黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙计算方法研究

依靠20世纪后期遥感影像数据、过去近60a的实测水文和气象数据、黄河水沙变化现有研究成果等,引入产沙系数和基于遥感影像的林草植被覆盖率概念,提出基于遥感数据、可支持大空间尺度计算的黄土丘陵区林草植被减沙量评价模型,并给出模型应用中几个关键问题的处理方法。分析认为,在林草植被覆盖率小于35%~40%的范围内,改善林草的减沙效果非常明显;林草植被覆盖率达60%以后减沙效果趋于稳定,雨强对产沙的影响权重亦不再明显。     

黄土丘陵沟壑区水平梯田减沙作用研究

黄土高原水平梯田的减沙作用很可能一直被低估。本文分析了梯田对坡沟产水产沙的调控机制,认为水平梯田不仅可大幅减少自身产沙量,而且还可截留上方来沙,并通过减少坡面径流下沟实现沟谷减沙;有埂水平梯田对流域的减沙潜力可达65%~90%。基于黄土丘陵沟壑区第三和第五副区不同时期的实测数据,分析了多年平均降雨情况下不同规模水平梯田对流域的减沙作用;引入梯田比和减沙幅度的概念,构建了不同规模水平梯田与减沙幅度的关系式,可用于大空间尺度上水平梯田减沙作用的定量评价。分析认为,在梯田比5%~30%范围内,梯田比几乎与减沙幅度成正比;当梯田比大于35%~40%后,其减沙作用基本稳定在90%左右。水平梯田对洪水含沙量的削减作用不明显,对雨强的产沙响应不敏感。     

黄土丘陵沟壑区坡改梯土壤质量效应研究

黄土丘陵沟壑区水土流失严重,严峻的自然条件和不合理的耕作模式对土壤质量造成了巨大的破坏,严重影响粮食产能的提高。以甘肃省庆阳市华池县坡改梯项目为例,研究了该项目实施1,3,5 a及10 a后,土壤物理、化学和生物性质的变化情况。结果表明,坡改梯工程实施对土壤质量影响显著。在实施坡改梯1 a后,受土壤推翻和水土流失影响,土壤质量并未呈现出明显的提高,而随着坡改梯年限的延长,土壤质量显著提高。在坡改梯实施10 a后,土壤水稳性团聚体较坡耕地高出108.45%,土壤的结构破坏率较坡耕地降低了21.67%;全氮、有机质及有机碳分别较坡耕地提高了144.68%,155.35%以及104.23%,有效磷和速效钾含量较坡耕地提高了125.65%及56.42%;土壤微生物量碳、微生物量氮及有机碳含量较坡耕地分别提高了95.16%,83.32%以及2.90%。土壤呼吸强度与坡改梯年限之间表现为显著的正相关关系,在坡改梯10 a后较坡耕地增幅达90.10%。土壤理化特性和生物性特性均得到了显著改善,土壤抗蚀性能得到显著提高。     

黄土丘陵沟壑区典型流域土地利用覆被变化的径流调节效应

基于动力水文过程测定技术和景观生态学测度方法,分析了黄土丘陵沟壑区罗玉沟流域土地利用/覆被变化的径流调节效应。结果表明：由森林植被增加与坡改梯的耕作措施调整共同引起的土地利用/覆被变化,对径流有显著的调节作用。无论场暴雨、雨季及年尺度,土地利用结构优化及森林植被覆盖增加,均使流域产流能力降低。罗玉沟流域土地利用后期在丰、平和枯水年径流系数比前期分别减少约51％、85％和84％;在剔除降水量的影响,通过相同降水条件径流系数的预测,后期较前期在丰、平、枯水年均减少约63％。土地利用覆被对流域径流的影响表现为季节性,且土地利用结构优化,场暴雨洪峰流量呈减小的规律。相对于森林植被增加和坡改梯耕作措施调整,前者对流域产流能力的影响大于后者,但对于山区土地整理与生态修复政策,二者共同实施才可促进土地资源的可持续利用。     

黄土丘陵沟壑区典型流域产沙的降雨阈值变化

2000年以来,随着黄土高原林草植被大幅改善和大规模梯田建成,加之坝库拦截,黄土高原入黄沙量锐减,从而使黄土高原现状产沙情势的认知成为近年关注的热点。目前,增大林草和梯田覆盖状况可减少或遏制侵蚀产沙的观点已被广泛认可,但其在流域层面上的减沙机制仍有待深入认识。本文以黄土丘陵沟壑区30条面积较小的流域作为样本,以场次降雨为分析对象,以场次降雨的面雨量、最大1 h降雨量和降雨侵蚀力为降雨指标,以场次降雨的产沙强度≥500 t/km2为流域产沙的判断标准,探讨了林草梯田覆盖程度变化与可致流域产沙的降雨阈值之间的响应关系。研究表明,无论地貌类型如何,随着流域林草梯田覆盖程度的增大,流域产沙的降雨阈值均明显增加,其中黄土丘陵第1—3副区的降雨阈值与林草梯田有效覆盖率之间呈正向的指数函数关系。在相同下垫面下,黄土丘陵第1—3副区的降雨阈值差别很小;或因植被主要分布在梁茆,或因河道产沙占比较大,因此,砒砂岩区、黄土残塬区和黄土丘陵第5副区更易产沙,其降雨阈值明显小于第1—3副区。本成果不仅为诠释林草梯田减沙的机制提供了科学支撑,而且也可为黄河水沙情势的评价和入黄沙量预报提供重要参考。     

半干旱黄土丘陵沟壑区不同土地利用坡面的降雨侵蚀特征

为揭示半干旱黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式的坡面侵蚀特征及水土保持效益,基于海原县树台水保试验监测站2010-2019年径流小区观测数据,分析不同雨型、坡度条件下,耕地、草地、灌木林地、乔木林地以及对照组裸坡五种土地利用坡面的径流深和土壤流失量。结果显示：不同土地利用方式的径流小区产流产沙对雨型和坡度的响应存在差异;与裸坡相比,其他土地利用方式坡面均具有较好的减水减沙效益,且减沙效益明显大于减流效益;减流减沙效益总体林地最优,草地次之,耕地最差。径流深和土壤流失量具有显著正相关,调控径流可有效控制产沙。雨强是影响坡面产流产沙最显著的降雨指标,土地利用方式是影响坡面产沙的主控因子,坡度则对产流和产沙影响相对较小。     

内蒙古西柳沟流域黄土丘陵沟壑区坝系工程规划及减沙效益分析

针对鄂尔多斯十大孔兑之一西柳沟的水沙危害现状，提出了流域内丘陵沟壑区坝系工程规划，并进行了减沙效益分析。     

植被恢复边坡土壤抗蚀性及其影响因子耦合协调分析

为了给边坡植被恢复设计等提供参考和技术支撑,基于内江市境内公路边坡经0、5、7、15、20 a植被恢复的样地野外调查资料,以土壤颗粒(团聚体)平均质量直径和水稳性指数为土壤抗蚀性指标,以土壤粒径≥0.25 mm的大团聚体含量、容重、有机质含量、碱解氮含量、速效磷含量、速效钾含量等6个土壤理化性质指标为土壤抗蚀性影响因子,采用主成分分析、耦合协调度分析等方法,探究不同植被恢复年限的边坡土壤抗蚀性与其影响因子的耦合协调关系,得到以下主要结论：1)不同植被恢复年限的土壤抗蚀性指标及其影响因子具有显著差异,随着植被恢复年限的延长,土壤大团聚体含量和养分含量呈增加趋势,土壤容重呈减小趋势,土壤抗蚀性呈增强趋势;2)碱解氮含量、有机质含量、速效磷含量、大团聚体含量、容重是不同植被恢复年限土壤抗蚀性的主要影响因子;3)土壤理化性质指标中,化学指标(速效磷含量、碱解氮含量、有机质含量、速效钾含量)对土壤抗蚀性的影响大于物理指标(大团聚体含量、容重)的影响,进行植被护坡设计时应当注重有机质和速效肥料的保持;4)土壤理化性质指标与土壤抗蚀性指标的耦合协调度随植被恢复年限的延长而提高,植被恢复15 a时二者...     

高填方涵洞减载的时间效应研究

通过减载措施减小高填方涵洞涵顶垂直土压力,以减轻涵洞结构病害,在实际工程中已得到应用。目前对于高填方涵洞减载措施的研究较多,然而对采取减载措施后涵洞工作性状的时间效应研究很少。通过分析高填方涵洞减载措施的减载机理,根据减载材料、填土蠕变模型,建立了高填方涵洞工作性状时间效应的理论模型,分析了高填方减载涵洞工作性状的时间效应,并推得了能够考虑时间因素的涵顶垂直土压力计算式。此外,通过建立数值模型,得出了减载材料、填土、涵洞之间的位移特征和涵洞受力特征随时间的变化规律,针对不考虑材料蠕变性质、只考虑减载材料蠕变性质以及同时考虑减载材和填土蠕变性质三种情况分别进行了分析。将数值模拟结果与理论结果进行对比,验证了理论模型的正确性。     

黄河流域多沙粗沙区植被覆盖变化与减水减沙效益分析

通过遥感手段和数字流域模型,研究了黄河流域多沙粗沙区近10来年的植被覆盖变化及其减水减沙效益。研究表明,多沙粗沙区90年代末期与80年代末期相比,植被覆盖度增加区域大约占50%,植被覆盖度没变化区域约占48%。植被覆盖度的变化导致了流域水沙条件的变化,90年代末期植被覆盖条件下,植被措施的减水减沙百分比不高;不同的降雨过程,植被措施的减水减沙效益有一定的差别;从不同降雨过程多年平均看,近10来年植被措施年均减水2.63亿m3,减沙1.13亿t,减水减沙比为2.75,即减1亿t沙的同时减水2.75亿m3,减水百分比为7.61,减沙百分比为10.56,减沙效益大于减水效益。     

模拟降雨条件下黄土区边坡植物护坡效应

为研究寒旱环境下草本和灌木植物固土护坡作用,以西宁盆地作为研究区,采用野外模拟降雨试验装置,分别对自建试验区草本植物垂穗披碱草和细茎冰草、灌木植物柠条锦鸡儿和霸王以及裸坡开展模拟降雨试验。试验结果表明:在降雨强度为35 mm/h、降雨历时为90 min时,裸坡坡面单位面积累计产流量与累计产沙量均相对较大,分别为4 816.52 m L/m2、30.10 g/m2,霸王与柠条锦鸡儿边坡的分别为4 082.79 m L/m2、18.58 g/m2与4 329.01 m L/m2、21.70 g/m2,垂穗披碱草与细茎冰草边坡的分别为3 693.18 m L/m2、13.92 g/m2与3 469.35 m L/m2、10.20 g/m2;裸坡雷诺数(平均值为132)与弗劳德数(平均值为0.11)比灌木与草本植物边坡的大,反映了裸坡坡面水流侵蚀现象最严重;草本植物边坡阻力系数比灌木边坡的大,说明草本阻滞坡面径流作用比灌木的大。     

黄土高原水蚀沟谷发育阶段研究

进行沟谷发育阶段研究，可以掌握沟谷侵蚀规律，从而可以认清沟壑进一步发展的规律、更好地治理水土流失。选取黄土塬区和沟壑区典型沟谷，通过对地形图的分析处理，勾勒出流域分界线，运用面积一高程曲线积分法对沟谷进行了侵蚀阶段划分，结果发现：黄土塬区沟谷发育普遍处于未均衡的幼年期，沟壑区沟谷发育普遍处于均衡的壮年期。在沟谷治理时，黄土塬区应注莺治理沟头、坡面和沟底；而沟壑区则应注重对沟头的防治，同时不能放松对边坡侵蚀和沟底下切的防治。     

黄土高原沟道坝系建设问题的探讨

近几年来，黄土高原坝系建设的主要问题是集中投入不够，因而使坝系建设力度呈逐年下降趋势，在“十五”之初新启动的黄河生态工程建设项目中，仍缺乏沟道坝系工程建设的实施安排及要求，影响沟道坝系工程实施的原因是：（1）各方面重视不够；（2）实施过程存在一定阻力；（3）缺乏计划监督管理；（4）缺乏一套稳定的建设保证机制。     

山地水平沟在黄土高原水土保持中的作用

通过近10年来在黄土高原地区的定点试验和示范,山地水平沟已在陕、甘、宁、蒙、晋等省区大面积推广。试验、调查结果表明,山地水平沟种植具有拦截径流,防止水土流失,提高土壤肥力,增强作物抗旱、御寒能力等多项功能。在年均坡面径流深12mm 的情况下,每公顷水平沟耕地可有效减少水、土流失1300m~3 和650t。由于水平沟种植是将种、肥同播于沟底稳墒层,人为地为作物生长建立了营养供应层,水、肥供应较为充分,作物产量较一般坡耕地提高35%～300%。     

黄土高原沟道坝系模型设计实例与验证

首先根据天然小流域特点概化出原型条件,然后按照黄土高原沟道坝系模型设计方法,设计和制作出几何比尺分别为240及960的两座模型,并通过原型资料及预备试验修正了产沙量比尺。最后,利用较大模型的试验结果对较小模型进行验证,表明提出的黄土高原沟道坝系模型设计思路及以原型和模型的产沙量之比作为产沙量比尺的方法是合理的。     

不同年型控灌中蓄稻田水分变化特征分析研究

控灌中蓄是在控制灌溉(排水)技术和蓄雨型节水灌溉技术的基础上,依据南方地区稻植期雨量多而发展起来的一种节水灌溉制度。本文从不同年型稻田各水分要素在田间的分布和变化情况入手,通过比较控灌中蓄和常规灌溉模式下有效降雨量、灌溉用水量、水稻需水量、田间耗水量、稻田排水量之间的差异,掌握不同年型水稻生育期田间水分分布和变化规律。通过对水稻不同年型田间灌溉以及对降雨的利用情况进行分析,比较水稻控灌中蓄和常规灌排模式下水稻需水量之间的差异,探索水分利用效率之间差异的根源,阐明控灌中蓄生态节水灌溉模式的节水机理,旨在为节水灌溉技术下土壤水分管理和调控提供依据。     

不同类型复合湿地对处理滏阳河水的影响

以河北邯郸滏阳河水为例,构建两组不同类型的人工湿地来处理城市污水,探究适合华北地区处理城市污水的人工湿地类型。经由实验测定结果显示,复合型人工湿地对污水处理效果较好,两组人工湿地对TN、TP、浊度、CODMn的去除率分别为41%、96%、92%、57%和27%、89%、88%、44%。基质填料限制了湿地对污染物的去除,建议采用沸石、煤渣或者组合基质,以增加湿地污染物去除效果。此外,植物的选择也影响着湿地对污染物的去除效果。     

2001—2017年黄土高原实际蒸散发的时空格局

为了给全面评估黄土高原地区大规模实施退耕还林还草的生态效应提供依据,基于NASA发布的空间分辨率为500 m的MOD16A2蒸散发数据产品,分析了黄土高原以及黄河中游典型流域2001—2017年实际蒸散发量时空变化特征。结果表明:黄土高原年均实际蒸散发量从西北向东南递增,多年平均季节蒸散发量空间分布格局与年平均蒸散发量分布格局基本一致,季节蒸散发量由大到小顺序为夏季>秋季>春季>冬季;实施退耕还林还草工程以来,黄土高原年均蒸散发量以8.23 mm/a的速率显著增加,多年平均蒸散发量为278.71 mm;黄河中游各典型支流2001—2017年蒸散发量均呈现增加的趋势,延河流域增速最大(为12.96 mm/a),皇甫川流域增速最小(为4.34 mm/a);不同流域实际蒸散发量差异较大,渭河干流年均蒸散发量最大(为388.26 mm),皇甫川流域年均蒸散发量最小(为153.71 mm)。     

南小河沟流域侵蚀沟道特征研究

为探索高塬沟壑区侵蚀沟道特征与治理措施布局之间的数量关系,采用地貌几何定量数学模型和沟道形态特征分析方法,对南小河沟流域沟道级别、沟道形态特征(开析度、地面割裂度和主支沟系数)及其适宜的治沟措施进行了研究。结果表明:南小河沟沟道可分为3级,主支沟状况可分为支沟型和主沟型两种,沟道开析度可分为半开析型、开析型、深切型3种,割裂度有强、中、弱3种,流域内实际存在9种不同级别、不同类型的组合类型。Ⅰ级沟道是治沟措施布设的重点区域,Ⅱ级沟道仅有谷坊分布,Ⅲ级沟道仅有治沟骨干坝分布。     

Temporal and Spatial Assessment of Supply and Demand of the Water-yield Ecosystem Service for Water Scarcity Management in Arid to Semi-arid Ecosystems

Water scarcity is one of the problems affecting people’s livelihoods in arid and semi-arid areas, requiring a sustainable balance between water demands and water resources. This study was carried out to assess temporal and spatial distribution of water supply and demand in order to help managers to overcome water scarcity in Jiroft basin, southeastern Iran. Spatial supply and demand of water were mapped and standardized rainfall index (SPI) was used to assess drought for a 20 years period (1994–2014). Supply and demand of water were matched in 23% of the basin area, mostly concentrated in the cold zones. Water supply was reduced up to 80% during dry years, declining water supply-demand matching to 5% of the basin area. Shrub-grass rangelands and deciduous woodlands were the most valuable land covers for conservation with $ 1,100 and $ 936 per hectare water prices respectively. Water value dropped more than 72% in mismanaged ecosystems (p?<?0.01). Our finding showed that water supply-demand ratio can be used as a proxy of ecosystem health and water-yield, which can provide a good information for water resources managers to reduce the threats of water scarcity in arid and semi-arid regions.