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雨强和地下孔(裂)隙度对喀斯特坡耕地养分流失的影响

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中国农业科学 2021年第1期54卷 140-151页

作者：姚一文戴全厚甘艺贤高儒学严友进王玉红贵州大学林学院

【目的】研究不同降雨强度和地下孔(裂)隙下,喀斯特区坡耕地表和地下土壤养分流失途径及流失规律,为喀斯特坡耕地土壤养分流失控制和农业面源污染防治提供理论依据。【方法】以喀斯特区坡度为15°的坡耕地为研究对象,通过模拟其地表形... 详细信息

【目的】研究不同降雨强度和地下孔(裂)隙下,喀斯特区坡耕地表和地下土壤养分流失途径及流失规律,为喀斯特坡耕地土壤养分流失控制和农业面源污染防治提供理论依据。【方法】以喀斯特区坡度为15°的坡耕地为研究对象,通过模拟其地表形态和地下孔(裂)隙特征,设置不同雨强(30、50、70、90 mm·h)和地下孔(裂)隙度(1%、3%、5%)交叉试验共36场降雨,探索喀斯特坡耕地地表和地下养分流失特征。【结果】(1)雨强对喀斯特区坡耕地产流产沙影响显著(P雨强增大而增加,其产流产沙从地下过渡到地上的临界雨强可能在30—50 mm·h;随地下孔(裂)隙度增大,地下产流产沙量增加,地表呈相反的规律。(2)喀斯特坡耕地径流养分主要通过地表流失,小雨强下通过地下孔(裂)隙流失;径流中全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)流失量和流失模数均随雨强增大而上升,雨强对各径流养分流失浓度影响不明显。地表养分流失量和流失模数随地下孔(裂)隙度增加而下降,地下反之。地下孔(裂)隙度的增加使地下径流养分流失占比逐渐增加。(3)养分会通过附着于泥沙流失,其中以地表泥沙流失为主。地表、地下各泥沙养分平均流失浓度、流失量和流失模数均随降雨强度增大而增加,其中TK流失平均浓度和流失量在不同雨强下显著高于TN和TP。同雨强下,地表泥沙各养分平均流失浓度、流失量和流失模数随孔(裂)隙度增加呈减小趋势,地下反之,但流失量从地表为主到地表与地下二者并重。(4)相关性分析表明,降雨强度与径流和泥沙流失量均呈现显著正相关关系,雨强对各养分径流的影响高于泥沙,地表径流受雨强影响最大。地下孔(裂)隙度对泥沙养分流失量的影响高于径流,而泥沙养分中地下泥沙养分流失量受其影响较大。【结论】喀斯特坡耕地养分主要通过地表流失,但地下孔(裂)隙对养分流失的影响不容忽视。在坡耕地养分流失防治上,地表通过增加植被覆盖度和添加枯落物等方式减缓坡耕地产流产沙量,地下通过植被根系固定土壤,防止养分通过孔(裂)隙向地下渗漏进而达到减少坡耕地土壤养分流失。

关键词：养分流失雨强地下孔隙度径流泥沙喀斯特坡耕地

不同雨强条件下黄土边坡降雨入渗特性模型试验研究

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岩土工程学报 2020年第S01期42卷 111-115页

作者：曾昌禄李荣建关晓迪张世斌白维仕西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048

黄土高原是中国滑坡事故频发的重灾区,降雨是黄土边坡失稳的主要影响因素之一,因此了解降雨在黄土边坡内部的入渗规律和机理显得尤为重要。设计了室内边坡降雨模型箱和人工降雨系统,选取甘肃省庆阳地区一野外均质黄土边坡为研究对象,在... 详细信息

黄土高原是中国滑坡事故频发的重灾区,降雨是黄土边坡失稳的主要影响因素之一,因此了解降雨在黄土边坡内部的入渗规律和机理显得尤为重要。设计了室内边坡降雨模型箱和人工降雨系统,选取甘肃省庆阳地区一野外均质黄土边坡为研究对象,在满足相似理论相似前提的条件下,建立了室内缩尺的均质黄土边坡模型,进行了坡比为1∶1的边坡在4种不同雨强下的降雨入渗试验。试验通过对边坡的体积含水率和基质吸力全过程的监测,分析了模型边坡的降雨入渗规律以及基质吸力的变化特征,并比较不同雨强条件下模型边坡入渗规律之间的差异。试验结果表明:不同雨强条件下黄土模型边坡入渗深度均呈现坡脚最大、坡顶平台较大、坡中最小的规律,入渗速率则是坡顶平台最大、坡脚较大、坡中最小,且随着深度的增加,雨水入渗的能力逐渐减弱。随着雨强的增大,降雨入渗的深度越大,入渗速率越快,埋置同一深度处测点的体积含水率和基质吸力幅值变化越显著。

关键词：黄土边坡降雨入渗雨强模型试验基质吸力

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黄土丘陵区雨强对水流含沙量的影响

地理学报 2019年第9期74卷 1723-1732页

作者：刘晓燕刘昌明党素珍黄河水利委员会郑州450003 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 北京师范大学北京100875 黄河水利委员会黄河水利科学研究院郑州450003

以黄土丘陵区的3个典型小流域为重点对象,基于不同时期实测的1300多对雨强和含沙量数据,分析了不同空间尺度情况下的雨强—沙峰含沙量关系。结果表明:在峁坡尺度上,含沙量总体上随雨强的增大而增大;但在既有峁坡、也有沟坡的各级流域尺... 详细信息

以黄土丘陵区的3个典型小流域为重点对象,基于不同时期实测的1300多对雨强和含沙量数据,分析了不同空间尺度情况下的雨强—沙峰含沙量关系。结果表明:在峁坡尺度上,含沙量总体上随雨强的增大而增大;但在既有峁坡、也有沟坡的各级流域尺度上,无论流域层级高低或面积大小,雨强对含沙量的影响均存在明显的阈值现象,当雨强超过该阈值后,洪水含沙量不再随雨强增大而增大。雨强阈值随林草覆盖程度增大而增大,如研究区在1956-1969年下垫面情况下的雨强阈值为10~15 mm/h、1990-1997年为20 mm/h,目前估计达40 mm/h。由于流域尺度上雨强大于10~15 mm/h的降雨几乎每年都有发生、20世纪50-80年代的林草植被变化不大,加上黄土丘陵区产沙主要靠坡面水流对地表土壤的冲刷,而贴地表水流的流速不会随流量的增大而无限增加等原因,形成了20世纪90年代以前黄土区支流的年最大含沙量基本稳定的现象。

关键词：黄土高原黄土丘陵区雨强含沙量影响

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变坡度变雨强下坡面流阻力特性时空分布

浙江大学学报（工学版） 2018年第2期52卷 297-306页

作者：冉启华刘燕王丰万五一浙江大学水利工程学系浙江杭州310058

为了研究坡面薄层水流阻力特性规律,以室内人工降雨试验数据为基础,通过基于物理概念的水文数值模型试验,虚拟了150种工况,在大坡度范围(5°~55°)和大雨强范围(30~240mm/h)内,以Darcy-Weisbach阻力系数为研究对象,研究阻力系数的时空... 详细信息

为了研究坡面薄层水流阻力特性规律,以室内人工降雨试验数据为基础,通过基于物理概念的水文数值模型试验,虚拟了150种工况,在大坡度范围(5°~55°)和大雨强范围(30~240mm/h)内,以Darcy-Weisbach阻力系数为研究对象,研究阻力系数的时空分布规律,定量分析雨强和坡度对阻力系数的影响,从黏性底层厚度和能量的角度分析原因,根据试验结果回归得出考虑空间位置的阻力系数公式.研究结果表明:在坡度和雨强一定的前提下,在时间上,坡面阻力系数随着时间的增加呈减小趋势,在空间上,向下游出口处,阻力系数沿程递减;坡面流阻力系数受雨强影响显著,在一定坡度下,雨强越大,阻力系数越小;在一定雨强下,阻力系数与坡度基本呈正相关关系,且雨强越大,坡度对阻力系数的影响越弱.

关键词：坡面流阻力系数时空分布坡度雨强

模拟降雨条件下生物结皮坡面产流产沙对雨强的响应

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应用生态学报 2019年第2期30卷 391-397页

作者：谢申琦高丽倩赵允格郭玥微西北农林科技大学资环学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

生物结皮是黄土丘陵区退耕地广泛存在的地被物.本研究通过人工模拟降雨试验分析了雨强对生物结皮坡面产流产沙的影响.结果表明:生物结皮坡面产流产沙随降雨历时的延长先增加、10～18 min趋于平稳.相对于裸土坡面,生物结皮显著延长了坡... 详细信息

生物结皮是黄土丘陵区退耕地广泛存在的地被物.本研究通过人工模拟降雨试验分析了雨强对生物结皮坡面产流产沙的影响.结果表明:生物结皮坡面产流产沙随降雨历时的延长先增加、10～18 min趋于平稳.相对于裸土坡面,生物结皮显著延长了坡面初始产流时间,抑制了坡面产流产沙,可降低21%～78%的坡面径流量和77%～95%的产沙量.雨强主要通过影响生物结皮坡面径流而影响其产沙.随着雨强的增加,生物结皮坡面产流产沙与雨强的相关性出现了由不显著相关向显著相关的转折,雨强>1.5 mm·min^(-1)时,生物结皮坡面的减流减沙作用随着雨强的增加而降低.本研究结果为降雨条件下生物结皮坡面产流产沙过程的模型模拟奠定了基础.

关键词：生物结皮雨强初始产流时间径流模数土壤侵蚀模数

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雨强和糙度对坡面薄层流水动力学特性的影响

农业工程学报 2017年第9期33卷 147-154页

作者：王俊杰张宽地杨苗范典龚家国陕西省土地工程建设集团有限责任公司黄河西岸土地整治分公司西安710000 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 中国水利科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

基于流体力学和水力学基本理论,通过6个糙度、5个流量和5种雨强组合条件下的放水冲刷和模拟降雨试验,研究雨强和糙度对坡面流水动力学特性的影响。结果表明:在坡面薄层水流中,床面糙度对坡面流阻力有"增阻"效应,但在粗糙尺度为1.77 mm... 详细信息

基于流体力学和水力学基本理论,通过6个糙度、5个流量和5种雨强组合条件下的放水冲刷和模拟降雨试验,研究雨强和糙度对坡面流水动力学特性的影响。结果表明:在坡面薄层水流中,床面糙度对坡面流阻力有"增阻"效应,但在粗糙尺度为1.77 mm时产生拐点;降雨条件下,坡面流自由表面失稳的动态演化过程显著,其波动临界条件为黏深比0.382 4、0.599 3,在整个动态过程中阻力系数都随着降雨强度增加而减小;结合黏滞阻力、雨强阻力构建层流过渡区阻力计算公式,决定系数为0.92(P<0.05),可以较好地为坡面流模型的建立提供参考依据。研究成果有助于从泥沙运动力学的角度揭示坡面流层流失稳的本质,为坡面流理论的发展奠定基础。

关键词：降雨水动力学糙度测定雨强坡面流滚波

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雨强和地表糙度对坡面微地形及侵蚀的影响

长江科学院院报 2019年第1期36卷 41-47页

作者：李清溪丁文峰朱秀迪庞延杰长江科学院水土保持研究所武汉430010

地表糙度是影响坡面侵蚀产沙的重要因素之一,以往研究多关注糙度对坡面产流产沙特征的影响,而较少关注不同糙度条件下坡面微地形变化和侵蚀产沙的关系。通过人工模拟降雨试验,结合Photoscan技术研究了不同雨强和地表糙度对坡面微地形及... 详细信息

地表糙度是影响坡面侵蚀产沙的重要因素之一,以往研究多关注糙度对坡面产流产沙特征的影响,而较少关注不同糙度条件下坡面微地形变化和侵蚀产沙的关系。通过人工模拟降雨试验,结合Photoscan技术研究了不同雨强和地表糙度对坡面微地形及产流产沙的影响。结果表明:在试验条件下,降雨后光滑坡面和粗糙坡面4个微地形因子(地表糙度、地形起伏度、地表切割度、洼地蓄积量)数值均减小,且有随雨强增大,其减幅增大的趋势;相同雨强和降雨历时条件下,粗糙坡面微地形因子变化幅度大于光滑坡面,微地形因子变化量与侵蚀产沙量呈明显正相关;与光滑地表相比,粗糙地表只在降雨初期能有效减少产流,随着降雨时间延长,2种坡面的产流率趋于一致;在试验选取的4个雨强条件下,粗糙坡面和光滑坡面产流率均呈现先增大后趋于稳定的趋势。粗糙坡面产沙率和产流率变化规律一致,但光滑坡面产沙率表现出在产流初期迅速增大,而后呈降低并趋于稳定的趋势。研究结果可为揭示坡面土壤侵蚀机理和建立坡面侵蚀产沙模型提供参考。

关键词：雨强地表糙度微地形产流产沙

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雨强和坡度对红壤坡面产流产沙及侵蚀动力过程影响

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水土保持研究 2020年第6期27卷 1-8页

作者：田培仇浩然冯宇吴浩研伍铁牛刘目兴地理过程分析与模拟湖北省重点实验室武汉430079 华中师范大学城市与环境科学学院武汉430079

采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强(40,66,80 mm/h)和坡度(5°,10°,15°)条件下,湖北省武汉市蔡甸区红壤坡面流速、产流产沙时空变化及水动力学过程。使用长2.5 m,宽0.5 m,高0.3 m的可调坡度径流土槽,每场降雨试验在槽子底端出口开始... 详细信息

采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强(40,66,80 mm/h)和坡度(5°,10°,15°)条件下,湖北省武汉市蔡甸区红壤坡面流速、产流产沙时空变化及水动力学过程。使用长2.5 m,宽0.5 m,高0.3 m的可调坡度径流土槽,每场降雨试验在槽子底端出口开始产流后持续60 min,每3 min收集一次径流泥沙样品。结果表明:相同坡度下,坡面平均产流率和产沙率均随雨强增加而增大;产流率在降雨初期波动增长,随降雨时间延长而逐渐稳定;产沙率在降雨初期急剧上升,随后稍有下降并逐渐趋于平稳。坡度从5°增加到15°,雨强为40,66,80 mm/h下的平均产流率依次增加24%,22%和15%,平均产沙率依次增加89%,60%和84%。随雨强或坡度增加,流速均增大,且雨强对流速的影响较坡度更大;流速沿坡长方向呈增大趋势,且细沟流速是细沟间的1.33~2.10倍。66 mm/h,10°条件下,坡面形成细沟并发生明显下切和溯源侵蚀。相同雨强下,径流剪切力随坡度增加而增大、达西—韦斯巴赫阻力系数随坡度增加而减小。坡面径流属于层流且为急流,水动力学参数和侵蚀产沙率的拟合方程表明,弗劳德数和流速可以较好地模拟坡面产沙率。研究结果可为南方红壤区水土流失治理提供参考。

关键词：红壤雨强坡度产流产沙水动力参数时空变化

模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响

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农业工程学报 2017年第2期33卷 131-140页

作者：彭旭东戴全厚李昌兰袁应飞赵龙山贵州大学林学院贵阳550025

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采... 详细信息

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究雨强和地下裂隙对喀斯特坡面氮磷钾养分流失的影响。结果表明:雨强对地表产流产沙影响显著(P雨强增大而增加,且地表产流产沙临界雨强在30~50 mm/h之间;雨强对地表径流各养分输出负荷、地下径流全氮(TN)输出负荷及径流TN总负荷影响亦显著(P雨强是喀斯特坡面土壤养分流失的重要影响因子,地下裂隙度对其养分流失影响不大,但地下径流是喀斯特坡面主要的养分流失方式。研究结果可为喀斯特坡耕地养分流失的机理揭示及源头控制提供基本参数和科学依据。

关键词：养分产流产沙地下裂隙度雨强喀斯特坡耕地