏华绍广李小双王光进覃佳敬小非金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽马鞍山243000 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司安徽马鞍山243000 绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650031 重庆科技学院安全工程学院重庆401331

炉渣对超细粒尾矿力学特性具有显著的影响,在超细粒尾矿中加入炉渣对改善坝体稳定性,提高尾矿库运行安全性具有重要作用。基于泥沙侵蚀理论,采用理论分析和室内试验深入分析了漫顶条件下超细粒尾矿—炉渣混合体的抗水力侵蚀特性。研究表... 详细信息

炉渣对超细粒尾矿力学特性具有显著的影响,在超细粒尾矿中加入炉渣对改善坝体稳定性,提高尾矿库运行安全性具有重要作用。基于泥沙侵蚀理论,采用理论分析和室内试验深入分析了漫顶条件下超细粒尾矿—炉渣混合体的抗水力侵蚀特性。研究表明:不同炉渣含量条件下超细粒尾矿—炉渣混合体(以下简称“混合体”)在水力作用下,其侵蚀速率呈非线性变化规律。随着混合体中炉渣含量逐渐增加,侵蚀速率呈先减小后增大的变化模式,其中40%含渣量时混合体的侵蚀速率最小,即此刻混合体的抗侵蚀能力最强;混合体黏聚力降低对其抗侵蚀能力具有较大影响,内摩擦角变化对其抗侵蚀能力的影响相对较小。分析结果对于进一步研究尾矿坝水力侵蚀的影响具有一定的参考意义。

关键词：超细粒尾矿炉渣混合体水力侵蚀室内试验

基于水力侵蚀影响因子的济南南部山区生态敏感性评价

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基于水力侵蚀影响因子的济南南部山区生态敏感性评价

作者：张玉济南大学

学位级别：硕士

随着社会经济发展与科技进步,国家对生态环境质量的要求越来越高。生态敏感性评价作为生态系统应对环境变化程度的反应,可以为生态环境的合理改善提供依据。济南市南部山区是济南生态环境的重要保障,但由于不合理的开发建设产生了一定... 详细信息

随着社会经济发展与科技进步,国家对生态环境质量的要求越来越高。生态敏感性评价作为生态系统应对环境变化程度的反应,可以为生态环境的合理改善提供依据。济南市南部山区是济南生态环境的重要保障,但由于不合理的开发建设产生了一定的生态扰动和水土流失,通过近年来水土保持工程和小流域综合治理,水土资源和生态环境得到了保护,但是仍存在一些潜在的生态问题。本文基于水力侵蚀因子对南部山区进行生态敏感性评价,明确近年来南部山区潜在的生态和建设问题,为南部山区的生态建设和管理工作提供科学依据。通过结合研究区自身的环境特点和人类活动干扰情况,选取降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、高程因子、坡度因子、植被覆盖度因子以及土地利用类型因子6个敏感因子作为生态敏感性评价的指标因子,运用遥感和地理信息技术,引入层次分析法确定权重并构建流域生态敏感性综合评价模型。选取2000年、2005年、2010年、2015年和2020年共五个时期,计算得出每个因子计算结果。通过单因子和综合因子方法,进行研究区生态敏感性评价,结果表明:(1)降雨侵蚀力因子、高程因子和坡度因子值在研究区分布均为中部高,两端低,其原因是中部海拔高,侵蚀性降雨频繁;研究区的K因子值分布较均匀;植被覆盖度因子中高覆盖和高覆盖度面积在五个时期内有增加趋势,其他覆盖度面积略有减少;土地利用类型中耕地、灌木林地的面积呈减少趋势,其他类型呈增加趋势。(2)降雨侵蚀力因子的生态敏感性时期上整体分布由大到小排序为:2005年>2010年>2020年>2000年>2015年;土壤可蚀性的生态敏感性主要以重度敏感和极度敏感为主;高程和坡度的生态敏感性中部地区和东部地区的较高,西部较低;植被覆盖度的生态敏感性在时期上的变化为轻度敏感和中度敏感的面积有所增加,其他敏感性面积略有减少;土地利用的生态敏感性主要以中度敏感为主,且整体的生态敏感性随时间呈下降趋势。(3)研究区综合的生态敏感性以轻度为主,其次是不敏感和中度敏感,说明研究区整体的生态敏感性不高。在研究的五个时期中,轻度敏感的面积增加,中度敏感和极度敏感的面积减少,表明研究区整体的生态敏感性有所下降,说明近几年水土保持措施效果明显,生态环境得到明显的改善,整体的生态质量提高。综上可知,本研究基于水力侵蚀影响因子对济南市南部山区进行生态敏感性研究,识别南部山区重点生态敏感区域,对研究区生态改善具有现实意义。

关键词：生态敏感性评价水力侵蚀济南市南部山区 GIS

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水力侵蚀调控物理模拟试验相似律的初步确定

农业工程学报 2006年第1期22卷 27-31页

作者：高建恩杨世伟吴普特王广周舒若杰中国科学院水利部水土保持研究所西北农林科技大学国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心杨凌712100

针对目前水力侵蚀调控模拟试验相似律研究中存在的问题,利用流体动力学及相似论的基本原理,探讨了黄土高原小流域水力侵蚀特点,确定了水力侵蚀模拟相似遵循的基本相似准则和比尺关系。分析及验证结果表明,黄土高原小流域沟道暴雨侵蚀水... 详细信息

针对目前水力侵蚀调控模拟试验相似律研究中存在的问题,利用流体动力学及相似论的基本原理,探讨了黄土高原小流域水力侵蚀特点,确定了水力侵蚀模拟相似遵循的基本相似准则和比尺关系。分析及验证结果表明,黄土高原小流域沟道暴雨侵蚀水力输沙运动多数情况仍可视为紊流运动,遵循紊动水流输沙方程;侵蚀模拟试验不但需要满足几何相似、同时必须满足运动相似和动力相似;小流域水力侵蚀模拟应满足的基本比尺关系为几何相似、降雨相似、水流运动相似,侵蚀产沙运动相似、床面变形相似及土壤水运动相似等。

关键词：相似律水力侵蚀相似比尺模拟试验

基于CSLE模型的黄河流域内蒙古段水力侵蚀空间分布格局及影响因素研究

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基于CSLE模型的黄河流域内蒙古段水力侵蚀空间分布格局及影响因素...

作者：骆泓旸内蒙古农业大学

学位级别：硕士

本文基于中国土壤流失方程CSLE,以黄河流域内蒙古段为研究区,基于土地利用类型及变化特征,通过计算降雨、土壤、地形、水土保持措施等各因子得到2000年、2005年、2010年、2015年、2020年的土壤侵蚀模数,采用叠加分析、转移矩阵及地理探... 详细信息

本文基于中国土壤流失方程CSLE,以黄河流域内蒙古段为研究区,基于土地利用类型及变化特征,通过计算降雨、土壤、地形、水土保持措施等各因子得到2000年、2005年、2010年、2015年、2020年的土壤侵蚀模数,采用叠加分析、转移矩阵及地理探测器等方法分析区域土壤侵蚀强度影响因素。得出如下结论:(1)2000-2020年研究区水力侵蚀时空变化:水力侵蚀强度包含标准规定的全部级别,但主要以微度、剧烈侵蚀为主,其他侵蚀强度占比相对较少;随着时间的推移,水力侵蚀强度总体呈下降趋势,剧烈侵蚀区域由14.35%下降到2.90%,微度侵蚀由63.83%上升到91.03%;2005年和2010年分布接近,2015年和2020年分布接近;其中,2015年和2020年,剧烈侵蚀区域:主要在乌兰察布市、呼和浩特市的南部和北部、鄂尔多斯市的东南部、包头市的北部,面积占比1.87%-2.90%;微度侵蚀区域:主要分布在巴彦淖尔市西部、北部和东部,阿拉善盟东部,鄂尔多斯市大部,包头市中部、呼和浩特市中部,面积占比91.03%-93.39%。(2)基于CSLE模型的主要因子分布:降雨侵蚀力因子R,总体上呈从西北至东南逐渐递增的规律,最大值为1067.52 MJ·mm·hm·h·a;土壤可蚀性因子K,值域范围为10.54～79.73t·hm·a/(hm·MJ·mm),土壤可蚀性强,呈现从西向东逐渐减小的变化的态势;地形因子LS,有25.94%的面积区域LS值>1;植被覆盖与生物措施因子B,研究期间,处于波动趋势;水土保持工程措施因子E主要为水平沟和田埂,田埂主要零星分布于巴彦淖尔市和呼和浩特市,占总面积的0.19%;耕作措施因子T,涉及后山坝上晋北高原山地半干旱喜凉作物一熟区和河套河西灌溉一熟区,面积占比分别为21.59%和31.05%。(3)研究区土壤侵蚀主要影响因素:土壤侵蚀主要受地形因子、降雨因子、植被因子和土地利用因子的干扰。分析各因子的驱动力,呈坡度>降雨量>土地利用>植被覆盖度。在坡度陡、降雨量大的区域,侵蚀强度升高,植被覆盖度升高能有效降低侵蚀强度;在年均降雨量小于200mm的区域,提高植被覆盖度是减少水力侵蚀的重要措施;在均降雨量250-400mm的区域,在提高植被覆盖度和保持较高植被覆盖度的基础上,还应当针对降雨采用其他水土保持措施。

关键词：水力侵蚀 CSLE模型空间分布格局黄河流域内蒙古段

水力侵蚀作用下土壤有机碳库稳定性机制研究进展

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中国水土保持科学 2020年第1期18卷 125-130页

作者：马文明李忠武丁克毅周青平西南民族大学青藏高原研究院成都610041 湖南师范大学资源与环境科学学院长沙410082 大连民族大学环境与资源学院辽宁大连116600

为了明晰水力侵蚀作用下土壤碳库的变化,本文总结和归纳了国内外水力侵蚀作用对土壤有机碳稳定性的影响和今后需加强研究的主要方向。运用文献调研法,剖析水力侵蚀机制,水力侵蚀现状及类型,自然侵蚀和加速侵蚀,水力侵蚀对土壤有机碳库... 详细信息

为了明晰水力侵蚀作用下土壤碳库的变化,本文总结和归纳了国内外水力侵蚀作用对土壤有机碳稳定性的影响和今后需加强研究的主要方向。运用文献调研法,剖析水力侵蚀机制,水力侵蚀现状及类型,自然侵蚀和加速侵蚀,水力侵蚀对土壤有机碳库存的影响,侵蚀碳“源、汇”论的分歧点,水力侵蚀对土壤有机碳选择性稳定机制、空间隔阻稳定机制和有机矿物结合稳定性机制等方面的最新研究进展,结果显示土壤有机碳的物理、化学和生物稳定机制均受水力侵蚀的影响。由于侵蚀区存在大量的有机碳更新、沉积区侵蚀迁移有机碳重新被沉积土壤团聚包裹并深埋形成稳定结构、阵发式侵蚀可埋藏大量的侵蚀碳于地势低洼的沉积区,因此,越来越多的学者提出侵蚀导致了土壤中碳库的增加。认为今后应进一步加强流域尺度侵蚀区和沉积区有机碳的稳定性和有机碳更新的质与量的研究。

关键词：水力侵蚀土壤有机碳有机碳稳定性机制全球气候变化

东北黑土区流域水力侵蚀产沙输沙时空特征研究

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东北黑土区流域水力侵蚀产沙输沙时空特征研究

作者：武亚冰辽宁师范大学

学位级别：硕士

黑土地素有“耕地中的大熊猫”之誉,我国东北黑土区受冻融和融雪径流侵蚀作用强烈,侵蚀量占全年较大比例。本文以东北黑土区典型流域为研究对象,采用气象要素统计和水力侵蚀模型模拟相结合的方法,并结合流域水沙实测资料和野外调查,研... 详细信息

黑土地素有“耕地中的大熊猫”之誉,我国东北黑土区受冻融和融雪径流侵蚀作用强烈,侵蚀量占全年较大比例。本文以东北黑土区典型流域为研究对象,采用气象要素统计和水力侵蚀模型模拟相结合的方法,并结合流域水沙实测资料和野外调查,研究流域关键冻融因子、水力侵蚀的时空分布特征。明确各流域融雪期和全年的输沙模数,分析流域的侵蚀输沙时空特征。通过提取流域产沙潜在影响因子,包括关键冻融因子、流域形态、气象水文、下垫面性质等,运用相关分析和多元线性回归的方法,阐明研究区流域产沙特征及融雪期产沙贡献及影响因素,得出了以下结论:(1)东北黑土区东部流域冻融持续时间短、西部持续时间长。受全球气候变暖的影响,研究区冻融持续时间在以3.9 d·10a的速度呈缩短趋势,平均持续时间为201.6天。流域冻结指数呈现显著下降、融化指数呈现显著上升的趋势。冻结指数和融化指数空间分布特征受纬度位置、地势走向、海拔高度的强烈影响。(2)东北黑土区的东南部方位的流域降雨和融雪侵蚀产沙模数较大。从多年平均值来看,研究区15个流域中,降雨侵蚀产沙模数的范围在5.88-55.56×10 t/km?a之间。融雪侵蚀产沙模数的范围在0.25-1.64×10 t/km?a之间。全年水力侵蚀输沙模数范围在3.42-390.81 t/km·a之间,融雪侵蚀产沙模数范围在1.30-21.29 t/km·a之间。研究区的15个流域中,大部分流域处于轻度侵蚀阶段,且在研究时段内未有侵蚀等级跃迁。流域年侵蚀模数和融雪侵蚀模数空间变异性大。流域之间的侵蚀产沙模数相差较大,且空间分布规律性较差。这可能与各流域气象水文要素和下垫面因子复杂多变有关。(3)21世纪后,流域的年泥沙输移比有所下降。从空间分布来看,东北黑土区偏西方位面积较大的流域泥沙输移比偏小。研究区15个流域的年泥沙输移比普遍偏低,研究时段内的变化范围在0.10%-6.99%之间;从多年平均值来看,泥沙输移比多在0.53%-6.5%之间分布。融雪期泥沙输移比数值相对较低,研究时段内的变化在0.03%-44.58%之间,且从多年平均值来看,多位于3.85%-27.27%之间。(4)流域侵蚀产沙受多种因素影响。流域年侵蚀产沙模数与流域周长、林地面积占比在0.05的水平上呈显著负相关,相关系数分别为-0.54和-0.70。与植被盖度也呈负相关关系,相关系数为-0.30,流域内林地对侵蚀产沙具有显著的抑制作用。影响流域融雪期侵蚀产沙的关键因子为融雪径流深、气温冻结指数、气温融化指数、低温冻结指数、地温融化指数、林地占比,这些因子均在0.05的水平上呈显著相关,相关系数绝对值大于0.51。林地占比与融雪期输沙模数的相关系数最大,相关系数达0.73。(5)影响流域融雪侵蚀产沙对全年总产沙贡献C的关键因子为流域面积(A)、林地面积占比(PF)、冻融持续时间(FT)、融雪期土壤可蚀性因子(Ks)、年降雪量(Fs)、年降雪量占降水量比值(Ps)、融雪期径流深与全年径流深比值(Pr)。流域融雪期产沙占流域总产沙的贡献可用偏最小二乘回归关系模型表达,表达式为C=0.439+0.556+0.639+0.161-0.106+0.771+0.562-0.256,模型决定系数R=0.798,具有较好的解释度。

关键词：东北黑土区冻融作用融雪径流水力侵蚀时空特征