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中国典型侵蚀区小流域水力侵蚀引发的CO_2通量特征

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应用基础与工程科学学报 2016年第2期24卷 219-229页

作者：岳遥倪晋仁李天宏武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室湖北武汉430072 北京大学环境科学与工程学院北京100871 北京大学水沙科学教育部重点实验室北京100871

土壤水力侵蚀通过影响有机碳的合成分解过程,引发可观的CO_2吸收-排放效应.各典型水蚀区的侵蚀速率、土壤性质各不相同,其CO_2通量特征有待研究.本文收集了黑土区、紫色土区、黄土区、红壤区等中国四大典型侵蚀区中7个代表性小流域36个... 详细信息

土壤水力侵蚀通过影响有机碳的合成分解过程,引发可观的CO_2吸收-排放效应.各典型水蚀区的侵蚀速率、土壤性质各不相同,其CO_2通量特征有待研究.本文收集了黑土区、紫色土区、黄土区、红壤区等中国四大典型侵蚀区中7个代表性小流域36个土壤剖面的^(137)Cs及有机碳含量数据,利用"基于参照点的CO_2通量分离方法",计算了各小流域的有机碳横向迁移通量,以及由于水蚀引发的CO_2通量.结果表明,(1)有机碳的横向迁移速率由侵蚀/淤积速率以及土壤表层含碳量共同决定,位于黄土区和红壤区的小流域有机碳流失最为严重;(2)7个小流域侵蚀区CO_2的通量范围为:-22.8~21.5g C/(m^2·a),淤积区CO_2通量范围为-31.6~54.5g C/(m^2·a);碳汇强度与欧美小流域相当,碳源强度略强;(3)位于黑土区的多数小流域以及紫色土区的小流域整体表现为碳汇;位于黄土区的小流域整体表现为强烈的碳源;位于红壤区的流域在侵蚀区表现为碳源,在淤积区表现为碳汇.其中,紫色土区小流域的固碳能力最强,79%~87%的有机碳流失可最终得到恢复;(4)针对小流域不同的CO_2通量特征,可通过合理配置水土保持措施,实现土壤侵蚀和CO_2通量的协同调控.

关键词：水力侵蚀 CO2通量小流域协同调控

PAM对坡地降雨径流入渗和水力侵蚀的影响研究

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水利学报 2006年第11期37卷 1290-1296页

作者：陈渠昌雷廷武李瑞平中国水利水电科学研究院水环境研究所北京100038 中国农业大学农业水土工程学院北京100083 内蒙古农业大学水利工程学院内蒙古呼和浩特010010

通过野外沙壤土坡地人工降雨产流试验,研究了地表施用高分子聚合物PAM(Polyacrylamide)对降雨径流量、径流含沙量、一次降雨土壤侵蚀总量等的影响。通过对试验结果的分析,建立了表面施用PAM用量对径流、土壤侵蚀影响规律的数学模型。对... 详细信息

通过野外沙壤土坡地人工降雨产流试验,研究了地表施用高分子聚合物PAM(Polyacrylamide)对降雨径流量、径流含沙量、一次降雨土壤侵蚀总量等的影响。通过对试验结果的分析,建立了表面施用PAM用量对径流、土壤侵蚀影响规律的数学模型。对于所试验的洪积沙质壤土,PAM用量0.5g.m-2时,可以提高土壤的入渗率,减少径流量;PAM用量3g.m-2时,可明显降低土壤入渗率,增加坡地径流量。用量在1g.m-2时,PAM对土壤入渗率影响的效果不稳定,该用量是PAM对土壤入渗率影响的一个拐点或非稳定点。利用PAM调节土壤入渗率存在一个最佳值(最大入渗速率),对应的PAM用量为提高土壤入渗率的最佳用量,对于所试验的洪积沙壤土来说为1.0 g.m-2左右。PAM的使用方法和用量对减小土壤入渗率也存在一个阈值,对于试验土壤此值在2.0g.m-2左右。不同用量PAM都能降低坡地径流的径流含沙率;当PAM用量较大时(2g.m-2),也能显著地降低一次降雨径流的挟沙总量。

关键词：聚丙烯酰胺(PAM) 坡地径流水力侵蚀影响研究

水力侵蚀对砒砂岩区土壤有机碳空间变异性的影响

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水土保持学报 2020年第6期34卷 117-124页

作者：张若曦秦富仓李龙杨振奇钱秋颖任小同内蒙古农业大学沙漠治理学院呼和浩特010018 内蒙古农业大学林学院呼和浩特010018 国家林业局荒漠生态系统保护与修复重点实验室呼和浩特010000

以侵蚀剧烈的砒砂岩区为研究对象,应用地统计学Kriging插值法准确描述水力侵蚀下土壤有机碳空间动态迁移过程来探究侵蚀与碳平衡的关系并为有效治理砒砂岩区坡面水土流失提供科学的参考。结果表明:(1)降雨前后各土层有机碳均随着土层增... 详细信息

以侵蚀剧烈的砒砂岩区为研究对象,应用地统计学Kriging插值法准确描述水力侵蚀下土壤有机碳空间动态迁移过程来探究侵蚀与碳平衡的关系并为有效治理砒砂岩区坡面水土流失提供科学的参考。结果表明:(1)降雨前后各土层有机碳均随着土层增加而减少,表现为中等变异、空间自相关均为正相关且0-10 cm土层自相关性最大。降雨后0-20 cm土层有机碳含量减少而20-40 cm土层增加,且各土层变异程度均较雨前减弱。(2)降雨前后土壤有机碳分别与高斯模型,球状模型较为拟合,且变程值均随土层增加而增大。降雨前后0-10 cm土层表现均为强烈空间相关性且雨后结构比增大,而10-40 cm均为中等相关性雨后结构比减小。(3)降雨后空间异质性减弱斑块面积变大,总体表现为同一土层坡上侵蚀坡下沉积,而不同土层下0-20 cm土层表现为侵蚀,20-40 cm土层表现为沉积。(4)降雨前后土壤有机碳均与黏粒呈现较显著正相关,其中降雨前0-10 cm土层有机碳与黏粒为极显著正相关,降雨后各土层相关性增强均为极显著正相关。但降雨前后土壤有机碳与粉粒相关性均较小且不显著,与砂粒则基本表现为负相关。

关键词：水力侵蚀土壤有机碳砒砂岩区空间变异性

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黄土高原小流域水力侵蚀模拟试验设计与验证

农业工程学报 2005年第10期21卷 41-45页

作者：高建恩吴普特牛文全冯浩樊恒辉杨世伟中科院水利部水土保持研究所

针对目前黄土高原小流域室内物理模拟试验结论不能很好地定量推广到野外实际流域开发工作中去的问题,该文基于降雨、径流及入渗的水动力学原理,利用相似论较完整地给出了一套可对黄土高原小流域降雨径流进行模拟试验研究的一种设计方法... 详细信息

针对目前黄土高原小流域室内物理模拟试验结论不能很好地定量推广到野外实际流域开发工作中去的问题,该文基于降雨、径流及入渗的水动力学原理,利用相似论较完整地给出了一套可对黄土高原小流域降雨径流进行模拟试验研究的一种设计方法和模拟试验技术。验证结果表明,在正态条件下,满足几何相似、降雨相似、水力侵蚀产沙、输沙相似及床面变形相似等条件下所建造的黄土高原延安燕沟康家圪崂小流域模型,采用几何比尺为100时,其降雨、汇流、产沙、输沙是基本符合实际情况的,可以作为该流域治理水土流失、优化治理方案,寻求水土资源高效利用措施的工具。

关键词：黄土高原小流域水力侵蚀模拟试验设计与验证

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水力侵蚀作用下土壤有机碳动态研究进展

长江科学院院报 2016年第12期33卷 27-32页

作者：黄金权程冬兵王志刚刘纪根张冠华孙蓓张平仓长江科学院水土保持研究所武汉430010 长江科学院水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心武汉430010

水蚀作用下土壤有机碳动态对于准确评估土壤侵蚀的碳"源/汇"角色具有重要意义。论述了侵蚀作用对全球碳循环格局产生的影响,阐明了水蚀作用下土壤有机碳动态机制研究的重要意义,并从水蚀作用下土壤碳循环格局以及有机碳库动态过程机制... 详细信息

水蚀作用下土壤有机碳动态对于准确评估土壤侵蚀的碳"源/汇"角色具有重要意义。论述了侵蚀作用对全球碳循环格局产生的影响,阐明了水蚀作用下土壤有机碳动态机制研究的重要意义,并从水蚀作用下土壤碳循环格局以及有机碳库动态过程机制等方面介绍了国内外最新研究进展,进而深入分析了当前研究存在的系列问题及今后的发展趋势。分析认为,以微生物为切入点进行侵蚀作用下的碳矿化研究将有助于从机理层面解决侵蚀在土壤碳循环中的不确定性问题。此外,运用模型模拟的方法全面考察水力侵蚀作用下土壤有机碳库动态机制,将是今后侵蚀作用下土壤碳循环研究中亟待开展的工作。

关键词：水力侵蚀土壤有机碳碳循环动态机制全球气候变化

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真实感水力侵蚀地形建模与绘制

图学学报 2020年第2期41卷 169-177页

作者：郑顾平张萌邵绪强伍朝辉华北电力大学控制与计算机工程学院河北保定071003 交通运输部科学研究院基础研究创新中心北京100019

水力侵蚀地表是现实生活及虚拟场景中常见的一种自然现象。为研究水力对地表的侵蚀现象,提出一种采用光滑粒子流体动力学(SPH)模拟流体对地形表面的湿润以及侵蚀过程的真实感仿真模型。通过对自然界中真实溅蚀现象进行合理简化描述,建... 详细信息

水力侵蚀地表是现实生活及虚拟场景中常见的一种自然现象。为研究水力对地表的侵蚀现象,提出一种采用光滑粒子流体动力学(SPH)模拟流体对地形表面的湿润以及侵蚀过程的真实感仿真模型。通过对自然界中真实溅蚀现象进行合理简化描述,建立一种包含3个阶段的地形水力溅蚀模型:首先,利用弹丸冲击平板靶材变形模型模拟水流冲击地表变形效果;其次,构建基于达西定律的水流渗透量计算方法以确保地表吸水与水分扩散的真实性;最后,提出将地表湿润度因素对地表侵蚀的影响考虑在内的新型计算模型,实现与冲蚀相融合模拟积水继续运动对地表冲蚀作用。实验结果表明,该模型能够真实地模拟出不同方向的水流对地表的侵蚀效果以及侵蚀过程中地表吸水与湿润扩散现象。

关键词：水力侵蚀光滑粒子流体动力学溅蚀达西定律湿润扩散

基于CSLE模型的天山北坡中段山区水力侵蚀时空变化特征及影响因素研究

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干旱区研究 2021年第4期38卷 939-949页

作者：常梦迪王新军李娜闫立男马克李菊艳新疆农业大学草业与环境科学学院新疆乌鲁木齐830052 新疆土壤与植物生态过程重点实验室新疆乌鲁木齐830052 新疆维吾尔自治区水土保持生态环境监测总站新疆乌鲁木齐830000

掌握天山北坡土壤水蚀分异的空间规律及其驱动力,对生态预警和土壤侵蚀防治具有重要意义,为天山北坡区域生态环境的综合治理提供理论依据和数据支持。以天山北坡中段山区为例,基于中国土壤流失方程(Chi⁃nese Soil Loss Equation,CSLE),... 详细信息

掌握天山北坡土壤水蚀分异的空间规律及其驱动力,对生态预警和土壤侵蚀防治具有重要意义,为天山北坡区域生态环境的综合治理提供理论依据和数据支持。以天山北坡中段山区为例,基于中国土壤流失方程(Chi⁃nese Soil Loss Equation,CSLE),采用野外调研、地理信息系统、数理统计和地理探测器等方法,定量分析2000—2018年研究区土壤水力侵蚀的时空格局特征(面积,强度和地理分布),借助地理探测器探究降雨、地形、土壤、植被对土壤水力侵蚀强度的内在驱动力。结果表明:(1)2000—2018年天山北坡中段山区土壤水力侵蚀强度主要以微度、轻度侵蚀为主,分别占总面积的32.34%~40.87%、33.36%~43.01%。近20 a的微度、轻度侵蚀的面积均呈下降趋势(-26.70 km^(2)·a^(-1)、-77.47 km^(2)·a^(-1)),而其他侵蚀强度的面积均呈上升趋势(22.10~30.96 km^(2)·a^(-1)),总体上土壤水力侵蚀强度处于增加趋势。(2)整体土壤侵蚀模数呈乌鲁木齐市>昌吉市>阜康市>呼图壁县>玛纳斯县>沙湾县>石河子市。天山北坡中段山区侵蚀强度的空间分布与降雨、地形、土壤、植被密切相关,土壤类型为棕钙土、草毡土、栗钙土,植被覆盖度小于15%、坡度大于15°和降雨量在400~450 mm范围内的地区为高风险侵蚀区域。(3)分异性的大小由因子探测器中q值来度量,其q值越大,该影响因素对土壤侵蚀空间分布的解释力越强,呈降雨(0.49)>土壤类型(0.17)>坡度(0.11)>植被覆盖度(0.10)。不同影响因素通过交互作用明显增强土壤侵蚀空间异质性,及植被覆盖度与降雨因子的耦合作用,q值增幅极大,确定土壤侵蚀重点治理区域对全面土壤侵蚀防治具有重要意义。

关键词：天山北坡水力侵蚀 CSLE模型时空格局地理探测器影响因素

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青藏高原水力侵蚀定量研究进展

地球科学进展 2021年第7期36卷 740-752页

作者：魏梦美符素华刘宝元北京师范大学地理科学学部北京100875

青藏高原生态环境脆弱,土壤侵蚀是严重的生态问题。定量监测和评价水力侵蚀是生态建设和水土保持规划的基础。为系统掌握青藏高原水力侵蚀定量研究现状,在查阅大量文献资料的基础上,系统整理了81篇相关文献。发现青藏高原定量评价方法... 详细信息

青藏高原生态环境脆弱,土壤侵蚀是严重的生态问题。定量监测和评价水力侵蚀是生态建设和水土保持规划的基础。为系统掌握青藏高原水力侵蚀定量研究现状,在查阅大量文献资料的基础上,系统整理了81篇相关文献。发现青藏高原定量评价方法包括基于坡面侵蚀模型、^(137)Cs核素示踪法、径流小区和水文站观测3种类型,但总的来说研究明显不够。坡面侵蚀模型主要有美国修正通用土壤流失方程和中国土壤流失方程2种。基于修正通用土壤流失方程、中国土壤流失方程、^(137)Cs核素示踪法、径流小区监测和水文站观测小流域得到的青藏高原土壤侵蚀模数分别为大于30、1~8、小于10、0~109和2~3 t/(hm^(2)·a)。经过分析发现,青藏高原土壤侵蚀定量研究存在4个方面的问题:模型计算中参数的选择存在问题,137Cs核素示踪法方面背景值不确定性太大,径流小区和小流域监测资料奇缺,没有全区评价结果。今后需要加强小区小流域自动化监测、^(137)Cs背景值采样测试和综合评判以及^(137)Cs核素示踪法土壤侵蚀测定。在这两项定量测定的基础上对全青藏高原土壤侵蚀进行定量评价,为水土保持规划和生态文明建设服务。

关键词：青藏高原水力侵蚀修正通用土壤流失方程(RUSLE) 中国土壤流失方程(CSLE) ^(137)Cs 径流小区

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新疆石河子市南部山区沟道治理谷坊设计

陕西水利 2024年第3期 160-161,164页

作者：石江琳新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司新疆石河子832000

在山区沟道治理中,谷坊是一种重要的措施。为了能够确保沟道治理过程中谷坊设计科学合理。以新疆石河子市南部山区沟道治理为例,提出多级谷坊修建的方案,并对山区沟道治理谷坊设计进行详细阐述。通过后期使用实践可知,该谷坊设计效果明... 详细信息

在山区沟道治理中,谷坊是一种重要的措施。为了能够确保沟道治理过程中谷坊设计科学合理。以新疆石河子市南部山区沟道治理为例,提出多级谷坊修建的方案,并对山区沟道治理谷坊设计进行详细阐述。通过后期使用实践可知,该谷坊设计效果明显,可以有效减少山区沟道的水力侵蚀。

关键词：沟道治理谷坊水力侵蚀沟头