黄土区薄层浮土道路侵蚀试验研究

为研究降雨强度和坡度对黄土区薄层浮土覆盖的土质道路产流产沙的影响,在野外调查的基础上,通过室内模拟降雨试验研究不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min)和坡度(2°、4°、8°、16°)条件下0.5 cm厚度浮土道路径流和产沙特征。结果表明:1)相同坡度条件下,平均径流率随雨强增大呈递增趋势,其变化范围在0.80~2.73 L/min,且1.5~2.5 mm/min雨强条件下平均径流率是1.0 mm/min的1.34~3.04倍,各雨强条件下浮土侵蚀阶段产流量占比范围在5.22%~40.38%;2)次降雨平均含沙量随坡度和雨强的增大均呈递增趋势,其变化范围在11.75~194.25 g/L,且与坡度和雨强分别呈显著线性和指数函数关系(P<0.05),1.0~2.5 mm/min雨强下浮土侵蚀阶段产沙量占比为0.05%~71.51%,其占比随雨强和坡度的增大存在波动,且混合侵蚀阶段产沙量与坡度和雨强呈良好的线性关系(P<0.01);3)累计产沙量随累计产流量的增大而增大且满足线性函数关系,决定系数均在0.96以上。研究结果揭示了薄层浮土道路径流侵蚀规律,可为土质道路治理及道路侵蚀模型建立提供参考。     

浙江红壤坡面菜地养分流失模拟试验及模型建立

以室内人工模拟降雨试验为研究手段,以强降雨过程中红壤丘陵区坡菜地随径流、泥沙迁移的养分流失规律为研究目的,分别在不同坡长(2m,3m,4m,5m)、不同植被覆盖度(0%,30%,60%)和不同表层土壤养分含量条件下进行了有效模拟降雨试验共计25场次,每个场次降雨试验的产流历时设计为30 min,固定雨强为120 mm·h~(-1)。将径流量、产沙量和原表土中各养分的含量作为影响养分流失的主要因子,进行了氮,磷和有机碳流失量的多元回归模型的拟合,并通过对拟合模型验证,得出TN,TP和TOC流失量80%的计算值和实测值之间的相对误差均小于20%,同时,通过实际情况验证,发现TN,TP流失量75%的计算值与实测值之间的相对误差均小于20%。因此,该模型可适用于浙江红壤区坡面菜地养分流失的预测。     

黄土高原丘陵沟壑区坡面-沟道系统中的高含沙水流(Ⅱ)--泥沙存储-释放及降雨、径流特征的影响

以黄河中游多沙粗沙区子洲径流站和离石王家沟试验站的径流场观测资料为基础，对黄土高原丘陵沟壑区坡沟系统中高含沙水流特征进行了研究。研究表明，在坡面-沟道系统中，存在着泥沙的存贮-释放机制，这一机制与非高含沙水流和高含沙水流不同的输沙行为有关。当水流为非高含沙水流时，来自坡面和悬移质泥沙中的粗粒部分可在沟道中发生沉积；当为高含沙水流时，前期沉积的粗粒泥沙将因沟道高含沙水流强烈的侵蚀搬运作用而发生释放。降雨对坡沟系统高含沙水流的形成关系密切。在冲沟次降雨最大含沙量与雨强的关系中，表现出两个临界值。超过第一个临界值以后，含沙量急剧增大；超过第二个临界值之后，则出现极限含沙量，即含沙量不再随雨强的增大而增大。     

黄土高原丘陵沟壑区坡面-沟道系统中的高含沙水流(Ⅰ)--地貌因素与重力侵蚀的影响

以黄河中游多沙粗沙区子洲径流站和离石王家沟试验站的径流场观测资料为基础,对黄土高原丘陵沟壑区坡沟系统中高含沙水流特征与地貌因素及重力侵蚀的关系进行了研究.研究结果表明,黄土坡面的地貌垂直结构和由此所决定的侵蚀作用垂直分异,对坡面高含沙水流的形成有很大的影响,高含沙水流形成于峁坡下部和沟坡,并在各级沟道中进一步发展.坡度对高含沙水流的形成有较大影响,如果侵蚀过程以溅蚀、面蚀、细沟侵蚀为主,不发生切沟及显著的重力侵蚀,则存在着一个坡度临界值,大于此值后,含沙量反而减小.重力侵蚀对坡沟系统高含沙水流的形成起着十分重要的作用,由于强烈的重力侵蚀的参与,高含沙水流的沙峰滞后于洪峰,落水阶段的含沙量常常大于同流量下涨水阶段的含沙量.     

黄土高原丘陵沟壑区坡面-沟道系统中的高含沙水流（I）——地貌因素与重力侵蚀的影响

以黄河中游多沙粗沙区子洲径流站和离石王家沟试验站的径流场观测资料为基础，对黄土高原丘陵沟壑区坡沟系统中高含沙水流特征与地貌因素及重力侵蚀的关系进行了研究。研究结果表明，黄土坡面的地貌垂直结构和由此所决定的侵蚀作用垂直分异，对坡面高含沙水流的形成有很大的影响，高含沙水流形成于峁坡下部和沟坡，并在各级沟道中进一步发展。坡度对高含沙水流的形成有较大影响，如果侵蚀过程以溅蚀、面蚀、细沟侵蚀为主，不发生切沟及显著的重力侵蚀，则存在着一个坡度临界值，大于此值后，含沙量反而减小。重力侵蚀对坡沟系统高含沙水流的形成起着十分重要的作用，由于强烈的重力侵蚀的参与，高含沙水流的沙峰滞后于洪峰，落水阶段的含沙量常常大于同流量下涨水阶段的含沙量。     

神府煤田废弃堆积体新增水土流失研究

通过野外模拟降雨试验,对比分析了弃土弃渣体、煤矸石与原生地面的径流产沙规律。结果表明:(1)原生地面产流量随时间变化较小,煤矸石产流量随时间递增,弃土弃渣体产流量在产流开始后6 min内波动较大,随后趋于稳定。原生地面和弃土弃渣体的稳定产流量与雨强呈显著的线性关系;(2)原生地面及煤矸石的侵蚀发生于整个降雨过程,弃土弃渣废弃堆积体的侵蚀主要发生在产流初期。弃土体在产流开始后的0~6 min内侵蚀速率显著递增,6~15 min内缓慢递减,15 min后达到相对稳定。弃渣体的侵蚀速率分两个阶段:产流开始后0~6 min内,侵蚀速率较大,且随雨强变化波动明显,6 min后达到相对稳定;(3)原生地面、弃土体及沙少石多弃渣体的侵蚀总量与雨强、径流总量均分别呈线性函数、指数函数和线性函数关系;(4)与原生地面相比,煤矸石的侵蚀总量和径流总量分别减少了86.53%~98.41%和26.42%~71.39%,弃土弃渣体的新增侵蚀总量和新增径流总量为原生地面的2.25~631.59倍和-0.01~10.57倍。因此,矿区需要做好弃土弃渣堆积体的防护工作,以减缓其严重的水土流失。     

黄河上游“十大孔兑”高含沙洪水灾害过程与输沙特性

黄河上游"十大孔兑"沙漠流域的高含沙洪水,是该区域季节交替的风水复合侵蚀作用的结果。以"十大孔兑"流域的典型支沟苏达拉尔沟为依托,基于野外原型观测,系统深入地分析了沙漠粗沙高含沙洪水(泥流)输沙特性与致灾过程。研究结果表明:该区域的高含沙洪水,由暴雨诱发,沿程叠加风力、水力、重力等侵蚀作用产沙,最终演变为高含沙洪水(泥流)灾害。降雨强度大于0. 27 mm/min且持续35～60 min以上的暴雨,大多可诱发高含沙洪水,含沙量可高达1 400 kg/m3以上。研究结果为开展"十大孔兑"沙漠流域风水复合侵蚀模型研究打下了坚实的理论基础;为干旱半干旱区沙漠流域水土流失防控与灾害治理提供了工程参考意见;对从流域侵蚀产沙角度出发,探究黄河河道水沙变化,维护黄河健康而言,亦具有重要的参考价值。     

降雨径流调控利用与流域保水减沙效应研究

采用绝对/相对保水减沙比指标来反映降雨径流的调控利用效果,绝对保水减沙比指标反映流域经过调控后所保有的降水资源量与侵蚀产沙量的比值;相对保水减沙比指标反映流域经过调控后拦截单位泥沙所减少的地表径流量。选取黄土高原多沙粗沙区7个主要支流,以1960-2009年为研究时段,对其保水减沙效应进行了评价。结果表明:1960-1999年间各流域内绝对/相对保水减沙比指标波动变化幅度较大,但在2000-2009年间,各个支流绝对/相对保水减沙比指标分别急剧增加和下降,表明国家退耕还林(草)工程实施成效显著。保水减沙比指标不仅可作为评价流域降雨径流调控利用效果的有效指标,而且还可作为流域水土保持与生态建设效果评价的一个综合性指标。     

我国北方沙尘暴与植被覆盖度关系研究

利用NOAA/AVHRR和旬归一化植被指数NDVI数据,计算了1983-2000年中国北方13省市区的植被覆盖度,分析了这些地区植被覆盖度的时间变化趋势和空间分布规律,研究了中国北方沙尘暴与植被覆盖度之间的关系。结果表明:我国北方沙尘灾害频次与植被覆盖度有很好的对应关系,1983-2000年的18年间,我国北方大部分地区植被覆盖度增加,这段时期沙尘灾害频次总体呈降低趋势,其中20世纪80年代我国北方大部分地区植被覆盖度增加,这一时期我国北方沙尘暴发生频数下降;20世纪90年代,我国北方大部分区域植被覆盖度呈下降趋势,特别是华北和西北干旱与半干旱地区,下降趋势显著,这一时期我国北方沙尘暴发生频数在减少中有回升趋势。研究结果表明,植被覆盖度是影响中国北方沙尘暴频次变化的重要因素。     

小流域土壤水蚀强度生态预测模型及实验模拟——以神木六道沟流域为例

本文以黄土高原陕北神木六道沟流域为例,综合考虑土壤侵蚀发生的主要下垫面因素和土地利用类型,在GIS平台上,进行制图综合生成284个不同的生态单元个体,这些单元体可以划分成83类,而较为重要的有16类,分析、计算了各主要生态单元类型的侵蚀模数;再通过全流域各类生态单元侵蚀模数的组合,模拟了全流域在雨强为2 mm/min和1.5 mm/min的场降雨土壤水蚀模数。模拟结果显示,该方法能预测不同雨强的流域土壤水蚀模数,能体现出流域土壤水蚀强度的空间差异,推得六道沟流域土壤水蚀的严重地段集中在坡度为15°~25°的荒草地、坡地和稀疏灌木草地,而并非是整个流域,这为我们有目的地规划水土保持措施提供了依据。     

坡面径流携氮素流失的多要素影响效应研究

为研究坡面氮素的流失特征,探索植被覆盖度、坡长和不同施肥处理对全氮(TN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)流失的影响,选定不同植被覆盖度(0%,15%,30%,45%,60%,75%,90%)、不同坡长(3,4,5 m)和不同施肥处理(空白(CK),无机复合肥(CF))作为可变因素,在红壤坡面上进行室内人工模拟降雨试验。结果表明:随着植被覆盖度的增大,不同坡长坡面径流中各形态氮素的平均流失浓度均大致呈现上升趋势,不同坡长间各形态氮素平均流失浓度的总体规律为5 m 3 m 4 m。TN和NO_3~--N的总流失量随着植被覆盖度的增大而减少,而NH_4~+-N的总流失量没有明显变化规律。在等坡长差的情况下,5 m与4 m坡长间的各形态氮素流失量的增幅大于4 m与3 m间的。径流中氮素的流失以可溶态氮为主,而NO_3~--N是径流中氮素流失的主要形态。施用无机复合肥会使径流中各形态氮素的总流失量明显提高,其中NO_3~--N流失量占TN流失量的比例上升,NH_4~+-N比例下降。径流中各形态氮素的总流失量与植被覆盖度、坡长都达到了极显著相关水平,总体来说是NO_3~--N TN NH_4~+-N、植被覆盖度坡长。植被覆盖度和坡长对径流中各形态氮素总流失量的综合影响分别可以用线性相关方程进行描述,显著性依次为TN NO_3~--N NH_4~+-N。     

基于转移矩阵的覆被变化对城市雨洪影响分析

城市化进程的加快改变了地表覆被的时空分布特征,为探求地表覆被时空分布对城市雨洪的影响作用,以南京市主城区为对象,根据遥感影像资料与实测降雨数据,利用GIS空间分析技术,基于马尔柯夫转移矩阵分析了南京市主城区地表覆被空间格局的分布变化,建立了地表覆被时空变化影响下的南京市主城区雨洪模型,模拟分析了南京市主城区范围内城市地表覆被的空间分布格局变化对城市地表产流量、局部节点水量等的影响。研究结果表明:径流系数与地表覆被面积年际变化呈负相关,地表径流、最终地表蓄水与区域地表覆被覆盖面积成正相关。地表植被的空间分布格局对雨洪影响关系密切,局部节点汇水区植被覆盖率上升36.13%,区域产流量可以减少28.47%。地表覆被空间分布的不均匀是造成城市区域地表局部淹水的因素之一;地表覆被对城市雨洪产生的洪流水量形成具有一定的减缓、推后、延迟作用,同时可以接受、蓄积降雨产生的地表积水。     

长白山火山泥石流分布影响因子权重分析

利用层次分析法对长白山天池火山泥石流分布影响因子的权重进行了分析。将对长白山天池火山泥石流分布影响作为评价目标,将地质条件、地形地貌以及植被覆盖情况作为第一层次的评价因子,地层年代、地层岩性、风化程度、堆积厚度、高程、相对高差、纵坡比、植被类型、覆盖程度作为第二层次的评价因子,由评价目标以及2个层次的评价因子构成了层次结构模型。通过层次结构模型建立了2个层次的4个判断矩阵,通过对判断矩阵的计算,最终得到了各因子对长白山火山泥石流分布影响的权重值。其中地形地貌中的相对高差及纵坡比对长白山火山泥石流分布的影响最大。     

基于随机森林算法的水土流失影响因子重要性分析

水土流失是诸多因素综合所致,确定水土流失因子的重要性具有重要意义。本文以福建省为例,利用土壤侵蚀强度等级数据及导致水土流失的年侵蚀降雨量、土壤类型、坡度、坡长、植被覆盖度及土地利用类型等数据,引入随机森林算法,提出通过平均精确率减少值(MDA)和平均不纯度减少值(MDG)归一化相加的方法确定要素重要性,并与MDA和MDG排序赋值相加的方法进行对比。结果表明:随机森林算法适用于水土流失影响因子重要性分析;归一化相加法对因子重要性的表征效果较好,优于排序赋值相加法,不仅能判别因子的相对重要性,还可定量表达因子间差异的显著性;在所分析的六个要素中,植被覆盖度最为重要,地形特征次之,而土壤类型对是否发生水土流失重要性影响较弱,与已有的实验和研究结果吻合,结果合理。在判断无流失与其它流失等级间关系时,植被覆盖度的重要性具有很大的优势,量级上是第二位的2倍以上。     

中巴公路盖孜河段降雨型泥石流的激发雨型及临界阈值研究

目前针对新疆南疆干旱少雨地区降雨型泥石流的研究较为薄弱,开展泥石流发生的激发雨型和临界阈值研究具有重要理论意义和应用价值。以中巴公路盖孜河段为研究区,分析降雨型泥石流发生的降雨过程数据,探讨泥石流的激发雨型及激发雨量特征,建立研究区降雨型泥石流发生的临界降雨阈值。研究表明:(1)研究区降雨型泥石流的激发雨型包括快速、中速和慢速3个类型,这三种降雨历时的泥石流分别约占总数的64.3%、14.3%和21.4%,说明短历时的降雨更容易激发泥石流;(2)研究区降雨历时和诱发泥石流所需的平均雨强之间呈反比例关系,但降雨历时与泥石流发生所需的累计降雨之间是正比例关系;(3)利用有限的泥石流降雨过程数据拟合出降雨阈值函数,并对研究区无降雨资料区发生泥石流所需的激发雨量指标进行了合理预测。研究成果可为中巴公路沿线泥石流预警中降雨阈值确定提供基础数据,也可为新疆干旱地区的降雨型泥石流预警预报研究提供参考依据。     

降雨条件下坡面细沟侵蚀模型及临界坡度研究

分析了坡面侵蚀影响因素,采用水力学计算公式,建立降雨条件下,坡面细沟侵蚀模型。对坡面松散颗粒启动和土块启动进行分析,得出了坡面侵蚀临界水深条件。并对侵蚀速率及其影响因素进行探讨,得出当侵蚀速率大于零时,坡面侵蚀能力随着坡度的增大而增大,当侵蚀速率小于零时,坡面抗侵蚀能力随着坡度的增大先增大后减小,存在一个临界坡度θ_m,临界坡度一般在7°~24°之间,受内摩擦角的影响显著,随着内摩擦角的增大而增大。同时,基于侵蚀速率、侵蚀方式和临界坡度,将坡面划分为强烈侵蚀区、稳定侵蚀区和弱侵蚀区三个阶段,从力学的角度,揭示了坡面演化过程中的一些现象。     

三江源区草地参照覆盖度提取及草地退化研究

发展了一种基于遥感的参照覆盖度提取及草地退化评价研究的方法。以三江源区为研究区,利用1981-2006年8 km×8 km空间分辨率的逐旬NOAA AVHRR NDVI数据、植被类型图、土壤类型图、DEM及生长季气象数据,依据植被、土壤、高程、生长季累积降水和积温5种因子,将三江源区划分为768个生态单元,每个生态单元具有相似的生长条件。提取每个生态单元范围所覆盖栅格具有的最大植被覆盖度作为参照植被覆盖度,将其他年份的植被覆盖度与之比较,得到该年份草地退化情况。这种方法可以在一定程度上解决目前大范围草地退化评估过程中面临的缺乏参照系统及遥感数据应用误区等问题。结果显示,三江源草地退化格局在1980年代之前已经基本形成,之后草地退化情势没有大的发展。而进入2000年后,草地退化趋势得到了初步遏制,但退化形势依然严峻。各县退化严重程度不一,相比而言西部各县较东部各县草地退化更为严重。该结果与三江源草地退化状况基本符合。     

黄土高原降雨径流调控利用潜力定量评价模型

降雨径流的调控利用是缓解黄土高原干旱缺水与控制水土流失的有效手段,研究区域降雨径流调控利用潜力的定量评价对黄土高原降雨径流合理利用的宏观决策与规划设计具有重要意义.以黄土高原为例,将可以调控利用的最大降雨径流量作为资源化潜力值,从宏观尺度上,系统分析了影响该潜力的各个因素,确定出黄土高原降雨径流调控利用潜力的各项评价指标,利用GIS技术,建立了降雨径流各个影响因素的专题图层,提取出各个影响因素专题信息.在上述基础上,引入人工神经网络建模方法,建立了黄土高原降雨径流调控利用潜力BP网络模型,并利用实际资料对网络模型进行了训练和预测,取得了较好的结果.评价模型可供黄土高原降雨径流调控利用及其生态与环境保护工作参考.     

基于混合Copula模型的灾害相关结构分析——以内蒙古中部强沙尘暴为例

为解决自然灾害发生频率评估中的偏差问题,利用内蒙古中部强沙尘区的植被返青期和春季大风事件资料,构建了单一类型和多类型混合的Copula函数模型,对比了拟合精度并进行了相关结构的分析,通过计算极端灾害事件对应的各变量的尾部阈值,评估了变量的尾部风险。结果表明:混合Copula函数比单一Copula函数更适合于构建两个特征变量的联合分布模型;两个特征变量具有非对称的尾部关系,且极端下尾有较强的正相关关系,出现极端低值时,两者具有更高的相关性;植被返青期早于90d和春季大风事件小于9次,以及植被返青期晚于223d和春季大风事件大于100次时,两个特征变量有较高的正相关关系,当两者同时取得尾部阈值时,发生强沙尘暴可能性更高。因此利用混合Copula函数能够有效提高灾害特征变量相关结构模型的拟合优度,改善灾害发生频率评估精度。     

浅析吊罗山滑坡诱发因素及影响机理

边坡的失稳受到降雨、植被等因素的影响。以2010年海南吊罗山滑坡实例为研究对象,从气候和植被的角度出发,考虑雨水渗流和植被破坏的影响;通过数值计算和三轴试验,分析了吊罗山滑坡的诱发原因及影响机理。研究发现:吊罗山湿热交替气候的降雨蒸发作用使红粘土出现缩胀性裂缝,以及山坡原有热带雨林被破坏后改种槟榔树,是滑坡发生的两个主要原因。