植被对小流域汇流及侵蚀产沙影响研究
应用USLE模型与地理信息系统IDRISI预测小流域土壤侵蚀量的研究
应用USLE模型与地理信息系统IDRISI预测小流域土壤侵蚀量的研究一、本文概述本文旨在探讨应用通用土壤流失方程（USLE）模型与地理信息系统（GIS）工具IDRISI在预测小流域土壤侵蚀量方面的应用。
土壤侵蚀是一个全球性的环境问题，它不仅导致土地资源的退化，还影响生态系统的稳定和水资源的可持续利用。
因此，准确预测和评估土壤侵蚀量对于制定有效的土壤和水资源管理措施至关重要。
USLE模型是一种基于物理过程的土壤侵蚀预测模型，它能够根据地形、气候、土壤、植被覆盖等因素计算潜在土壤侵蚀量。
而IDRISI 作为一款强大的GIS软件，提供了丰富的空间分析工具和模型，能够有效地处理和分析地理数据，提高土壤侵蚀预测的精度和效率。
本研究将首先介绍USLE模型的基本原理和参数设置，然后阐述如何利用IDRISI进行数据处理和空间分析，包括地形因子的提取、气候和土壤数据的整合、植被覆盖度的计算等。
在此基础上，将构建基于USLE模型和IDRISI的土壤侵蚀预测模型，并对某一具体小流域进行实证研究，验证模型的有效性和实用性。
通过本研究，期望能够为小流域土壤侵蚀的预测和管理提供科学依据和技术支持，促进土地资源的可持续利用和生态环境的改善。
也期望通过这一研究，能够推动USLE模型和GIS技术在土壤侵蚀领域的更广泛应用和深入发展。
二、USLE模型理论基础土壤流失方程（Universal Soil Loss Equation，简称USLE）是由美国农业部于20世纪60年代开发的，用于预测和评估由于降雨和径流引起的土壤侵蚀量的经验模型。
USLE模型自推出以来，在全球范围内得到了广泛应用，并被认为是评估土壤侵蚀风险、制定水土保持措施和进行流域管理的重要工具。
USLE模型基于土壤侵蚀的物理过程，将土壤侵蚀量（A）表示为降雨侵蚀力（R）、土壤可蚀性（K）、坡度长度和坡度（LS）、植被覆盖和管理因子（C）以及水土保持措施因子（P）的函数。
黄土高原典型区降雨植被耦合对侵蚀产沙影响的临界研究
十分复杂。降雨植被耦合对侵蚀产沙影响的研究是地 峰 区 的南 小河 沟流 域 。南 小河沟 系 泾河 支 流蒲 河 左 岸 地理 位 置为 １ ０ ７ 。 ３ ７ Ｅ 、 ３ ５ 。 ４ ２ Ｎ， 海拔 １ ０ ５ Ｏ 一 表 过程 领域 重要 的科 研 内容 ， 目前 我 国许 多 学 者 开 展 的沟道 ，
项 目（ １ ４ Ｂ ５ ７ ０ ０ ０ ５ ） ； 黄河水 利职业 技术学 院科研 基金 项 目
（ ２ Ｏ ｌ ３ Ｋ ） （ Ｊ Ｓ ｏ ０ ５， ２ ０ １ ３ Ｋ Ｘ Ｊ Ｓ ０ ０ ６ ） ‘
产 流 降雨 ３ １ ０次 。牧 草 品 种 主要 为 紫 花 苜 蓿 和 草 木 樨 。观 测 时 ， 人 工草 场 、 自然 草场径 流场 记载 每 次 降雨
［ 基金项 目］水利部黄土高原水土流失过程与控制 重点实验 室开放课题 基金资助项 目（ ２ ０ １ ２ ０ ５） ； 河南省教育厅 自然科学研 究计划
１ ９ ６ ３年 布设 的 ７个 人 工 牧 草 径 流 场 以 及 １ ９ ５ ７ －１ ９ ８ ６
年观测 时 间最 长 的李 家 台人 工 牧 草径 流场 ， 总 计 发 生
［ ７ ］周 丰 ， 彭小 多 ， 李玉来． 下 凹式 绿地对城市 雨水径 流和汇流 的影响 ［ ｊ ］ ． 东北水利水 电， ２ ０ ０ ７ （ １ ０ ） ： １ ０—１ １ ． ［ ８ ］晋存 田， 赵树旗 ， 闫 肖丽 ， 等． 透水 砖和 下 凹式 绿地 对城 市
降雨 、 植被、 土壤 、 坡度等是影 响土壤侵蚀 的重要 因子 。坡度 、 土壤物理性状是长期地质作用形成 的， 不
１ 研 究 区概 况 、 数 据来 源和研 究 方法
． １ 研 究 区 概 况 易改变 ， 而被覆度和降雨在空间和时间上却有较大 的 １ 西 峰水土 保持 科学 试验 站径 流 场布 设 于 庆 阳市 西 变化 ， 且 由于植被 的存 在 ， 使 得 降雨 和侵 蚀 之 间 的关 系
不同植物措施对南方红壤丘陵坡地地表径流系数和产沙量的影响
安徽农学通报，Anhui Agri.Sci.Bull.2018，24（22）不同植物措施对南方红壤丘陵坡地地表径流系数和产沙量的影响陈海生（浙江同济科技职业学院，浙江杭州311231）摘要：采用野外径流小区实验，以自然裸露坡地为对照，利用2016年安吉县山湖塘综合观测场的降雨和土壤侵蚀过程数据，研究不同植物措施对降雨条件下红壤坡面产沙量和地表径流系数的影响。
结果表明，在各种植物措施中，竹子保留地被小区的水土保持效果最好、最稳定，其次是竹子全面抚育小区，最差的是落叶经济林全面抚育小区。
关键词：植物措施；红壤丘陵坡地；径流系数；产沙量中图分类号S157文献标识码A文章编号1007-7731（2018）22-0071-02坡面产流是指坡面上降雨和下垫面综合作用产生径流的过程。
南方丘陵区红壤坡地降雨强度较大，土壤抗侵蚀不足，再加上人类过度开发造成的植被破坏，水土流失现象日益严重。
丘陵坡地中植物具有蓄水保土、截留降水、减少地表径流、拦截泥沙等方面的作用。
许多研究表明，植物措施能较好地调控南方红壤区坡面地表径流和土壤侵蚀。
例如，梁娟珠在福建省长汀县的研究［1］认为，不同植被措施下坡面产流产沙分异规律明显，相对于裸地，盖度高的乔灌草、灌草、草本等措施的水土流失量最小，水土保持效果最为明显；黄鹏飞等在江西的研究［2］认为，不同植物措施对坡面年总径流深的消减效果，其中以柑橘加百喜草全园覆盖措施最好，其次为柑橘加百喜草带措施，柑橘纯林最差。
本研究以安吉县山湖塘综合观测场标准径流小区为单元，研究在天然降雨条件下不同植物措施对南方丘陵区红壤坡地的水土保持效应，为该区域采取合适的植物措施用于控制土壤侵蚀提供依据。
1材料与方法1.1自然概况安吉县山湖塘综合观测场属于太湖流域，地理坐标为东经119°34′00″，北纬30°37′00″。
观测场建立在安吉水土保持科技示范园区内，位于递铺镇净土社区，距中心城区8km。
土壤侵蚀模型研究综述.
土壤侵蚀模型研究综述周正朝上官周平(中国科学院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 ,712100, 陕西杨凌摘要近年来 , 人们对土壤水蚀形成过程及其模拟进行了广泛研究 , 并针对不同研究对象与目的 , 建立了土壤水蚀的经验预报模型、物理过程模型和分布式模型。
在对国内外一些主要的土壤水蚀模型进行评述的基础上 , 讨论土壤侵蚀模型研究与 GIS 技术和 BP 神经网络理论结合的发展趋势 , 同时结合土壤水蚀模型的开发和应用情况 , 提出了土壤侵蚀预报模型研究亟待解决的一些问题和我国土壤侵蚀预报模型研究的设想。
关键词土壤侵蚀 ; 模型 ; 预报 ; 参数收稿日期 :200309修回日期 :1016项目名称 :国家 973项目 (2002C B111502 ; 教育部博士点专项科研基金(20030712001作者简介 :周正朝 (1980—, 男 , 研究生。
主要从事植物生态与水土保持方向研究。
E 2mail :eco @ms. iswc. ac. cn 3刘宝元等 . 中国土壤侵蚀预报模型研究 . 第 12届国际水土保持大会 , 北京 ,2002土壤侵蚀预报模型的研发 , 是土壤和地理学科的前沿领域 , 也是引导和集成土壤侵蚀试验研究、促进土壤侵蚀和水土保持科研定量化的重要手段。
近 30年来 , 各国都投入了大量的人力和物力 , 研发土壤侵蚀预报模型 , 并取得了长足的进展。
根据模型建立的途径和模拟过程 , 模型通常可以分为经验模型、物理过程模型和分布式模型。
我们结合自己在黄土高原土壤侵蚀过程与预报方面的研究工作 , 对土壤水蚀过程模拟模型研究动态进行评述 ,提出了水蚀预报模型亟待解决的关键问题 , 以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立 , 为生态环境改善提供科学依据。
1经验模型 (Empirical Model111国外土壤侵蚀经验模型研究动态国外土壤侵蚀经验模型 , 主要以通用土壤流失方程 (Universal S oil Loss Equation ,US LE 和修正的通用土壤流失方程 (Reversed Universal S oil Loss Equa2tion ,RUS LE 为代表。
坡面径流与产沙量影响因素分析——以甘肃省定西安家沟流域为例
坡面径流与产沙量影响因素分析——以甘肃省定西安家沟流域为例曲富荣【摘要】以黄土丘陵沟壑区安家沟流域坡沟系统作为研究对象,采用多元线性回归与单因素方差分析了植被类型、坡度、降水平均强度、降水历时等因子对径流量与产沙量的影响.结果表明:不同植被类型条件下坡面径流量、产沙量的组间F检验值分别为3.873,3.930,均在0.05水平下差异显著;不同坡度的坡面径流量与产沙量的F检验值均大于1,径流量与产沙量均值存在差异;不同植被类型条件下径流量与产沙量的泊松相关系数R值均高于0.6(Sig.=0.00),二者存在显著相关关系,产沙量随径流量的增加而增加;不同植被类型下各影响因子与产沙量多元回归拟合度的R2均较高,说明各类因素可以较好地解释产沙量的变化,尤其天然草地相关性最大,R2值达到0.95并在0.05水平下显著.研究结果为黄土高原水土流失治理提供了一定理论参考.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2018(049)003【总页数】5页(P36-40)【关键词】径流量;产沙量;植被类型;黄土丘陵沟壑区;安家沟流域【作者】曲富荣【作者单位】甘肃省定西市水土保持科学研究所,甘肃定西743000【正文语种】中文【中图分类】S157黄土高原的水土流失问题严重制约了区域生态系统的有序发展，已成为该区域生态、经济、社会协调发展的瓶颈。
季节性降水集中、降水强度大、土质疏松、植被覆盖度低及人类活动负面干扰是黄土高原水土流失的主要原因[1-3]，特殊的地质条件与气候环境使得坡沟系统成为黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区侵蚀产沙的主要来源地[2]。
坡沟系统作为坡面与集水区的联系纽带，其侵蚀产沙问题受到众多研究者的关注。
坡沟系统的坡面径流及产沙特征研究是黄土高原地区生态环境治理的重要课题，目前坡面产流产沙试验研究更多地围绕植被[3]、坡度[4]、降水过程[5-7]等展开，但关于坡面径流与产沙量的多因素综合影响及环境解释贡献方面的研究依旧薄弱[6-7]，尤其是针对黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区典型区域的相关研究仍然不足[8-10]。
植被因素对无定河流域沙尘暴的影响及其侵蚀产沙意义
出 过 程 ， 因 为 风 成 沙 的 粒 度 要 比 黄 土 粗 得 多 ， 是 该
维普资讯 http://期 ０７ 月 ． ７ ２ 年１ ２ ０ ２
植 被 因素对 无定 河 流域 沙 尘暴 的影 响及 其 侵 蚀产沙意义 ＊
许炯心¨ 信 忠保 。
１ ．中 国科 学 院 地理 科 学 与 资源 研 究 所 ， 中 国科 学 院陆 地 水 循 环 与 地 表 过 程 重 点 实 验 室 ，北 京 １０ ０ ； ０ １ １
控制 流域 面 积 ２ ６ ２ ｍ ９ ６ ，流 域 位 于 毛 乌 素 沙 漠 南 ｋ 缘及 黄土 高原北 部 地 区 ，属 于 典 型 的风 沙 黄 土过 渡
带 和风力 水力 交替 作 用 带 ，水 力作 用 和 风 力作 用 均 较强 ，风 水两 相侵 蚀 产 沙作 用 对 于 流域 的产 沙 过程 特别 是粗 泥沙 的 产 沙过 程 起着 十分 重 要 的作 用 ． 流
沙 尘 暴 发 生 频 率 的 减 小 ． 沙 尘 暴 的 减 少 使 得 进 入 河 道 的 风 成 沙 数 量 减 少 ， 进 入 河 道 的 风 成 沙 数 量
减 少导 致 了悬沙 粒度 变细． 建 立 了无定 河悬 沙 中值 粒 径 与沙 尘暴 频率 Ｄ 、全流 域 汛期（ — ９月） ６ 面 平 均 雨量 Ｐ 、全 流域平 均 ＮＤＶＩ和 全 流 域 林 草 面 积 Ａｋ ４个 影 响 变 量 之 间 的 多元 回 归方 程 ， ｓ。 等 并对各 个影 响 变量 变化对 悬沙 粒 变 化 的贡 献 率进 行 了估 算． 按 照 贡献 率 的 大 小 ，各 个 影 响 变量 的 顺序如 下 ：（ ）林 草 面积 ；（ ）沙尘暴 频 率 ；（ ）ＮＤＶ ；（ ）汛 期 降雨量． １ ２ ３ Ｉ ４ 关键 词 植被 Ｎ Ｖ 指标 沙尘暴 水土保持 悬移质泥沙 Ｄ！ 无定河 黄土高原
流域产沙模型研究进展
基础 这一时期 ，在侵蚀预报方面最有影 响的是美
国 的 Ｗｉ ｈ ｉ 和 Ｓ ｉ ｓ ｍｅ ｒ ｃ ｅ ｍｔ 出 的估算 流 域 平 均产 沙 ｈ提 量 的数 学 模 型一 用 土壤 流失 方 程 （ Ｓ Ｅ ，此 方 通 ＵＬ ） 程 以 降 雨 因子 、坡 度 、坡 长 因 子 、土 壤 可 蚀 性 因 子 、作 物 管理 因子 和 土 壤保 持措 施 因子 的乘 积来 估 算 ，它是 用来 估算 多 年 年平 均 土壤 流 失量 的 。为 了 估 算 暴 雨 产 沙 量 ，Ｗｉｉ ｌａ ｌ ｍｓ（９５ １７ ）提 出 了 以径 流 因子 代 替 降 雨 因子 加 以修 正 的 通 用 土 壤 流 失 方 程
雨坡 面 土壤 流 失 的预 报方 程 ；吴 礼 福 （９ ６ １９ ）等 根 据观 测 资料 建立 的坡 面侵 蚀量 的 回归 方 程 。 张经 济 （ ９８ 以年 降 雨 量 、植 被 覆 盖 、治 理 程 度 及 河 网 １９ ）
（ Ｕ Ｌ ） ｏｓｎ（９ ５ Ｍ Ｓ Ｅ 。Ｊｈｏ １４ ）提出泥沙单位线 （ Ｓ ） ｔＧ ， Ｊ Ｗｉｉ ｓ（９５ ｌａ ｌ ｍ １７ ）提出瞬时泥沙单位线 （ Ｓ ） Ｉ Ｇ。 Ｕ
２ ０世纪 ４ 代 初 ，我 国开 始 对坡 面侵 蚀 进 行 ０年
础的物理过程模型；还有一类是随机模型。
者开始对侵蚀产沙进行定量研究 ，并力图对侵蚀做
出预报 ，直 到 ２ 纪 ６ ０世 ０年代 ，其研 究 基本 上仍 是
间的估算关 系 。Ｓ ｉ （９ １ ｍｔ １４ ）和 Ｂｏ ｎｎ １４ ） ｈ ｒ ｉ ｗ ｇ（９７
提 出 了一 些 单 因 子关 系式 ，Ｍｕｇａｅ （９７ ｓｒｖ １４ ）提 出 包 括 土壤 可蚀 性 因子 、覆 盖 因子 、坡 长 、坡 度 因子 和最 大 ３ ｎ降 雨量 的计算 公式 。虽然 这些 分 析相 ０ ｍｉ 对 简 单 ，但 为后来 的研 究工 作 指 明 了方 向 ，奠 定 了
黄土区林草植被对坡地产流产沙的影响
为了进一步探讨林草植被与流域径流和侵蚀产 沙之间的关系 ，为黄土区天然林保护工程和防护林
Ｉ２３ 流域径 流量 的测 定 ．．
设了 ７ 个量水堰 ，各个 量水堰 的测流断面由三角
收稿 日期 ：２ ０ － ０ ０ ５ ￣２ ０
・２ － ２
在流域内 ６ 个小支沟的出口和主沟分别修建布 形和矩形断面复合而成 ，降雨 洪水径流量及其过 程采用 日 产水研 ６ 型 自 ２ 计水位计记录水位 ，以水
征和量水堰编号见表 ２ 。
１２４ 流域 地形地 貌 特征 、土地 利 用现 状和 ．．
林 分类型 调查
囊２ 蔡寮川嵌套流域主沟殛其支沟的地形地貌特征
显然 ，场降雨产流产沙量与林分的盖度和枯落 ２ １ 坡面檀被对降雨径流和侵蚀产沙的影响 ． 物的厚度有关 。如 自然更新的次生林 ， 林分郁闭度 ２１１ 不同土地利 用类型径流小区的产流量与 ．． 为１ ，林下枯枝落叶丰富，不但可及时截 留降水 ， 而且可削弱到达地面的雨滴动能。所以产流量和产 产沙ｔ 利用 ２０ ２０ 年 ７ ９ ｏ２ ０８ 月份不同土地利用类 沙量较小。而果农复合经营模式，果树带虽整为水 型的径流小区降雨产流、产沙量的均值进行对 比分 平阶，但 由于作物带为坡地 ，由于侵蚀土体 向下运 析（ 见图 １。 ） 移，已形成连续坡面；且果树栽植密度小 。林下无 落叶、杂草，所 以在侵蚀性降雨特别是遇暴雨下 ， 人渗量少 ，极易 形成径流。与果农复合经营模式相 似的果园，有 比较好的拦蓄径流泥沙作用 ，是因为 摧 套 果园的果树带整地 为水平带 ，带宽 ５ ，似水平梯 ｍ 田，带间坡地虽有产流 ，但在果树带入渗 ，不易形 成径流。 一■ １ ■■２ 晕农 ＭＩ Ｉ 矗 ■于 钠格 夭■ 赢生＃ 田 １ 不同土地利用类型 坡面径漉小 区产流产沙对照 比较果农复合经营模式在两年的平均场降雨产 如图 ｌ 所示 ， 虎榛子灌木林和天然次生林 ， 场降 流产沙量发现 ，２０ 年较 ２０ 年明显减少 ，其 中 ０３ ０２ 雨径流量和泥沙量都较其他林分少 ， 以虎榛子灌木 原因在于果农复合经营模式整地质量不同。因此 ， 若 林的产流、 产沙各为 １则天然次生林分另 为 １３ 和 果农配置时应 以果树带为主，高质量工程整地，这 ， ４ ．４ Ｏ５．刺槐 １ ．７ 分别 为 ４５ 和 ２ ０ ，油松林为 ５９ 样就可起到保持水土、增加收入的双重功能 。 ．４ ．５ ．８ 和 ４ ４，果农复合经营模式为 ｌ．４ ３９。 ． ９ ７ １ 和 。６
近10年土壤侵蚀与水土保持研究进展
近10年土壤侵蚀与水土保持研究进展本期期刊速读内容来自《土壤学报》杂志2020年6月的文章《近十年土壤侵蚀与水土保持研究进展与展望》，作者史志华，刘前进，张含玉，王玲，黄萱，方怒放，岳紫健。
史志华，男，博士，教授，主要从事土壤侵蚀与水土保持教学和研究工作。
摘要在当今生态文明背景下，土壤侵蚀与水土保持研究迎来了新的发展机遇和挑战。
本文首先采用文献计量学方法，定量分析了近10年来国内外土壤侵蚀与水土保持学科发展现状。
在此基础上，结合社会需求的变化，阐明了学科发展需求与存在问题。
最后，提出了本学科研究的重点领域与方向：水文过程与侵蚀产沙机理，土壤侵蚀过程及其定量模拟，全球变化下土壤侵蚀演变及其灾变机理，社会经济系统—水土流失的互馈过程，以生态功能提升为主的土壤侵蚀防治，以及土壤侵蚀研究新技术与新方法等。
正文土壤侵蚀是土壤及其母质在外营力作用下，被破坏、分离、搬运和沉积的过程；水土保持指对外营力造成的土壤侵蚀所采取的预防和治理措施，以保护水土资源、维持土地生产力，并建立良好生态环境的综合性科学技术。
土壤侵蚀与水土保持学科以土壤侵蚀过程为研究对象，揭示其发生发展规律，提出水土保持措施及相关对策。
随着认识的深入和社会需求的变化，本学科从对土壤侵蚀现象与影响因子的描述，拓展到对土壤侵蚀过程、预报模型、水保措施防蚀机理及其适应性的研究，并逐步延伸至面源污染、物质循环与全球变化等科学问题。
坡面是土壤侵蚀发生的基本单元，流域是水土保持的基本单元，因此，本学科目标是通过主控要素识别和关键过程剖析，揭示坡面和流域尺度上土壤侵蚀过程的发生发展规律并建立预报模型，阐明水土保持措施的防侵蚀机理与其适应性，提出适用于不同区域的水土保持范式，为土壤侵蚀评价与防治提供科学依据，服务于生态文明建设和绿色发展。
本文利用文献计量法，总结分析了坡面和流域尺度上土壤侵蚀与水土保持学科近10年研究的核心方向与热点，明确了我国取得的主要成就及国际地位，探讨了未来研究的重点领域与方向，为有针对性开展土壤侵蚀过程与机理研究、解决水土保持关键技术与瓶颈问题提供参考。
降雨与植被变化对川中丘陵区典型小流域侵蚀产沙的影响
第17卷 第4期2019年8月中国水土保持科学Science of Soil and Water ConservationVol.17 No.4Aug.2019降雨与植被变化对川中丘陵区典型小流域侵蚀产沙的影响付 滟1,郑江坤1†,任雨之1,王文武1,曾倩婷1,向明辉2,陈 鑫2,张云奇1,赵 鹏1(1.四川农业大学林学院,水土保持与荒漠化防治四川省高校重点实验室,611130,成都;2.遂宁水土保持试验站,629006,四川遂宁)摘要:为了解年和次降雨尺度下植被变化对解家湾小流域侵蚀产沙的影响,运用RUSLE 模型计算小流域降雨侵蚀力,采用双累积曲线法和分离判别法分析侵蚀产沙变化的成因㊂根据植被调整和双累积曲线变化,分为农作物种植期(1986 1989)㊁经果林种植期(1990 2008)和搁荒期(2009 2016);以农作物种植期为基准期,经果林种植期侵蚀产沙量减少了80.24%,其中植被和降雨的贡献率分别为78%和22%,经果林使冠层覆盖增加,根系固土能力增强,并且梯田梗坎可减少产沙㊂以经果林种植期为基准期,搁荒期侵蚀产沙量增加79.52%,其中植被和降雨的贡献率分别为88%和12%,搁荒期引起的排水不畅会导致梯田梗坎大量溃坏,增加产沙量㊂流域产沙与植被覆盖大小和梯田埂坎是否完善有直接关系㊂植被覆盖在一定的降雨侵蚀力区间内减沙作用明显,但超过临界值时,植被减沙作用变弱㊂增加乔灌层㊁布设水土保持工程并进行有效田间管护可明显减少侵蚀产沙㊂关键词:梯田工程;植被变化;双累积曲线;输沙模数;川中丘陵区中图分类号:S157.1文献标志码:A文章编号:2096⁃2673(2019)04⁃0067⁃08DOI :10.16843/j.sswc.2019.04.009收稿日期:20180903 修回日期:20181023项目名称:水利部公益性行业科研专项 水土保持生态效应监测与评价技术研究”(201501045);中国博士后科学基金面上项目 四川紫色土土壤有机碳流失机理及对碳储量的影响”(2012M511938);国家自然科学基金 华北土石山区典型林分坡地径流形成机制研究”(41601028), 近50a 沂蒙山区大型水库泥沙来源及其对流域环境演变的响应”(41671277)第一作者简介:付滟(1997 ),女,本科生㊂主要研究方向:土壤侵蚀与水土保持㊂E⁃mail:1016521383@†通信作者简介:郑江坤(1982 ),男,博士,副教授㊂主要研究方向:生态水文和水土保持㊂E⁃mail:jiangkunzheng@Effects of rainfall and vegetation change on soil erosion and sediment yieldin typical small watershed in hilly area of central Sichuan BasinFU Yan 1,ZHENG Jiangkun 1,REN Yuzhi 1,WANG Wenwu 1,ZEN Qianting 1,XIANG Minghui 2,CHENG Xin 2,ZHANG Yunqi 1,ZHAO Peng 1(1.Key Laboratory of Soil and Water Conservation &Desertification Combating of Sichuan Provincial Colleges and Universities,College of Forestry,Sichuan Agricultural University,611130,Chengdu,China;2.Water and Soil Conservation Experiment Station of Suining City,629006,Suining,Sichuan,China)Abstract :[Background ]It is found that vegetation plays an important role in soil and water conservation.This paper is to understand the effect of vegetation change on soil erosion and sedimentyield in Xiejiawan watershed,a small watershed in hilly area of central Sichuan Basin,under annual and individual rainfall scales.[Methods ]Based on the data of rainfall and sediment yield of Xiejiawan watershed over 30years,RUSLE model was used to calculate the rainfall erosivity of the small bined Land⁃Use and Land⁃Cover Change (LUCC)with soil and water conservation engineering adjustment,the causes of soil erosion and sediment yield were quantitatively evaluated by the double中国水土保持科学2019年cumulative curve method and the separation discriminant method during different periods in the small watershed.[Results]1)During1986-2016,rainfall and erosive rainfall in Xiejiawan watershed occurred mainly in June,July and August which accounted for80%of that in all the year.Therefore,soil and water conservation projects should be strengthened in summer.2)Interannual variability of rainfall and erosive rainfall were not obvious during1986-2016,meanwhile,annual mean sediment modulus during1990-2008was obviously less than the values during1986-1989and2009-2016.Soil erosion and sediment yield decreased dramatically when LUCC changed from farmland to orchard.The soil and water conservation engineering measures were destroyed seriously when the forest land was abandoned, resulting in the amount of soil erosion increased at initial stage of abandoned period and decreased gradually after the restoration of understory herbs at later stage of abandoned period.According to LUCC and the trend of double cumulative curve,the time period was divided into crop period(1986-1989), orchard period(1990-2008)and abandoned period(2009-2016).3)Taking crop period as the base period,the contribution rates of vegetation and rainfall on sediment reduction were78%and22%, respectively when crop was transformed into orchard,which indicated that planting orchard effectively reduced the sediment transport modulus in the small watershed.This was mainly due to the increase of canopy coverage enhanced soil consolidation capacity of roots,and the strengthened repair and management of terrace ridges.4)Taking orchard period as the base period,the contribution rates of vegetation change and rainfall on sediment increase were88%and12%,respectively in abandoned period.As the results of lacking land management and drainage,terrace ridges were damaged a lot, which increased sediment yield.Furthermore,sediment yield was positively correlated with rainfall during crop period.Sediment yield was directly related to vegetation coverage and the improvement of terrace ridge measures during orchard period and abandoned period.The sediment reduction effect of vegetation coverage was obvious in a certain range of rainfall erosivity.When the vegetation coverage exceeded the critical value,the sediment reduction effect of vegetation became weaker.[Conclusions]When other conditions remain unchanged,soil erosion and sediment yield is reduced significantly by increasing surface coverage.It plays an important guiding role in soil and water conservation in purple soil watershed by increasing tree and shrub layer,laying soil and water conservation projects,and effective field management.Keywords:terrace project;vegetation change;double cumulative curve;sediment transport modulus; hilly area of central Sichuan basin 土壤侵蚀不仅造成土壤养分流失,还加剧地下水污染和湖泊等水体的富营养化㊂影响土壤侵蚀的因素包括降雨㊁地形地貌㊁土壤㊁植被覆盖等[1],对同一流域而言,其地形地貌和土壤性质是长期地质作用的产物,短期内变化较小,因而降雨和植被覆盖成为影响土壤侵蚀的关键[2]㊂降雨因素中,降雨量[34]㊁降雨历时[4]和降雨强度[45]都是流域产沙的主控因子㊂森林植被具有多层截持作用,减流减沙效果明显,具有较强的涵养水源和保持水土功能[6],增加和恢复地表植被,可降低土壤的侵蚀速率[78]㊂尽管许多学者已在年尺度[6]和次降雨[910]尺度下研究小流域侵蚀产沙特征,但川中丘陵区年尺度和次降雨尺度下的土壤侵蚀规律研究较少㊂笔者通过分析小流域年尺度和次降雨尺度的产沙规律及其成因,可为该区土壤侵蚀防控提供一定参考㊂1 研究区概况解家湾小流域位于嘉陵江中下游重点治理区的四川省遂宁市安居区㊂流域集雨面积6.89hm2,平均纵比降29.2‰,海拔最低280m,最高331.6m,属典型盆中丘陵地貌㊂土壤为侏罗系遂宁组岩层发育而成的紫色土,土壤松散,抗冲刷和抗蚀能力均弱㊂主要农作物为玉米(Zea mays)㊁番薯(Ipomoea bata⁃tas)㊁普通小麦(Triticum aestivum)㊁蚕豆(Vicia fa⁃ba),主要经果林为柑橘(Citrus reticulata)㊁桃86 第4期付滟等:降雨与植被变化对川中丘陵区典型小流域侵蚀产沙的影响(Amygdalus persica)㊁桑(Morus alba)㊂该区属亚热带湿润季风气候区,气候温和,年均降水量(1986 2016年)为932.7mm㊂小流域建场时,流域内水土流失面积达4.6hm2,旱耕地3.52hm2;坡耕地2.77 hm2,其中大于10°坡耕地1.69hm2;荒坡2.84hm2㊂植被覆盖率随农作物生长期逐渐变化㊂1990 2008年改农耕地为经果林,因大量劳动力进城务工,2009年至今搁荒㊂川中丘陵区主要以坡耕地为主,早期主要种植农作物,但由于种植经果林劳动力投入较低且经济效益较高,部分农作物用地改为经济林用地㊂随着城市现代化的进程,大量劳动力进城务工,坡耕地大面积搁荒㊂因此,研究农耕地㊁经果林及搁荒的水土流失变化具有典型性和代表性㊂2 材料与方法降雨数据来源于遂宁水土保持试验站的气候观测场㊂降雨中,能够引发土壤侵蚀,产沙明显的降雨为侵蚀性降雨㊂产沙数据来源于小流域综合治理效益观测场㊂通过流域的总控制出口断面处修建的标准巴塞尔槽量水堰和标准水尺观测洪水位,在径流过程中,按照降雨强度和径流变化情况分时段采集泥沙水样,用烘干法求含沙量,计算输沙模数㊂因缺乏次降雨数据,未分析2001㊁2004㊁2005㊁2008㊁2011和2012年次降雨侵蚀产沙规律㊂2.1 降雨侵蚀力的计算目前,RUSLE模型是应用最广泛的土壤侵蚀模型之一㊂降雨侵蚀力(R)是用于表示降雨侵蚀能力大小的指标㊂1958年Wischmeier等[11]首次提出当其他因子保持不变时,降雨动能E和次降雨最大30 min降雨强度I30的乘积EI30作为降雨侵蚀力指标㊂降雨侵蚀力计算有不同算法[1112],根据川中丘陵区的侵蚀规律及降雨特点,采用以下公式计算降雨侵蚀力[12]:R=EI30㊂(1)式中:R为降雨侵蚀力因子,MJ㊃mm/(hm2㊃h㊃a);E 为次降雨总动能,MJ㊃h/a;I30为次降雨最大30min 降雨强度,mm/h㊂次降雨总动能可通过下式计算:E=eΔV㊂(2)式中:e为单位降雨动能,MJ㊃h/(a㊃mm);ΔV为降雨量,mm㊂单位降雨动能的计算可通过以下公式:E=0.29[1-0.72exp(-0.082i)]㊂(3)式中i为平均降雨强度,mm/h㊂2.2 双累积曲线法双累积曲线法是分析水文要素一致性和长期变化趋势中的简单直观方法[6],笔者使用降雨量输沙模数和降雨侵蚀力输沙模数双累积分析,利用累积降雨量与累积输沙模数和累积次降雨侵蚀力与累积次输沙模数曲线斜率变化来分析变化趋势,通过斜率的变化来确定转折点,并通过拟合方程计算下垫面变化的贡献率㊂2.3 分离判别法文中运用分离判别法分析下垫面对流域输沙影响[6],计算公式如下:ΔWT=W HR-W B;(4)ΔW H=W HR-W HN;(5)ηH=ΔW HΔWT×100%㊂(6)式中:ΔW T为输沙模数在植被调整前后的实际变化量,t/(km2㊃a);ΔW H为下垫面对输沙的影响量,即评价期实测值与模拟值之差;W B为基准期的实测值; W HR为评价期的实测值;W HN为评价期的模拟值;ηH 为植被建设对输沙变化的贡献率,%㊂3 结果与分析3.1 降雨及侵蚀性降雨特征年内分析1986 2016年间,5 9月降雨量最大,占年降雨量的76%㊂降雨日数大致呈多峰变化,峰值出现在1㊁6和9月,年均降雨日数分别为7.0日㊁12.2和12.4日㊂7月的降雨强度在全年间最大,降雨量和降雨日数的最低值为12月的11.5mm和4.5日(图1)㊂11 翌年3月间的降雨量和降雨时间(d)与12月的相差不大,此时间段之间降雨强度较小㊂降雨时间较多的月份与降雨量较多月份重合,可知夏季降雨时间多㊁雨量多且多暴雨㊂侵蚀性降雨占全年降雨总量的35.6%,4 11月间都有侵蚀性降雨,但集中在6 8月,呈现单峰变化,占全年侵蚀性降雨的80.9%㊂降雨量与侵蚀性降雨量都集中于6 8月,在6㊁7和8月侵蚀性降雨量分别占当月降雨量的37.5%㊁71.8%和54.8%㊂因根据大雨和暴雨的降雨特征,在夏季加强水土保持措施[13]㊂3.2 降雨量与输沙模数的年际变化趋势分析1986 2016年,年均降雨量为932.7mm,最大降雨量为多年平均降雨量的1.4倍㊂小流域最大输沙模数为多年平均输沙模数的3.9倍㊂由图2可知,降雨量和输沙模数都有明显下降,但降雨量的下降速率远小于输沙模数的下降速率㊂侵蚀性降雨量96中国水土保持科学2019年图1 降雨量与侵蚀性降雨量及降雨时间年内分布图Fig.1 Rainfall,erosive rainfall and days of rainfall in a year图2 侵蚀性降雨㊁降雨和输沙模数年际变化图Fig.2 Inter annual variability of erosive rainfall,rainfall and modulus of sediment transport最大值为1046.7mm(2013年),最小值为1102.8mm (1994年),多年平均侵蚀性降雨量为330.1mm㊂2009 2016年间的侵蚀性降雨量明显大于1986 2007年的侵蚀性降雨量;输沙模数在1986 2007年呈明显下降趋势,说明下垫面从农作物转变为经果林增强了该流域水土保持作用㊂输沙模数在2009 2013年有所回升,之后逐渐下降,2009年和2015年相比,侵蚀性降雨量相当,但输沙模数2015年小于2009年,主要因为搁荒初期水土保持工程措施破坏严重,后期林下草本恢复后侵蚀量降低㊂3.3 下垫面与降雨在年输沙量变化中的贡献率根据植被调整和双累积曲线,分为农作物种植期(1986 1989)㊁经果林种植期(1990 2008)和搁荒期(2009 2016)㊂表1通过分离判别法计算出植被未变化下的输沙模数,但计算值与实测值相差较大,说明3个时段内的降雨和下垫面均产生变化㊂分析年降雨量年输沙模数的关系,在1986 1989年,斜率最陡,产沙严重㊂因为该时段为农作物种植期,虽然开始采取水土流失治理措施,但由于该区大多为坡耕旱地,存在不合理的种植方式(如顺坡种植)及对土地的长期翻耕,加上农民对土地进行管护(如除杂草),降低地表植被覆盖,加剧土壤侵蚀量㊂1990 2008年的斜率明显减小,因为该时段大量种植经果林,经果林通过树干树叶截持降水,根系也能起到固土作用,可增加土壤对水分吸收,以及对经果林用地的管护(如蓄水拦沙措施及梯田埂坎修护)㊂若以农作物种植期为基准期,经果林种植期侵蚀产沙量减少了80.24%,植被变化在减沙方面的贡献率为78%,降雨在减沙上的贡献率为22%,说明种植经果林抑制流域产沙的效果优于种植农作物㊂与1990 2008年相比,2009 2016年斜率明显增加(图3),由于,在搁荒期,人工的管护缺乏,部分梯田埂坎被暴雨冲刷破坏,加上搁荒期降雨量较前期有所增加㊂在搁荒后期,林下植被明显增加,能够有效拦截坡面泥沙输移㊂以经果林种植期为基准期,搁荒期的输沙量增加,侵蚀产沙量增加79.52%,其下垫面变化在增沙量上贡献率为88%,降雨贡献率为12%,表明在搁荒期林下植被虽比经果林种植期更茂盛,但因缺少人为管护,暴雨溃坏的梯田未被修护,造成梯田沟蚀严重,蓄水拦沙作用下降㊂通过比较3个时段内植被变化,表明增加植被覆盖能够有效抑制流域产沙[13],与宫渊波等[14]研究成果一致㊂同时水土保持工程措施在保水保土方面也起到了不可或缺的作用,与符素华等[15]研究结果相似㊂3.4 次降雨侵蚀力与输沙模数变化关系由图4~6可知:1986 1989年,双累积曲线在降雨侵蚀力为456.24MJ ㊃mm /(hm 2㊃h ㊃a)出现拐7 第4期付滟等:降雨与植被变化对川中丘陵区典型小流域侵蚀产沙的影响 表1 解家湾小流域侵蚀产沙变化中植被与降雨贡献率Tab.1 Contribution rates of vegetation and rainfall对比时期Contrastive period 时段Time interval 降雨量Rainfall /mm 输沙模数Modulus of sedimenttransport /(t ㊃km -2㊃a -1)输沙减少的贡献率Reduction rate of sediment transport /%实测值Measured value 计算值Calculated value植被贡献率Contribution rate of vegetation降雨贡献率Contributionrate of rainfallⅠ1986 1989910.25660.19690.78Ⅱ1990 2008902.44130.43545.6078222009 2016967.49234.15142.56-88-12 注:Ⅰ为农作物种植期与经果林种植期;Ⅱ为经果林种植期与搁荒期㊂Notes:This refers that Ⅰis the crop planting period and the fruit forest planting period.Ⅱis the fruit forest planting period and desolateperiod.图3 农作物种植期㊁经果林种植期和搁荒期累积降雨量与累积输沙模数关系图Fig.3 Relationship between accumulated rainfall and cumulated sediment transport modulus during crop planting,fruitforest planting and desolate period点,但转折趋势不明显,该时间段内输沙模数与降雨侵蚀力线性拟合关系较好;1990 2008年,降雨侵蚀力为172.2MJ ㊃mm /(hm 2㊃h ㊃a)时是一个拐点,在拐点之前累积输沙量随累积降雨侵蚀力的增大而极速上升,当达到拐点之后,曲线上升速度变缓,并且逐渐趋于稳定;在2009 2016年间,双累积曲线在降雨侵蚀力达到1227MJ ㊃mm /(hm 2㊃h ㊃a)时出现拐点,拐点之后斜率变缓,趋于稳定㊂1990 2008年和2009 2016年内双累积曲线有明显的拐点,可以解释2个时段的线性拟合关系较差的原因;但2009 2016年的拐点出现较1990 2008年更迟,因为2009 2016年初期林下植被少和与梯田埂坎的破坏和降雨增加的影响使该时段的产沙情况严重㊂1986 1989年,流域产沙与降雨呈正相关关系,小雨时,流域产沙量少,大雨时,流域产沙量大㊂1990 2008年和2009 2016年,小雨时,随着降雨侵蚀力的增加,产沙量增大㊂当达到拐点及雨量加大后,流域的产沙情况与降雨因素和植被覆盖都有较大关系㊂小流域的产流产沙情况与降雨具有相同的变化趋势,集中于雨季,具有周期性的变化趋势[4],大㊁暴雨主要集中于夏季,场次虽少,但确是主要降雨量的提供形式[16]㊂5㊁6月正好是小雨集中时期,植被还在发育中,植被对流域的产流产沙抑制作用有限,降雨因素是影响流域产流产沙的主要因素;7㊁8月植物发育完成,正好是大雨和侵蚀性降雨集中的时间段㊂植被和降雨都对流域的产流产沙起作用,植被能够通过林冠层和地被层降低降雨的击溅作用,增加土壤中有机质的含量,改善土壤结构,提高土壤的抗冲和抗蚀能力[8],减少流域产沙与黄明等[2]研究结果类似㊂对1990 2008年和2009 2016年分析说明,植被变化对小流域的保水固土作用明显;但超过拐点后,随着植被覆盖度的增加,拐点所对应的降雨侵蚀力略有增加㊂1990 2008年,流域大量种植果树,经果林可以截持降水,减少地表侵蚀作用,但有一定的作用范围,当降雨侵蚀力大于1000时,曲线斜率加大,说明经果林在一定降雨侵蚀力下的保土作用明显,但超过界限时,植被的作用就变弱㊂2009 2016年,土地搁荒后,大雨对梯田埂坎造成破坏及缺少修护,坡耕地拦沙挡水的能力减弱,由于暴雨冲刷梯田埂坎,尽管本年的17中国水土保持科学2019年年降雨侵蚀力较前年弱,也将造成更严重的产沙㊂因此,随着侵蚀时间变化,在相同降雨侵蚀力下,其产沙情况可能会更加严重,导致前期累积曲线变化较大;但随着时间推移梯田埂坎都已被破坏,加上林下植被丛生,植被盖度和单位面积生物量明显增加,对降雨侵蚀力的抵抗能力加强,曲线在[876,1339]范围内呈变缓趋势,说明植被的保土作用仍然较强㊂解家湾小流域虽然测得大量数据可为川中丘陵区的水土流失方式提供依据,但由于测量过程中存在读数时段间隔大㊁自记水位计走纸记录精度较差等原因,会导致数据精度不够和误差较大㊂这些因素增加了结果的不确定性,需要进一步分析㊂图4 1986 1989年次降雨侵蚀力与输沙模数关系及双累积曲线图Fig.4 Relationship between rainfall erosivity and modulus of sediment transport and double cumulative plot during1986-1989图5 1990 2008年降雨侵蚀力与输沙模数关系及双累积曲线图Fig.5 Relationship between rainfall erosivity and modulus of sediment transport and double cumulative plot during1990-2008图6 2009 2016年降雨侵蚀力与输沙模数关系及双累积曲线图Fig.6 Relationship between rainfall erosivity and modulus of sediment transport and double cumulative plot during2009-201627 第4期付滟等:降雨与植被变化对川中丘陵区典型小流域侵蚀产沙的影响4 结论在川中丘陵区,侵蚀性降雨集中于夏季且夏季降雨场次多,在夏季应加强水土保持措施,减少土壤侵蚀㊂3个时期对比分析,植被变化加强能有效固土保水㊂经果林对小流域保水保土能力大于农作物,梯田埂坎的修缮和植被覆盖度的增加水土保持作用显著㊂不同降雨类型下,降雨侵蚀力对输沙的影响不同㊂小雨时,输沙量主要受降雨影响;大雨时,流域输沙量则主要受植被因素影响,植被具有减少水土流失的作用,但超过某一降雨侵蚀力的临界数值时,植被对小流域侵蚀产沙的影响就不再明显㊂工程措施和植被覆盖相结合能有效减少坡耕地水土流失,田间管理也是不容忽视的影响因素㊂5 参考文献[1] YIN Zhongdong,ZHOU Xincheng,ZHU Jinzhao.Studyon the factors affecting soil erosion[J].World ForestryResearch,2003,16(3):32.[2] 黄明,张建军,茹豪,等.晋西黄土区不同植被覆盖小流域的产流输沙特性[J].中国水土保持科学,2012,10(5):22.HUANG Ming,ZHANG Jianjun,RU Hao,et al.Char⁃acteristics of runoff and sediment in small watersheds un⁃der different vegetation cover in the Loess Plateau of west⁃ern Shanxi province[J].Science of Soil and Water Con⁃servation,2012,10(5):22.[3] 王浩,张光辉,张永萱,等.黄土高原小流域次降雨径流深预报模型[J].中国水土保持科学,2015,13(5):34.WANG Hao,ZHANG Guanghui,ZHANG Yongxuan,etal.Rainfall event based runoff prediction model for smallwatersheds in the Loess Plateau[J].Science of Soil andWater Conservation,2015,13(5):34.[4] 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昆明市晋宁区大春河小流域坡面径流场产流产沙特征研究
昆明市晋宁区大春河小流域坡面径流场产流产沙特征研究发布时间：2023-02-07T06:12:38.003Z 来源：《福光技术》2023年1期作者：冷鹏1 刘文旭2[导读] 近年来，随着农业产业化、工业化及城市化进程不断加快，人口不断增长，水资源与水环境的承载力相继下降，由此引发了水土流失和水环境污染的问题。
冷鹏1 刘文旭21.云南省水土保持生态环境监测总站云南省昆明市 6530002.昆明龙慧工程设计咨询有限公司云南省昆明市 653000摘要：为探讨滇中典型红壤区在自然降雨条件下不同土地利用类型坡面土壤侵蚀特征，以昆明市晋宁区大春河小流域内已布设的12个径流小区（其中1#～4#径流小区为乔木林，5#～6#径流小区为经果林，7#～12#径流小区为坡耕地）为对象，基于2021年全年实测降雨及坡面地表径流和泥沙数据，分析了不同土地利用类型的产流产沙特征及其与降雨的关系。
结果表明：降雨主要集中于6～10月，降雨总量为747.8 mm，占全年降雨量的80.78 %；1#、2#产流产沙最低，产流量主要是受降雨量影响，降雨量越大，产流量越大；而产沙量不但受降雨量影响，而且受降雨强度影响更加显著，降雨量越大，降雨强度越大，产沙量就越大。
关键字：径流场；产流产沙；降雨；雨强引言近年来，随着农业产业化、工业化及城市化进程不断加快，人口不断增长，水资源与水环境的承载力相继下降，由此引发了水土流失和水环境污染的问题。
为有效防止水土流失，保护生态环境，实现国家防治水土流失的战略目标，云南省逐渐建立起完善的水土保持监测站网，实现了水土流失监测数据的共享，进一步丰富和完善了水土流失试验观测数据库、区域水土流失数据库、全国水土流失动态数据库等，为水土保持管理、决策、预报和公告提供丰富的基础数据支撑，亦为制定水土保持措施的宏观决策提供科学依据[1]。
水土流失和水污染防治必须从小流域基本单元抓起[2]，坡面作为土壤侵蚀的重要组成单元，其降雨产流产沙特征研究具有重要意义[3-6]。
森林植被变化对流域产水产沙的影响——以长江中游香溪河流域为例
［ 关键词 】 森林植被 ； 流； 径 洪水； 自身对比法 ［ 中图分类号 ］７ ４７ ｓ ｌ． 【 文献标识码 ］ Ｂ ［ 文章编号 ］０４ ７４ （０ ０ ０ — ０ ６ ０ １０ — ０ ２ ２ １ ）２ ０ １－ ３
森 林 植 被对 陆地 生 态 系统 和 水 文 循 环有 着 重 要 的调 节 作用 ， 直 接影 响 到 降雨 的再 分配 、 壤水 分 可 土 运 动 ， 变 产 汇 流条 件 ， 而在 一 定程 度 上 起 到 削洪 改 进
度 流 域 森林 植 被 变 化对 径 流 和 洪水 过 程 的 影 响 幅度
１ ８ ， 霜期 在低 海 拔 区域 为 ２ ５ ， ２ｄ无 ６ ６ 高海 拔 区域 为 ｄ
１ ５ｄ。 １
该 流域 属 山地地 貌类 型 ，海拔 １ ０ 以上地 区 ０ ２ ｍ 占总 面积 的 ６ ％左 右 ， 拔 ８ ０ 以下地 区 占总 面积 ０ 海 ０ ｍ
香 溪河 源 于湖北 省 神农 架林 区 ， 由北 向南贯 穿兴 山县 全 境 ， 至秭 归 县 香溪 镇 注 人长 江 ， 长 ９ ｍ， 全 ４ｋ 主
混交林带 （ 位于海拔 ９０ １ ０ ０～ ０ ６ ｍ之间 ）分布范围广
泛， 由于人 为 活动 频繁 ， 自然植 被遭 受不 同程 度 破坏 ， 有些地方 已成为农 田， 主要建群种有青冈、 栲树 、 宜昌
减洪 、 控制 土壤 侵蚀 、 改善 流域 水 质 的作用 『 ｌ ｌ 。森林 植
文 观测 站 ， 文站控 制流 域面积 １ ６ 。 水 ０ ｍ２ ８ ｋ
该 流域 地处 亚热 带 季风气 候 区 ，具有 四季分 明 、 水 热 同期 、 不均 、 暖寒 生物 气候 多样 的特点 。受 大气候 影 响 ， 降水 量 １１２８ｍ 多 年 平 均 流 量 ６ ．ｍ３ ， 年 ９ ． ｍ， ５５ ／ ｓ
黄土区林草植被与降水对坡面径流和侵蚀产沙的影响
Ｊ ｎ 。０ ６ ａ． ２０
黄 土 区林草 植 被 与 降水 对 坡 面 径 流 和侵 蚀 产 沙 的影 响
余 晓张 明武 宏魏 兴张 培 新 ，晓 ，思 ，天 ，学
（ 水土保持与荒漠化教育部重点实验室 ， 北京林业大学水土保持学院 ， 北京 １ ０３ ０ ８） ０
摘 要： 在一定地形地貌基础上 ， 林草植被与降水是决定坡面产流产沙量的主要因素， 而这些因素各 因子之间合
生物量对坡面产流产沙影响显著， 关联度值均 ＞ ．。 ０６ 关键词： 林草植被； 降水； 产流产沙； 灰色关联分析： 黄土区
中图分类号 ：Ｓ５ ． １７１ 文献标识码 ：Ａ
４ Ｊ 不 黄土区沟壑纵横 ， 表层土体疏松易蚀 ， 水土流失 性 Ｉ。研究表 明， 同雨量 区之 间水土流失 强度 有差异 【 ， ５ 因而总雨量是研究的前提条 件。从降雨 Ｊ 十分严重。影响黄土区水土流失的因素主要有 ： 降 关于侵蚀性 降雨标准 、 雨、 植被 、 坡面等因子。降雨是水 土流失的原动力 ， 与土壤侵蚀的关系研究 中看 ，
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２ ４卷第 １ ｌ — ６页 期 ９ ２
２０ ０ ６年 １月 文章编号 ：１０ ０ ８－２ ８ ７ ６一（ ０６） ０ ９－ ８ ２ｏ １－ １ ０
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Ｖｏ ． ４． ． ｐ ９－ ２ １ ２ Ｎｏ １ ｐ ｌ 一 ６
Ｊ ＯＵＲＮＡ ． Ｌ ＯＦＭＯＵＮＴ Ｎ ＣｍＮＣＥ ＡＩ Ｓ
作用于坡地产流产沙 ， 增加了影响机制 的复 杂性 。为深入分析降水 因子与林 分结构 因子对坡地降 雨产流 产沙 的影
响， 为黄土区植被建设提供理论依据， 对蔡家川流域典型样地的实验资料进行分析。结果表明， 刺槐和油松林场降
考虑植被影响的水文过程模拟研究
考虑植被影响的水文过程模拟研究水文过程是指自然界中水循环的各种物理和化学过程，包括蒸发、降水、径流、水体交换等。
这些过程受到许多因素的影响，如气候、地形、植被等。
其中，植被的影响在水文过程中起着重要的作用。
植被可以通过影响地表反照率、空气流动和土壤水分等方式来影响水循环。
因此，研究植被影响的水文过程模拟具有重要的现实意义和科学价值。
在过去的研究中，许多学者已经就植被影响水文过程的机制和规律进行了深入探讨。
例如，一些研究表明，植被可以通过增加地表粗糙度来减缓水流速度，从而减少径流量。
另外，植被的蒸腾作用也可以消耗大量水分，影响土壤含水量和地下水水位。
然而，目前的研究大多集中在单一的植被类型或简单的气候条件下，对复杂气候条件下的综合植被影响研究不足。
为了模拟植被影响的水文过程，我们需要采取一系列的研究方法。
需要收集相关的气象、水文和植被数据，为模拟提供输入参数。
然后，利用水文模型来模拟不同植被条件下的水文过程，通过对比分析找出植被影响的关键因素和作用机制。
在本次研究中，我们采用了一种基于物理机制的水文模型——SHAW模型。
该模型可以综合考虑气候、地形、植被等因素对水文过程的影响，具有较高的模拟精度。
我们收集了某地区不同植被条件下的气象、水文数据，通过SHAW模型来模拟不同植被条件下的水文过程。
通过模拟和分析，我们发现植被对水文过程的影响主要体现在以下几个方面：植被可以通过改变地表反照率和粗糙度来影响蒸发和辐射平衡，从而影响气候条件下的水分循环。
在植被覆盖率较高的地区，地表反照率较低，地面向上的辐射增加，导致蒸发量增大，径流量减少。
植被的蒸腾作用也可以消耗大量水分，影响土壤含水量和地下水水位。
在植被生长旺盛的时期，植物通过根系吸收土壤中的水分，通过气孔蒸腾作用释放到大气中，这会导致土壤含水量下降，地下水水位降低。
植被还可以通过改变水流路径和速度来影响径流的形成和分布。
植物的根系可以固定土壤，减缓水流的冲刷速度，从而减少地表径流量。
211104371_水力侵蚀下砒砂岩区植被格局对微地形和侵蚀的影响
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《晋西黄土坡面径流侵蚀产沙试验研究》
《晋西黄土坡面径流侵蚀产沙试验研究》篇一一、引言晋西地区作为我国黄土高原的重要组成部分，其地形地貌、气候条件等自然因素使得该地区成为径流侵蚀和产沙的重要区域。
近年来，随着人类活动的不断增加，晋西地区的土地利用方式和强度也发生了显著变化，导致该地区的土壤侵蚀和产沙问题日益严重。
因此，对晋西黄土坡面径流侵蚀产沙的试验研究具有重要的理论和实践意义。
本文旨在通过对晋西黄土坡面的径流侵蚀产沙进行试验研究，分析其影响因素及作用机制，为该地区的土壤侵蚀防治提供科学依据。
二、研究区域与方法1. 研究区域本研究选取晋西地区具有代表性的黄土坡面作为研究对象，该地区地势起伏较大，坡度变化多样，具有典型的黄土高原特征。
2. 研究方法（1）野外调查与观测：通过实地调查和观测，了解研究区域的自然环境、土地利用状况及坡面径流侵蚀产沙情况。
（2）试验设计：设计不同坡度、不同降雨强度、不同植被覆盖等条件下的径流侵蚀产沙试验，以探究各因素对径流侵蚀产沙的影响。
（3）数据采集与分析：通过收集试验过程中的径流量、侵蚀量、产沙量等数据，运用统计分析方法对数据进行处理和分析。
三、试验结果与分析1. 坡度对径流侵蚀产沙的影响试验结果表明，坡度是影响径流侵蚀产沙的重要因素。
随着坡度的增加，径流量和侵蚀量均呈现增加趋势，产沙量也相应增加。
这主要是由于坡度增加导致水流速度加快，水流对土壤的冲刷作用增强，从而加剧了径流侵蚀和产沙。
2. 降雨强度对径流侵蚀产沙的影响降雨强度对径流侵蚀产沙具有显著影响。
在相同坡度条件下，随着降雨强度的增加，径流量、侵蚀量和产沙量均呈现增加趋势。
这是因为降雨强度增加导致单位时间内降雨量增大，从而加剧了地表径流的产生和土壤侵蚀。
3. 植被覆盖对径流侵蚀产沙的影响植被覆盖是减少径流侵蚀和产沙的重要措施。
试验结果表明，植被覆盖能够显著降低径流量、侵蚀量和产沙量。
这主要是因为植被能够减缓地表径流速度，增加土壤表层的稳定性，从而减少土壤侵蚀和产沙。
森林对土壤侵蚀的调控作用研究综述
森林对土壤侵蚀的调控作用研究综述焦云祥;王应刚【摘要】土壤侵蚀会带来严重的生态环境问题,森林具有很好地调控土壤侵蚀的作用,在此主要从森林植物的林冠层、枯枝落叶层以及根系3个方面阐述了森林的蓄水保土作用,并提出了这3个层次各自的调控特点及研究中存在的一些问题.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2013(000)036【总页数】4页(P13949-13952)【关键词】森林;土壤侵蚀;林冠;枯落物;根系;调控作用【作者】焦云祥;王应刚【作者单位】山西省城乡规划设计研究院,山西太原030001;山西大学环境与资源学院,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】S715.3我国是世界上水土流失最为严重的国家之一，现有水土流失面积367万km2，占国土面积的38.2%，由于水土流失，每年损失土地约13.3万hm2，严重地阻碍着我国的可持续发展［1］。
多年来，我国的水土流失治理虽取得了不错的成效，但治理面积相对较小，边治理边破坏，甚至破坏大于治理的情况，使得严重的水土流失未从总体上得到控制［2］。
全球陆地生态系统的主体是森林，维持良好的生态环境的根本也是森林。
只有在水土流失区大力恢复森林植被，发挥出森林对土壤侵蚀的调控能力，水土流失才会得到最大的改善。
森林植被在制约土壤侵蚀方面发挥着不可替代的作用，显示出了自身强大的优越性和生命力。
面对日趋严重的生态环境问题，生态环境重建和植被恢复得到了更多的关注和重视。
多年来，很多学者研究了森林林冠层、枯落物层、地下根系部分的水土保持作用，并取得了重要进展。
在此，笔者主要对这3个方面对森林蓄水保土作用的研究进行了综述，并提出了这3个层次各自的调控特点及研究中存在的一些问题。
1 森林林冠层对降水的截留作用1.1 林冠截留降水林冠截留降水是森林植被对降水到达地面的第1次阻截，也是对降雨的第1次再分配［3］，是流域产流、产沙、水文循环、化学物质迁移转化等诸多物理过程的重要环节。
建设“原型黄河”完善的考试体系
建设“原型黄河”完善的考试体系摘要：建设“原型黄河”完善的考试体系在黄河治理开发和治理的事业中占有极为重要的地位，是“数字黄河”和“模型黄河”工程建设的基础。
“原型黄河”的考试体系，是指从考试站网的计划、布设到搜集、整理、存储和刊布水文、泥沙、河床及库区形态资料的全数技术进程，大体的考试项目包括降水、蒸发、水位、水温、水质、冰情、流量、泥沙、河床（含河口）和库区冲淤转变等。
关键词：原型黄河考试体系水文水质“原型黄河”的考试体系，是指从考试站网的计划、布设到搜集、整理、存储和刊布水文、泥沙、河床及库区形态资料的全数技术进程，大体的考试项目有降水、蒸发、水位、水温、水质、冰情、流量、泥沙、河床（含河口）和库区冲淤转变等。
这项工作，在黄河治理开发和治理的事业中占有极为重要的地位。
因为，它是所有工作的基础，没有这项工作的支撑，“数字黄河”和“模型黄河”工程的建设将成为一句废话，乃至黄河治理开发和治理的一系列工作都将受到严峻的制约。
一、黄河考试的历史与现状河流考试是在人类对自然的斗争中，专门是在防御水害、兴修水利的进程中慢慢进展起来的。
黄河水文观测历史悠长，早在公元前１３～前１１世纪，殷代的甲骨文中已有对雨、雪定性观测的记载。
黄河流域开始用近代科学方式观测降水量是１９１２年在山东泰安设立的雨量站。
１９１５年在黄河支流大汶河南城子设立的水文站，标志着黄河流域以近代科学方式进行水文观测的开始。
以后，慢慢设立了各类水文测站。
中华人民共和国成立后，黄河考试工作取得了较快进展。
站网计划与建设、洪水考试、洪水调查、资料整编等各项工作接踵展开。
１９５６年全流域第一次统一进行了站网计划，以后，１９６１年、１９６３～１９６５年、１９７７～１９７９年、１９８３年又进行了４次较大的站网计划的调整和补充。
到目前为止，全河已建水文站网数量达到９７９处，其中水文站１３３处，水位站３６处，雨量站７７４处，蒸发站３６处。
另在三门峡库区布设６１处、小浪底库区布设１７４处、下游河道布设１５２处、河口滨海区布设３６处淤积考试断面。
鲁中南砂石山区水土保持植被水文生态效应的研究的开题报告
鲁中南砂石山区水土保持植被水文生态效应的研究的开题报告一、研究背景鲁中南地区是山东省的重要经济区域，但在经济高速发展的同时，砂石采矿、城镇建设等人类活动带来的环境问题也越来越严重，如水土流失、水源枯竭、生物多样性减少等。
因此，进行水土保持和生态建设已成为该地区重要的任务。
通过植被和水文生态修复，可以达到减缓水土流失、防止水源枯竭、恢复生物多样性等目的。
因此，在鲁中南地区进行水土保持植被和水文生态的研究，对于该地区的生态环境保护和可持续发展至关重要。
二、研究内容和研究目标该研究的主要内容为：通过采集鲁中南地区几个代表性砂石山区的水土保持植被数据、水文数据和生态数据，分析比较各个砂石山区的生态环境现状，并探究采取不同植被和水文措施对水土保持和水文生态的影响。
本研究的目标包括：1. 系统调查鲁中南地区几个代表性砂石山区的水土保持植被、水文和生态现状，掌握其基础数据和特点。
2. 探究不同植被和水文措施对水土保持和水文生态的影响，为砂石山区生态修复提供技术支撑及理论依据。
3. 提出鲁中南地区砂石山区生态环境保护和可持续发展的对策建议。
三、研究方法和技术路线1. 调查方法：采用野外调查方法进行数据采集。
对研究区域的植被、土壤、水文水资源以及生态等进行系统调查。
2. 实验方法：采用室内试验和现场试验相结合的方法，比较不同措施对水土保持和水文生态的影响，并分析植被和水文措施的适用性和可行性。
3. 数据分析方法：采用SPSS和Excel等软件进行数据处理和分析，并进行统计学分析和抽样分析。
4. 技术路线：采用以下技术路线：研究区选择→野外数据采集→实验设计与实施→数据处理与分析→结果得出四、研究意义1. 该研究对于鲁中南地区砂石山区的生态环境保护和治理工作具有重要的理论和实践意义。
2. 通过对砂石山区生态环境的调查和比较，能够系统性地总结砂石山区的生态环境规律，并为更好地进行治理提供科学依据。
3. 通过研究不同的植被和水文措施对水土保持和水文生态的影响，能够提出相应的生态修复对策，为砂石山区生态环境的改善和经济可持续发展提供支持。
2022届高考二轮复习地理拓展材料微专题“沙”
高三地理微专题“沙”引言：“含沙量”、“输沙量”、“输沙率”、“高含沙水流”、“河床深度”、“三角洲”等这些高频词汇是我们做高考题经常遇到的，而这些都与“沙”有关，它们之间的关系及影响我们都梳理清楚了吗？【基本概念】◆河流含沙量：指单位体积水中所含泥沙的数量，计量单位为千克/立方米。
◆河流输沙量：是指一定时段内通过河道某断面的泥沙数量称为该时段的输沙量，单位为千克或万吨。
◆输沙率：单位时间内由河道水流输移通过某断面的泥沙量，或指对特定植被及地表状况一定速度的风单位时间能够输移的沙量。
1.辨析概念，梳理河流含沙量与河流输沙量的关系。
2.根据输沙率的概念分析输沙率的影响因素。
【影响因素】解析植被与河流含沙量的关系：植被冠层及地被物的截留，减小了产生径流的净雨量，同时削弱雨滴动能,减少雨滴击溅侵蚀；地被物层对汇流有延长作用,使地表径流速率减小，增加了径流下渗的时间，使地表径流量减小，地下径流和地表径流的比例变大，径流的侵蚀能量减少，从本质上削弱了径流冲刷挟沙的能力；植物根系改良土壤结构，提高土壤的抗冲和抗蚀性，增加土壤的下渗能力。
河流输沙量与流量成正比，当降水强到一定程度，超过植被承受范围，径流就会突然成倍增加，带走大量泥沙。
这也证明，水土保持措施只在一定量级降雨下起作用，一旦发生超量级降雨，水土流失反而会加大。
解析径流量与输沙量的关系：径流量大，流速快，侵蚀作用强，河流含沙量大，输沙量大；径流量小，流速慢，沉积作用强，含沙量小，输沙量小。
【影响结果】【典型例题1】（2018年全国II卷）地处黄土高原的汾川河流域多年来植被覆盖率大幅度提高。
2013年7月，汾川河流域降水异常增多，下表为当月6次降水过程的时长、降水量和汾川河洪峰情况。
第5次降水形成的洪水含沙量低，第6次降水形成的洪水含沙量极高。
11.第6次降水产生的洪水含沙量极高，其泥沙主要源于A.河床B.沟谷BC.裸露坡面D.植被覆盖坡面参考答案：D解析：汾川河流域植被覆盖率较高。
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第19卷 第5期干 旱 区 资 源 与 环 境Vol.19 No.5 2005年9月Journal of Arid Land Resources and Environment Sep.2005文章编号:1003-7578(2005)05-165-04植被对小流域汇流及侵蚀产沙影响研究3秦富仓1,2,余新晓1,张满良3,姜吉荣4(1.北京林业大学,北京,100083;2.内蒙古农业大学,呼和浩特,010019;3.黄河水土保持天水治理监督局,天水,741000;4.磴口县林业局巴彦高勒015000) 提 要:本文从物理概念出发对小流域产汇流及侵蚀产沙过程进行研究,并结合实例分析了流域内森林植被对产汇流和侵蚀产沙的影响。
森林植被的调节径流、防治侵蚀的功能体现在各个层面,林冠及下部枯落层可削减雨滴动能;树干及下部枯落层可削减地表径流流速;林地可改善土壤的渗透性,减少地表径流流量;根系可固持土壤,增加抗蚀力。
关键词:植被;流域;汇流;侵蚀产沙中图分类号:Q948 文献标识码:A由降雨引起的地表径流对土壤的侵蚀,是一个极为复杂的过程。
它既有降雨及径流的直接动力作用,同时还受岩性、地形、植被及人类活动等诸多因素的互动耦合影响。
特别是林草植被,由于其特殊的结构,对降雨、入渗、径流均有不同程度的影响。
本文拟从流域内森林植被对径流调节机理出发,研究森林植被影响下的流域地表径流形成和侵蚀产沙过程。
1 研究区概况桥子东沟、西沟流域位于甘肃省天水市秦城区北郊,是黄河流域藉河左岸支沟罗玉沟内的一对相邻支沟,属黄土丘陵沟壑区,流域地表主要由杂色土覆盖。
桥子东沟流域呈椭圆形,面积1.36km2,干沟长2.04km,表1桥子东、西沟流域主要地理特征值表T ab.1The Main geography characters in Qiaozidong and Qiaozixi watershed流域名称面积(hm2)流域形状(km)流域长度(km)平均宽度(km)沟道比降(%)相对高差(m)沟壑密度(km/km2)桥子东沟 1.36椭圆 2.000.688.0377 5.13桥子西沟 1.09长条 2.180.508.0377 5.09表2桥子东、西沟流域地面坡度组成表(%)T ab.2The slope gradient components in Qiaozidong and Qiaozixi watershed 坡度0°-5°5°-10°10°-15°15°-20°20°-25°25°以上桥子东沟 5.3838.1744.27 1.160.4210.60桥子西沟 6.4663.8314.60 2.22 3.149.75表3桥子东、西沟流域土地利用现状表T ab.3The land use form in Qiaozidong and Qiaozixi watershed流域名称坡耕地休闲地大秋作物梯田林草地道路村庄沟壑沟床沟壁合计桥子东沟面积(hm2)38.232823.6357.070.6 3.5136比例(%)28.1120.5917.3525.74 5.200.44 2.57100桥子西沟面积(hm2)49.3124.80187.090.59.3129比例(%)45.2422.750.0016.51 6.500.468.531003收稿日期:2004-05-06。
基金项目:国家重大基础研究"973"项目资助(2002CB111502)。
作者简介:秦富仓(1966～),男,副教授,博士生,从事水土保持方面教学和科研工作。
e-mail:qinfucang@平均比降16.6%;桥子西沟流域呈长条形,面积1.09km 2,干沟长2.12km ,平均比降8%。
桥子东沟为治理流域,桥子西沟为对比试验小流域。
二流域主要地理特征、坡度组成、土地利用状况见表1～表3。
2 桥子沟流域径流泥沙分析1990年6月30日,桥子东、西沟流域突降暴雨,一次降水量为80mm ,降水历时22小时,最大30分钟降水量达到20.25mm 。
这次暴雨降雨强度和降雨量都较大,加之流域沟道比降大,在沟口站测流断面形成了峰形尖瘦的洪水过程。
流域坡面和沟道的疏松表土在雨水和汇集水流的作用下,随洪水冲泻而下,在沟口站测流断面形成尖瘦沙峰(见表4、图1、图2)。
表4桥子东、西沟流域90.6.30暴雨径流、泥沙对比T ab.4Comparative Analysis of Discharge and Sediment in Qiaozidong and Qiaozixi watershed on J une 30,1990最大洪水流量(m 3/s )径流总量(m 3)径流模数(m 3/hm 2)最大含沙量(kg/m 3)最大输沙率(kg/s )产沙量(t )单位面积产沙量(t/hm 2)桥子东沟5.1922196.72163.214292055.246545.5148.13桥子西沟8.5231974.89247.875294507.0811330.1487.83东沟比西沟减少(%)39.0830.5834.1618.9054.4042.2345.20图1桥子东、西沟流域1990.6.30降雨、径流过程图Fig.1The rain and runoff process in Qiaozidong and Qiaozixi watershed on J une 30,1990由表4和图1、图2可见,桥子西沟流域的各项指标均大于桥子东沟流域,其主要原因可归纳为:桥子东沟流域为治理流域,流域内林草植被占流域总面积的25.74%,虽没有治理标准,但林草分布较为合理,易发生侵蚀的沟坡地均有植被。
而桥子西沟流域为非治理流域,林草植被占总面积的16.51%,难以发挥效益。
从坡面不同地块侵蚀量来看,土地利用方式不同,其侵蚀量有明显差异:(1)休闲地。
休闲地指麦收后伏耕的休闲地,由于其地表疏松、裸露,是这次暴雨侵蚀的主要产地。
实测资料显示,休闲地坡面浅沟侵蚀平均深0.15m ,宽0.19m ,侵蚀量20.1m 3/hm 2;细沟平均深0.10m ,宽0.08m ,细沟侵蚀图2桥子东、西沟流域1990.6.30输沙过程图Fig.2The sediment transportation process in Qiaozidongand Qiaozixi watershed on J une 30,1990量110.05m 3/hm 2。
休闲地侵蚀总量为130.15m 3/hm 2,其中细沟侵蚀占85%,浅沟侵蚀占15%。
(2)大秋作物地。
大秋作物主要是玉米、马铃薯和荞麦地。
浅沟平均深0.09m ,宽0.14m ,浅沟侵蚀量12.51m 3/hm 2;细沟平均深度0.07m ,平均宽0.08m ,细沟侵蚀量70.035m 3/hm 2。
大秋作物地侵蚀总量为82.545m 3/hm 2,其中,细沟侵蚀占85%。
浅沟侵蚀占15%。
(3)林草地。
调查中发现林草地侵蚀轻微,这是由于暴雨时正值林草生长茂盛、植树郁闭较好,减小了雨水对地表的冲刷。
经对流域内小区实测资料计算,苜蓿小区土壤流失量为1.35m 3/hm 2,而刺槐林地小区侵蚀量为1.94m 3/hm 2。
林草地虽然侵蚀量小,但地面径流仍有发生,汇集水流对下游坡面和沟道仍有一定冲刷。
3植被对流域汇流过程的影响林草植被的水土保持功能主要体现在:植被冠层及地被物的截留,减小了产生径流的净雨量,同时消弱雨滴动能,减少雨滴击溅侵蚀;地被物层对汇流有延长作用,使地表径流速率减小,增加了径流下渗的时间,使地表径流量减小,地下径流和地表径流的比例变大,径流的侵蚀能量减少,从本质上削弱了径流冲刷挟沙的能力;植物根系改良土壤结构,提高土壤的抗冲和抗蚀性,增加土壤的下渗能力。
这些功能极大地促进了植被保持水土的功能,发挥了植被涵养水源,改善生态环境的作用。
・661・干 旱 区 资 源 与 环 境第19卷3.1林冠截留降雨林冠截留是林冠在短时间内截留并释放出雨水的现象,与土壤的渗透现象很相似,即当降雨进入林冠后,产生初始截留强度;当林冠饱和后,仍有一定的截留能力,称最终截留强度或稳定截留强度。
可采用霍顿(Horton)的入渗方程来描述林冠截留过程。
把降雨中任意时间的林冠截留量叫做截留强度,以i pi(mm/h)表示,则有:i pi=i pc+(i p0-i pc)e at(1)式中,i pc为最终截留强度(mm/h);i p0为初始截留强度(mm/h);a是林冠特性系数,即衰减系数。
林冠初始截留i p0即为降雨开始时林冠对雨水的捕捉量,与雨强和郁闭度有关。
i pc是在林冠吸附雨水达到饱和后,降雨持续进行时的截留强度。
据研究,一般在有20—30mm的降雨情况下,林冠可达到饱和。
最终截留强度i pc和衰减系数a的值与降雨强度和郁闭度等因素有关,根据试验观测得到。
3.2 林地土壤入渗在林地内,由于根系和枯枝落叶的作用,林下土壤结构性良好,孔隙度增大,促进了入渗率的提高。
林地土壤入渗量计算可采用物理概念明晰的Green Ampt入渗方程表示:f=dFdt=K[1+(θs-θi)S F/F)(2)F=K t+S F(θs-θi)ln[1+FS F(θs-θi)](3)式中:f为入渗率;F为累积入渗量:K为饱和导水率;t为时间;S F为湿润锋面处土壤水吸力;θs为饱和含水率;θi为初始含水率。
3.3林地地表径流将流域根据地形、土壤、植被等下垫面状况,在DEM图的基础上,建立基本土地功能单元,分别对每一个单元的地表径流汇流情况进行计算。
流域上每个单元的地表径流计算采用水量连续平衡方程(Beasely etal.)表示为:dWdt=W i-W0(4)式中:W为单元中所滞留的水量,即某一时刻该单元上产生地表径流的水量;t为时间;W i为进入单元格的水量;W0为流出单元格的水量。
进入单元格的水量W i包括净雨量和从相邻单元流入当前单元的水量之和,可表示为:W i=I(i,t)ΔtΔx2+ΣQ(up,t-Δt)Δt(5)式中:I(i,t)为当前时刻降雨强度,在林地中为扣除林冠载留后到达林地的雨强;Q(up,t-Δt)为Δt时刻前周边相邻单元流入当前单元的流量,与各地块地被物状况有关。
流出单元格的水量W0包括土壤入渗量和进入下一相邻单元的水量,可表示为W0=f(i,t)ΔtΔx2+Q(i,t)Δt(6)式中:f(i,t)为当前时刻的土壤入渗强度;Q(i,t)为当前时刻流出单元的流量。
在式(5)中,到达林地表面的I(i,t)值与地表植被状况有关,对于林地,由于林冠作用,I(i,t)较裸地大大减少,因此I(i,t)ΔtΔx2减少,而ΣQ(up,t-Δt)Δt与汇入该地块周边地块的地表状况有关。