坡面土壤养分与降雨_径流的相互作用机理及模型
WEPP模型
WEPP 模型（water erosion prediction project ）是1986年美国农业部等4家单位开始联合开发的新一代基于物理过程的土壤侵蚀预报摩蝎，也是一个逐日预报土壤侵蚀和泥沙输移的模型。
该模型分为3个版本：坡面版本、流域版本和网络版本83]。
其中坡面模型是其基本模型。
WEPP 使用运动波模型计算产流过程，方程的求解使用一种半解析法或更简单的近似方法以节省计算时间。
WEPP 的坡面土壤计算用两种方式表达：（1）在沟间坡面上，土壤颗粒由于雨滴的打击和片流的作用而剥离；（2）在沟内，土壤颗粒由于集中水流的作用而剥离、运输或沉积。
侵蚀计算以单位坡面为基础。
描述坡面侵蚀过程中泥沙运动是基于稳态的泥沙连续方程：r i dGD D dx=+ （24） 式中，x 为坡面向下的距离，G 为单位宽度斜坡的土壤流失量（kg •s -1•m -1），i D 为雨滴造成的沟间泥沙向沟内的输运量（kg •s -1•m -2），r D 为细沟内侵蚀量，其中：1r c c G D D T ⎛⎫=- ⎪⎝⎭（25）式中，c T 为水流的单宽输沙能力（kg •s -1•m -1），在WEPP 中由于3/2c t T K τ=确定，这里t K 为泥沙搬运系数（m 0.5•s 2•kg -0.5），τ为水流切向应力（Pa ）；c D 为沟中水流玻璃土壤的能力，()c c D K τττ=-，其中τ为水流对土壤的剪切应力，c τ为土壤的临界抗剪切应力，K τ为沟内可侵蚀性参数。
2i i f e e D K S I G C = （26）这里i K 为沟间土壤可侵蚀性参数（kg •s -1•m -4），f S 为坡度校正因子，I 为雨强，e G 、e C 为植物、碎石的保护作用。
总的土壤侵蚀方程为;2()1r c i f e e c dGG K K S I G C dx T ττ⎛⎫=--+ ⎪⎝⎭(27) 做如下列变量代换：122()r c cc i f e e K a T m T a K S I G C ττ-⎫=⎪⎪⎪=⎬⎪=⎪⎪⎭ （28）将（28）式代入式（27）并进行求解并在0x =处泰勒展开截至4次项，得到：43212111111()()()()12462ma a a x a x a x c G x a x a a ⎛⎫+≈+-+-+ ⎪⎝⎭（29）43212111111()()()()12462ma a a x a x a x c G x a x a a ⎛⎫+≈--+-+ ⎪⎝⎭（29-1）做如下列变量代换：120411312213124()24124ma a b ca b a b a b a +⎫=⎪⎪⎪=-⎪⎪⎬⎪=⎪⎪⎪=-⎪⎭ （30）120411312213124()24124ma a b ca b a b a b a +⎫=-⎪⎪⎪=-⎪⎪⎬⎪=⎪⎪⎪=-⎪⎭ （30-1）则有：()343213210()24ca G x x b x b x b x b =++++ （31） ()343213210()24ca G x x b x b x b x b =-++++ （31-1） 对式（31）（或（31-1））进行一次对x 微分则有()3321321()432024ca G x x b x b x b '=+++= （32） ()3321321()432024ca G x x b x b x b '=-+++= （32-1） 取32321311()0424F x x b x b x b '=+++=，则()G x 与()F x 有相同的函数性质。
坡地土壤侵蚀与氮素迁移转化规律研究
侵蚀 区生 态 环境 恶化 。 自坡 耕 地土 壤养 分流 失受 到广
泛关 注 以来 ， 国内外 学者对 坡 面降雨 人 渗 、 产 流 和土壤
侵蚀 泥沙 与 坡面养 分 流失 之 间的相互 关 系进 行 了大量
研究 ， 尤 其是 运用 数 学 模 型 ， 从 土 壤 侵蚀 、 土 壤 氮素 流
素按 流失 方式 可分 为侵 蚀泥 沙 和径流 携带 。前 者养 分
多 为可矿 化 的养分 ， 而 后者 主要 是可 溶性 养分 ， 二者因 地表 状况 的不 同 而在 坡 面 养 分 流 失 中所 起 的作 用 不
同 。如黄 丽 等认为 三峡 库 区紫 色土坡 地土 壤养 分 主要
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ９—２１
基金项 目： 国家 科技 重 大 专 项 专 题 “ 水库 型 流 域 水 质 安 全 面 源 污 染 特 征 分 析 ” （ ２ ０ １ ２ Ｚ Ｘ ０ ７ ５ ０ ３—０ ０ ２— ０ ３ ） ； 国 家 自然科 学 基 金 资
助 项 目“ 紫 色土 坡 耕 地 壤 中流 养分 输 出机 制 及 模 型研 究 ” （ ４ ０ ９ ０ １ １ ３ ５ ） 作者简介 ： 钱 峰 ， 男， 硕 士研 究 生 ， 主要 从 事 土壤 侵 蚀 与 养 分 流 失 方 面的 研 究 。Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： ｑ ｉ ａ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ ＠ｗ ｈ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｅ ｎ
坡 地 土壤 侵 蚀 与氮 素迁 移 转 化规 律 研究
钱 峰 ， 丁 文 峰， 刘 静 君
（ 长 江 科 学 院 水 土 保 持 研 究所 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ０ ）
摘 要： 研 究坡 地 土壤 氮 素 迁 移 转化 的 过 程 具 有 重 要 的 科 学理 论 意 义 和 工 程 应 用 价 值 。 结合 目前 国 内外研 究 现
西农水保所专业课(土壤)笔试复习题2013年-2015年
2015西农水保所复试笔试真题一、专业基础题1、表征土壤侵蚀强度的指标是什么？（土壤侵蚀模数及侵蚀深、沟谷密度及地表割裂度）水力侵蚀强度有平均侵蚀模数、平均流失厚度。
其中面蚀（片蚀）的土壤侵蚀强度可用地面坡度和非耕地林草盖度表征，沟蚀的可用沟谷占坡面面积比和沟壑密度表征。
土壤侵蚀强度分级，应以年平均侵蚀模数为判别指标。
只在缺少实测及调查侵蚀模数资料时，可在经过分析后，运用有关侵蚀方式（面蚀、沟蚀）的指标进行分级，各分级的侵蚀模数与土壤水力侵蚀强度分级相同。
重力侵蚀强度可以崩塌面积占坡面面积比表示。
表征风力侵蚀强度的指标有侵蚀模数、风蚀厚度、植被覆盖度、床面形态（地表形态）。
泥石流用单位面积年平均冲出量为判别指标。
2、什么是最大30分钟降雨强度？此次暴雨强度中强度最大的30分钟的降雨强度（mm/h）3、什么是洪峰流量？当发生暴雨或融雪时，在流域各处所形成的径流，都依其远近先后汇入河槽，这时河水流量开始增加，水位相应上涨。
随着汇入河网的径流从上游向下游汇集，河水流量继续增大。
当流域大部分高强度的径流汇入时，河水流量增至最大值，称此时流量为洪峰流量，单位为立方米/秒4、简要列举侵蚀沟体积的测定方法？容积法、填土法、摄影测量法和自动细沟量测仪法，其中后两种方法主要适用于小区试验研究。
5、简述标准径流小区的定义和要素条件？（坡长22.13m，坡宽1.83m，坡度9%，完全休闲，无植被，无水保措施）6、请问什么是养分浓度？其值能否进行平均？为什么？单位质量物质中养分的的质量其养分浓度不能进行平均，因为不同的植物在某一特定的生育阶段，植物正常生长发育所必须的养分数量和比例的范围是不同的。
如果测定不同植物体内养分浓度的值将其平均，就无法判断某一个植物是否缺乏某种营养元素，不能作为度量的标准。
7、请问什么是水土保持保护性耕作措施？并列出两种以上（含两种）措施？为了达到保护耕地最大限度的降低水土流失，改善生态环境，实现水土保持效益，而根据不同地域因地制宜的耕作措施。
水土流失的主要原因与形式
人为因素
人为因素：人类对土地不合理的利用、破坏 了地面植被和稳定的地形，以致造成严重 的水土流失。
+ ①植被的破坏 + ②不合理的耕作制度 + ③开矿
水土流失的形式
概述：划分土壤侵蚀类型的目的在于反映和 揭示不同类型的侵蚀特征及其区域分异规 律，以便采取适当措施防止或减轻侵蚀危 害。土壤侵蚀类型的划分以外力性质为依 据，通常分为水力侵蚀、重力侵蚀、冻融 侵蚀和风力侵蚀等。其中水力侵蚀是最主 要的一种形式，习惯上称为水土流失。水 力侵蚀分为面蚀和沟蚀，重力侵蚀表现为 滑坡、崩塌和山剥皮，风力侵蚀分悬移风 蚀和推移风蚀。
水土流失的危害
+ 1破坏土壤的肥力 土壤肥力下降 ，水土流失可 使大量肥沃的表层土壤丧失【 7 1。据统计 ，我 国每年流失土壤约5O 亿t，损失N 、P 、K 元素约 4 000多万t。土壤是人类生存所必需的绿色植物 生长 的基 础 。肥沃 的土 壤 ，能够 不 断供 应和
调 节植 物正常生长所需要的水分、养分 (如腐殖 质 、氮 、磷 、钾等) 、空气和 热量 。裸 露坡 地 一 经 暴雨 冲刷 ，就 会使 含腐 殖质 多 的表层土
壤流失 ，造成土壤肥力下降。据实验分析 当表
层 腐殖质含量为2％～3％时 ，如果流失土层lCm ， 那么每年每 平 方公里 的 地上 就要 流失 腐殖 质
200t，同时 带 走6 ～ l 5t氮、 10 ～15t磷200 ～ 300t$~ 。
+ 2泥沙淤积，加剧洪涝灾害
+ 由于上 游流域水土流失 ，汇人河 道 的 泥沙量增大 ，当挟带泥沙的河水流经中， 下游河床、水库、河道，流速降低 ，时 泥 沙就逐渐 沉降淤积 ，使得水库淤浅而减小 容量 ，河道 阻塞而缩短通航里程 ，严重影 响水利工程和航运事业
暴雨条件下典型南方红壤区生物结皮坡面水土流失过程研究
暴雨条件下典型南方红壤区生物结皮坡面水土流失过程研究摘要：为深入探讨生物结皮对典型南方红壤区坡面水土的影响机制以及两者之间的关系，以15°坡为例，对四种生物结皮覆盖度（10%、30%、50%、70%）的花岗岩红壤坡面进行模拟降雨试验，研究生物结皮坡面的土壤物理特性、坡面产流特征、坡面产沙特征等内容，并分析坡面生物结皮覆盖度与坡面水土流失机制的关系。
结果表明：在暴雨条件下，生物结皮能有效提升土壤稳定性以及抗蚀性。
在不同种类生物结皮坡面下，不断增大生物结皮盖度能显著减小穿透阻力和土壤容重，有效提升土壤黏度，并且进一步减缓水土流失现象。
通过分析得出，不断提升生物结皮覆盖率能有效降低雨滴侵蚀，改善土壤结构，充分发挥坡面养水能力，发挥减流减沙作用，这为减少南方红壤区坡面水土流失提供相应依据。
关键词：暴雨条件下；南方红壤区；生物结皮坡面；水土流失引言：南方红壤区因降雨量大、地形起伏大、扰动频繁，是我国水土流失严重的区域之一。
土壤生物结皮的存在能改变表土性质、影响产流时间、径流量等，从而成为土壤侵蚀领域的重要研究内容之一[1]。
研究生物结皮对坡面水土流失现象主要集中在半干旱或者干旱地区，而研究南方红壤区生物结皮相对较少。
同时，生物结皮覆盖度是否通过改变土壤属性影响坡面水土流失方面研究不足。
因此，以南方红壤区某小流域生物结皮坡面为对象，在暴雨条件下不同覆盖度对土壤侵蚀的影响，揭示其作用机理，对明确生物结皮的水土保持功能，提高该地区坡面生物结皮土壤水土流失预报的准确性具有重要意义。
1生物结皮在红壤区中重要性生物土壤表皮结构主要被称为生物表皮，主要由是由地衣生物、藻类生物以及苔藓生物等部分以及其代谢产物构成，其与土壤颗粒捆绑、胶结组成一种较为复杂结构体。
结皮生物组成结构在光热、水分等比较恶劣条件下，表现为较强生命活性和忍耐力，并广泛存在于不同地域、不同气候区[2]。
生物结皮的分布主要受土壤、水分、干扰、海拔、地形、维管束植物群落和微环境等系列环境条件影响，其中受降雨特征和气温条件影响最为明显[3]。
坡面径流动力学
坡面径流动力学坡面径流动力学是研究降雨、雪融后水在地表逐渐形成汇流、形成河流或沟壑流域的过程的学科。
它是水文学、土壤学和地貌学等跨学科领域的一个分支。
本文将从几个方面分步骤阐述坡面径流动力学的相关内容。
一、坡面径流的形成及机理在自然界中，降雨或雪融后的水在土体中可分为三部分：渗透水、地下径流和地面径流。
其中地面径流就是坡面径流。
坡面径流的形成机理主要有两个：一是由于地表土壤水分容量“饱和度”达到一定程度而被无法渗透的地下土层“推出”形成的；二是由于恶劣的地形条件，使构成流域的地面高差较大，导致雨水迅速汇聚形成的。
二、坡面径流的演化过程坡面径流的演化过程可以分为三个阶段，即初始、发展和定常阶段。
初始阶段是指刚刚开始下雨时，地表的土壤是湿润的，但还没有达到饱和状态，此时的坡面径流主要是渗透流。
发展阶段是指土壤饱和，并且地表上有一定的积水，此时的坡面径流主要是渗透流和流行流。
定常阶段是指降雨维持一定时间后，土壤等因素已经经过了一定的“沉淀”，此时坡面径流的形成和消失已经趋于稳定。
三、坡面径流的形态根据其流速和流量大小的不同，坡面径流可以分为细沟流、界沟流和汇流流。
其中细沟流是指在降雨初期，地表积水还没有形成时，径流在坡面上以细微的沟床形式流动。
界沟流是指在积水发育的情况下，径流在坡面上形成了开放的、相对较宽的小型河道。
汇流流是指在一个小流域中，土壤裸露的坡面上形成的较大、深沟的径流系统。
四、影响坡面径流的因素影响坡面径流的因素主要有：降雨量、土壤类型、土壤含水量、坡度和坡向、植被覆盖情况、地面形态和水文特征等。
其中，降雨量是影响最为显著的因素，其次是土地类型、坡度和坡向以及地面形态。
五、坡面径流的意义和应用坡面径流在水文领域中具有重要意义，通过研究坡面径流运动规律，可以为水文模型的建立和水文预测技术的改进提供依据。
此外，坡面径流与水土流失、水资源管理、灾害防范和环境调查等领域也有着密切的联系。
总之，坡面径流动力学对于我们研究和管理水资源以及预防水灾等方面都具有重要的价值。
水土保持复习资料
一、名词解释：1.有效防风距离：在林带防风距离内，能够有效地起到防护作用的距离即为有效防护距离。
它可分为相对和绝对有效防护距离。
2.水土保持林：是在水土流失地区营造的以减缓地表径流和土壤冲刷，减少江河库塘泥沙淤积，保持和恢复土地肥力，增加植被改善生态环境，促进农业稳定高产，保障交通、水利、水保工程安全的一种防护林。
3.林带结构：指林带内树木枝叶的密集程度和分布状况，亦即林带侧面透光孔隙的多少及分布状况。
4.坡式梯田：在坡面上每隔一定距离，沿等高线开沟筑埂，将坡面分割成若干等高带状的坡段，用来截短坡长拦蓄部分径流，减轻土壤侵蚀。
除开沟筑埂部位改变了小地形，其余坡面仍保持原状，故称坡式梯田。
5.林带胁地：在林带使附近农作物生长发育不良而造成减产，这种现象即为林带胁地。
产生胁地的主要原因有：①林带树木根系向农田延伸，夺走了一部分水分和养分；②林带树冠遮荫，影响了林带附近农作物的光合作用。
6.自然侵蚀：在自然状态没有人类活动干预的情况下，纯粹由自然因素引起的地表侵蚀过程。
加速侵蚀：随着人类的出现，人类活动破坏了自然状态，加快和扩大了某些自然因素作用所引起的地表土壤移动过程，直接或间接地加快了土壤侵蚀速度，使侵蚀作用大于土壤形成的速度，导致土壤肥力每况愈下，理化性质变劣，甚至使土壤遭到严重破坏。
7.层状侵蚀：又称“片状侵蚀”，当降水在坡面上发生溅蚀，降雨强度超过渗透速率时，地面形成泥沙浑浊的薄层水流，把土壤可溶性物质及比较细小的土粒以悬移方式带走，使整个坡地土层均匀减薄。
细沟状侵蚀：在较陡的坡耕地上，暴雨过后，坡面被小股径流冲刷，形成许多细密的小沟，这些细沟基本上沿着流线的方向分布。
8.重力侵蚀：以重力作用为主引起的土壤侵蚀。
重力侵蚀的发生，是在其它外营力特别是水力侵蚀的共同作用下，以重力为其直接原因所引起的地表物质移动形式。
以重力为主要动力的侵蚀形态主要有陷穴、泻溜、崩塌和滑坡等。
9.土壤侵蚀广度：指水土流失面积占总土地面积的百分数。
降雨对坡面产沙及土壤养分流失的影响研究
ｌ ｓｈ ｄ ｓ ｆｅ ｃ ａ ｇ ｅ ｄ ｗ ｔ ０ ｓ ａ ｏ ａ１ ｈ ｅｔ ｎ ｈ Ｉ ． ｌ ｎ ｒ ｉ ３
Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：ｒｉｆｌ；ｓｏ ｐｎ ａ ｄ；ｓ ｄｍｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｔｌｓ ａｎ ａｌ ｌｐ ｉｇ ｌｎ ｅ ｉ ｎ ； ｕｒ ｎ ｏｓ ｉ
坡 地土壤 养 分流 失 与土 壤 侵蚀 发生 过程 及 面源 污染的产 生息息相关 。伴 随着土壤侵蚀 ， 附 着在 土壤颗 粒表 面 上 的各种 养 分 随之 流失 。坡 地降雨发 生过程 ， 土壤养 分流失途 径主要为径 流 泥沙携 带和 径流水 携 带 ， 、 氮 磷流 失 的 ６ ％以上 ０ 是 通过 泥沙 带走 的 ， 分氮 、 以液态 形式 随地 部 磷
区进行试验。结果表 明， 采用玉米顺垄耕作坡面产沙量 同 关 系最为密切 ， 产沙量随 的增大而增多 ； 采用玉米横垄 的耕作方式时 ， 坡面产沙量 同降雨量和 降雨强度没有 明显的变化规律 。降雨量对径流 中土壤养 分流失量 的影 响不 明
显， 而径 流 中土 壤 养分 流失 量 同 的增 减 则 表 现 出相 同 的 变化 趋 势 。
ｄｆ ｒｎ ａ ｆｌ ｉｔｎｉｅ ｉ ｉｅｅｔ ｕ ｏ ｂ ｓ ｆｔｅｆ ｌ ｃｕ ｎ ｘｅｉ ｎ ｅｓ ｄｒ ｌｔ ｉ ｉ ｓ ｄ ．Ｔ ｅｒｓｌ ｉｅｅｔｒｉ ａ ｎｅｓｔ ｓｗｔ ｄ ｒｎ ｎ ｆ ｙｕｅｏ ｈ ｅｄｓｏｔ ｇｅ ｐｒ ｎ ｌ ｉ ｈ ｆ ｒ ｉ ｉ ｍｅｔ ｉ ｔ ｔ ａｄｐｏｓ ｎｔ ｓ ｔ ｙ ｈ ｅｕｔ ｓ ｎｈ ａ ｎ ｈ ｕ ｓ
第２ ５卷 第 ｌ 期 ２１ 年 ３ ０１ 月
Ａ ｄ Ｅ 干 ｏ ｍｅ ｔ 测 ｏ ｉ ｉ ｒ ｎ ｉ ｎ ｎ ｌＭｏ ｉ ｒ ｇ ｖ 旱环 境 监 ｎｔ ｎ ｒ ａ
基于SCS-CN模型的陕南地区坡地径流预测
基于SCS-CN模型的陕南地区坡地径流预测刘泉;任三强;黄文军【摘要】地表径流是引起坡面土壤和养分流失的主要动力,寻求有效途径对降雨径流进行科学预测,是陕南地区农业面源污染防治的基础.本文选取后沟小流域8个不同坡度和面积的径流小区,结合2011-2012年汛期的6场降雨产流的实测数据,评价陕南地区坡耕地基于SCS-CN模型的适用性,并考虑降雨量影响的基础上对径流曲线数CN和初损系数L进行修正.结果表明,陕南地区小流域坡耕地初损参数λ为0.1 ～0.4.随着L的变化对CN进行修正,确定CN值为58.选取的8个径流小区中,利用SCS-CN模型的模拟效果较好,径流量模拟值变化趋势与实测值一致,降雨径流量模拟值与实测值进行相关分析,计算得到两者的相关性均达到极显著相关.6场降雨事件径流模拟值与实测值分别为8 082.3 L和7419.8 L,相对误差为8.8％.该研究结果可为陕南地区降雨径流预测及面源污染防治提供参考.【期刊名称】《绵阳师范学院学报》【年(卷),期】2016(035)011【总页数】7页(P84-90)【关键词】SCS-CN模型;径流预测;初损系数;陕南地区【作者】刘泉;任三强;黄文军【作者单位】绵阳师范学院资源环境工程学院,四川绵阳621006;石泉县水利局,陕西安康725200;绵阳师范学院资源环境工程学院,四川绵阳621006【正文语种】中文【中图分类】S157.1;P33陕南地区是我国南水北调的重要水源区，属典型的秦巴土石山区，山高坡陡，土薄石厚，降雨量大而且集中，为中度水土流失区，坡耕地抗蚀性差，土壤侵蚀模数大，是南水北调(中线工程)水源区泥沙的主要来源之一[1].地表径流是该地区坡耕地土壤侵蚀主要驱动力，同时农业面源污染(如氮、磷等)随着径流和泥沙进入丹汉江水库，直接影响南水北调工程水体质量[2].因此，预测不同下垫面条件的径流量是估算农业面源污染物流失负荷的基础，同时，对长江中上游地区坡耕地治理和农业面源污染控制措施制定具有重要参考价值.建立合理的产流模型是预测地表径流的关键.许多学者从土壤入渗-产流机理角度提出了Philip二项式、Green-Ampt下渗方程和Horton入渗公式等[3-4]估算坡面产流过程的模型，这些模型在有效估算径流量方面取得一系列科研成果，但由于需要大量的输入参数和长期的观测资料，导致上述模型难以广泛应用[5].根据美国东部平原的气候特征及多年水文径流资料，美国农业部研发了径流曲线模型(SCS-CN模型)，该模型结构简单、所需参数少、模拟结果准确度高，被水土保持工作者广泛用于次降雨地表径流及过程的预测[5].虽然SCS-CN模型在川中丘陵区紫色土坡耕地的应用得到验证[6]，但并未考虑微地形条件和下垫面因素的影响.本文利用不同坡长和植被类型的陕南后沟小流域坡耕地降雨径流的观测资料，对SCS-CN 模型在陕南地区小流域的实用性进行评价，并考虑降雨量影响，结合该地区土壤的降雨入渗特征，对SCS-CN模型的初损系数(Ia)进行修正，为SCS-CN 模型在陕南地区径流量的预报及区域面源污染的监测评估提供参考.SCS-CN模型在实际应用方面考虑了土壤类型、土地利用、植被覆盖、坡度和前期水文条件等因素对流域产流的影响，能够较好地反映地表径流生成的真实过程，满足水文信息对流域管理的需求[7]；同时，SCS-CN模型将多种环境因子归结为径流曲线数CN，根据降雨量和实测径流量，比较容易实现对径流曲线数CN的率定.由于SCS-CN模型是基于小流域实验观测数据得出，因此，模型应用在后沟小流域是可行的，关键在于参量CN值能否准确反映后沟小流域的地形地貌特征，是否会影响径流量的输出精度.虽然美国农业部提供了基于土地利用条件、土壤类型、植被覆盖度和前期水文条件分异的CN值查找表，但由于美国东部平原区与陕南地区的环境条件存在着下垫面资料不一致性的情况，不同程度地影响了结果输出精度. 根据实际情况，我国科研工作者根据SCS-CN模型产流机制原理推导CN值计算式[8]，根据研究区实际观测的降雨资料和径流数据率定CN值，然后对研究区范围内进行径流过程验证，为SCS-CN模型应用于我国小流域降雨-径流模拟提供了一种新思路.SCS-CN模型对小流域降雨-产流过程进行基本假设，即实际入渗量F与实际径流量Q比值等同于潜在下渗量S与潜在径流量Qm比值，计算公式(1).SCS-CN模型采用初损系数Iα描述降雨量在植被截留、初渗和填洼过程中消耗的部分，用以表征潜在径流发生的过程机制.因此，潜在径流流量Qm等于降雨量P 与初损系数Iα差值，计算公式(2).Qm=P-IαF为“后损”，是土壤的实际入渗量.指降雨量满足初损过程后，未能参与地表产流而损失的部分.潜在下渗量S为土壤实际入渗量F的最大值.若不考虑降雨过程中水分蒸发量，实际入渗量F即为降雨量P减去实际径流量Q和初损系数Iα，计算公式(3).F=P-Iα-Q因此，根据公式(1)、(2)和(3)得出地表径流计算公式(4)和(5).即:根据土壤最大可能入渗量S与初损系数Iα呈正比例关系，由于Iα受土地利用、耕作条件和植被类型等因素影响，因此，通过分析长期的实验结果，美国农业部提出Iα与S最佳比例系数，即初损参数λ为0.2[9]，即:Iα=0.2S由式(5)、(6)则得到SCS-CN模型的常用方程(7)和(8)Q=0为了估计土壤最大可能入渗量S，SCS-CN模型提出表征降雨前土壤特征的一个综合参数，即径流曲线数CN，则：根据公式(9)分析，CN值越小，越不容易产生地表径流.而土壤类型、土壤前期湿度、植被覆盖类型、农田管理状况等因素决定CN值的大小.根据公式(9)可知，CN理论取值范围在0～100之间，但从陕南地区坡耕地农田管理条件分析，CN值范围在30～100之间变化[10].参考土壤质地将土壤划分为 A，B，C，D四种类型，并根据土壤特性确定CN值.根据SCS-CN模型的要求，A、B、C、D 四类土壤类型，土壤渗透性依次减小[6]. 由于地表产流受到前期降水的影响，SCS-CN模型引入前期降水指数API，公式为(10)：式中，pi为降雨过程发生之前最近5d的降雨量(mm).根据前期降水指数API，降水前期土壤水分可分为Ⅰ(干燥)、Ⅱ(中等)、Ⅲ(湿润)3种类型(表1).Ⅰ：土壤水分低，但未到达植物凋萎点，仍具有良好的耕种条件.Ⅱ：流域洪水出现前夕土壤水分状况.Ⅲ：暴雨前5d之内有降雨出现，土壤基本呈现水分饱和情况.调查流域土地利用、土壤水文组成和前期湿度条件，根据美国农业部提出的CN表，查找确定研究区域CN值.若Ⅱ的CN已知，条件Ⅰ和Ⅲ的径流曲线数CN根据公式(11)和(12)计算.CN(Ⅰ)CN(Ⅲ)2.1 研究区概况研究区位于陕南地区石泉县后沟小流域(33°04' 19"N，108°12' 27"E)，小流域面积为8.21 km2，属于南水北调中线工程汉江水源区，地形为秦岭低山丘陵区，该地区年平均气温14.6 ℃，年平均降雨量877.1 mm，属于北亚热带季风气候.土壤多呈中性至弱酸性，通透性能较好[11].小流域主要种植水稻、玉米、花生和蔬菜为主，坡地主要种植柏树、桃树、桑树等.后沟小流域土壤类型、气候条件和农业耕作模式为陕南地区典型代表.陕西省水土保持局为监测该地区农业面源污染情况，2010年在后沟小流域修建26个径流小区，坡度为5°～25°之间，面积为5～100 m2.根据当地耕作习惯，径流小区Q01-Q08内作物类型符合当地的种植模式，但是径流小区覆盖度各不相同(表2).本文试验过程中所选取的降雨事件发生前5 d无降雨过程，因此，本文选择2011年4场降雨事件和2012年的2场降雨资料，分别是：20110728、20110803、20110905、20110916和20120625、20120831共6场降雨事件，降雨量分别为133.6、66、67、101.2、48、77.6 mm.2.2 SCS-CN模型的应用前期损失量的修正.陕南地区降雨径流损失部分主要涉及填洼、下渗和植被截留.由于SCS-CN模型的试验地降水年内分布均匀，而陕南地区降雨量主要集中在汛期的6-9月份，尤其是7、8月份，该期间土壤水分基本达到饱和，下渗雨量相对较少，所以模型应用过程中，Iα取值区间为0.1～0.4S，6-9月份分别取0.1、0.15、0.2、0.35进行修正.CN值的修正.结合陕南地区后沟小流域土壤资料，试验区土壤水文组近似为C组类型，根据试验小区汛期植被的覆盖情况和SCS-CN模型提供的CN查找表，按照后沟小流域设定的8个径流小区前5d是否有降水，最后确定6场降雨土壤前期湿润程度为CN(Ⅱ).根据SCS 表查得CN值，选取6场降雨随着Iα的变化进行CN修正，确定CN值为58.利用SCS-CN模型对试验小区径流量模拟值(表3)与实测值作对比(图1)，选取的8个径流小区中，利用SCS-CN模型对6次典型降雨事件径流量模拟效果均较好，模拟值与实测值变化趋势基本一致，两者的相关性达到极显著相关(p<0.01).对6场典型降雨事件径流量实测值与模拟值相对误差计算(表3)，结果发现，20110728和20110803降雨事件中相对误差较大(>10%)，分别达到19.8%和14.1%；20120831降雨事件中，相对误差较小，仅为-3.2%，6场典型降雨事件径流模拟值与实测值总量分别为8 082.3L和7 419.8L，相对误差为 8.8%.由图1看出，虽然Q01、Q04、Q05、Q08四个径流小区径流量模拟效果差一些，但结果也在误差允许范围之内；而其余四个径流小区的模拟效果较好，而且2011年4场降雨事件中实测值与模拟值误差大，由于2011年径流小区投入使用，土壤物理性状没有恢复到原土状态，而且在2011年汛期初期阶段气候干旱，土壤含水量较低，植被覆盖度变化快，对降雨的入渗和截留差别较大，影响实测值精确性[12]，如果将所选择的径流小区放大到小流域范围，相对误差若能控制在10%以内，说明SCS-CN模型对陕南小流域仍然具有适用性.20110728和20110916两场降雨事件，降雨历时长，雨量大，径流小区径流初损系数相应增大，初损参数λ为0.3时，小区内径流实测值和径流量计算值接近，此时，CN值取58比较合适；20120625降雨事件，降雨历时长，雨强小，初损参数λ定为0.1～0.15.若初损参数λ设置为0.2～0.4，径流量计算值会与径流量实测值相对误差较大，综合考虑陕南地区径流小区CN值取58，径流量实测值与径流量模拟值相对误差较小.Q01、Q04、Q05、Q08四个径流小区降雨径流量模拟效果，应根据坡度和植被覆盖度引起参数值变化进行细化，能够达到理想的模拟效果；其余四个径流小区的坡长变长，相应的初损参数λ调整为0.1～0.2，CN值调整为58～60，取得了理想的模拟效果.(1)陕南地区小流域坡耕地初损参数λ为0.1～0.4.随着Iα的变化对CN进行修正，确定CN值为58.(2)在SCS-CN模型应用过程中，陕南地区Iα取值区间为 0.1～0.4S，6-9月份分别取0.1、0.15、0.2、0.35，能够满足陕南地区径流预测要求.(3)选取的8个径流小区中，径流量模拟值变化趋势与实测值基本一致，降雨径流量模拟值与实测值进行相关分析，两者均达到极显著相关(p<0.01)；6场降雨事件径流模拟值与实测值总量分别为8 082.3 L和7 419.8 L，相对误差为8.8%.【相关文献】[1] 张春玲,李娅妮.陕西省丹汉江流域水质现状及防护对策[J].水资源与水工程学报，2007，18(3)：87-90．[2] 王星，李占斌，李鹏，等.陕西省丹汉江流域面源污染现状及防治对策[J].水土保持通报,2011,31(6):186-189.[3] 符素华，刘宝元，吴敬东，等.北京地区坡面径流计算模型的比较研究[J].地理科学，2002，22(5)：604-609.[4] Wu T H,Hall J A,Bonta J V.Evaluation of runoff and erosion models[J].Journal of the Irrigation and Drainage Engineering,1993,119(2):364-382.[5] Mishra S K,Tyagi J V,Singh V P,et al.SCS-CN-based modeling of sedimentyield[J].Journal of Hydrology,2006,324(1/4):301-322.[6] 陈正维，刘兴年，朱波.基于SCS-CN模型的紫色土坡地径流预测[J].农业工程学报，2014，30(7)：72-81.[7] Mockus V.Estimation of total(and peak rates of)surface runoff for individualstorms.In:Interim Survey Report Grand(Neosho)River Watershed[M].Exhibit A of AppendixB.U.S.Dep.Agric.(.print.Office:Washington,D.C),1949.[8] 李常斌,秦将为,李金标.计算CN值及其在黄土高原典型流域降雨-径流模拟中的应用[J].干旱区资源与环境,2008,22(8):67-70.[9] 贺宝根,周乃晟,高效江,等.农田非点源污染研究中的降雨径流关系-SCS法的修正[J].环境科学研究,2001,14(3):49-52.[10] 房孝铎,王晓燕,欧洋.径流曲线数法(SCS法)在降雨径流量计算中的应用[J].首都师范大学学报(自然科学版),2007,28(1):89-92.[11] 刘泉，李占斌，李鹏，等.汉江水源区生态沟渠对径流氮、磷生态拦截效应研究[J].水土保持通报，2016,36(2)：54-58.[12] Liu Q，Li Z B，Li P.Effect of runoff dynamic on sediment and nitrogenlosses in an agricultural watershed of the southern Shaanxi Region,China[J].CLEAN-Soil,Air,Water,2014,42(1):56-63.。
降雨对滑坡的作用机理
降雨与滑坡的作用机理摘要：滑坡是我国危害程度仅次于地震的地质灾害，其中降雨型滑坡占滑坡总数的90%。
降雨是滑坡的重要诱发因素，研究降雨型滑坡中水与滑坡的作用机理具有重要的现实意义。
通过大量阅读文献，分析总结，从如下4方面论述降雨对滑坡失稳的激发作用：①降雨控制滑坡发育的力学机制②降雨对岩土体抗剪强度的影响③降雨强度、历时、型式对斜坡的影响④径流对坡面的侵蚀。
关键词：滑坡; 降雨; 作用机理作者简介：云山（1992-），男，呼伦贝尔人，中国地质大学硕士，从事地质工程研究。
Mechanism of rainfall and landslideAbstract：Landslide Is a geological disaster its damage after of the earthquake, Rainfall type landslide accounted for 90% of the total landslide .Rainfall is one of the important inducing factors of landslide,The study of the mechanism of water to the landslide has important practical significant through a lot of reading literature,I analyzed instability excitation function of rainfall on landslide from the following four aspects:(1)rainfall control mechanics mechanism of landslide development.(2)the influence on shear strength in geotechnical engineering (3)the influence of rainfall intensity, duration, type of slope runoff on the broken surface erosion (4) runoff on the broken surface erosion .Key words: landslide; rainfall; mechanism of action0引言：我国自然地理环境复杂，多山地、丘陵且普遍处于季风性气候，降雨集中，导致我国滑坡发生的规模大、数量多、分布广泛、危害严重等特点，是危害程度仅次于地震的地质灾害。
降雨坡面土壤养分流失影响因素研究综述
径流和侵蚀产沙的增量随雨强的增大而增大。
３ 地 表植 被对 土壤 养分流 失 的影 响
土壤 的质地 、 结构状况 、 隙度 、 孔 水分和温度状况 等直接影响土壤的氧化还原性和通气状况 ， 从而影响 土壤水分运行规律 以及土壤 中养分 的转化速率和存 在 状态 。 目 ， 前 有关土壤性质对坡地养分流失 的研究主要 集中在土壤颗粒组成方面。 黄丽等的研究结果表明泥
李鹏等［ ９ １ 采用野外模拟 冲刷试验 ， 对不 同处理条 件下草类植被坡面径流 的水力学特性 和侵蚀产沙规 律进行研究 。 结果表明 ： 在相同的试验条件下 ， 植被覆 盖度越高 ， 植被越完整 ， 表径流运动所遇到的阻力 地 也就越大 ， 阻滞 和拦蓄径流的能力也越强 ， 其 因而表 现出了坡面 的径流量 随着植被完整程度 的增加而增 加， 径流流速减缓 ， 径流含沙降低的趋势 。张兴 昌等 通过野外径流小区对 １ 种植被覆盖对土壤侵蚀和氮 ７
以上过程中 ，土壤养分 中的可溶性养分向雨水 中释 放， 吸附于土壤颗粒 中的养分也同时进行扩散 ， 结合
在 土 粒 表 面 中 的养 分 随不 同粒 径 的溅蚀 而 分 离 于 土
过一定限度时 ， 其侵蚀量与坡度成反 比， 明存在坡 说 度临界值 ， 称为 “ 侵蚀转折坡度值”许 多学者认为是 ，
降雨不仅是造成水土流失的驱动力 ， 也是造成坡 面土壤养分流失的主要因素 。降雨条件下 ， 土壤养分 的运移包含两个过程 ： 土壤内部的可溶性物质随人渗 的水分沿垂直方 向迁移 和土壤人渗养分随地表径流 迁移。土壤表层养分随径流迁移 的过程十分复杂 ， 其 影响因素很多 ， 主要有降雨 强 、 降雨历时 、 面坡度 、 地 土壤特性 、 地表植被等。
土壤水分运动对坡耕地养分流失影响研究综述
降雨条 件下 就不 同影 响 因素 展开 地表 径流 造成 的养 分 淋失 、 失 规 律 的研 究［ 流 ７ ， 通 常 把 淋 失 与 流 但 失分 开 研究 ， 使全 面评 估 农 田养 分 流失 对 面源 污 染
的影 响 受 到 局 限 。
２ 坡 耕 地 养 分 流 失 特 征 、 径 及 影 响 途 因 素研 究
院股份 公 司 ， 南 昆明 ６ ０ ５） 云 ５ ０ １
摘 要 ： 出 了早 期 对 坡 耕 地 养 分 流 失 的 研 究 主 要 集 中 于 地 表 径 流 对 其 的 影 响 ， 指 目前 关 注 于壤 中流 、 下 地 径 流 对 其 的研 究 。 在 总 结 坡 耕 地 养 分 流 失危 害 、 响 因 素 、 程 及 特 征 的 基 础 上 ， 点 综 合 分 析 了优 先 影 过 重
２１ 年 １ 月 ０１ ０
Ｊｕ ａｏ Ｇｅ ｉ ｃ ａｄ ｅ ｎｌ ｙ ｏｒ ｌｆ ｒ ｎ ｃｎｅ ｎ ｃ ｏ ｇ ｎ ｅ Ｓｅ Ｔ ｈ ｏ
绦 色科 技
第 １ Ｏ期
土壤水分运 动对坡耕 地养 分流失影 响研究综述
刘海， 陈奇伯 ， 玲 ， 周 唐佐芯
（ ． 南林 业 大 学 环境 科 学与 工程 学 院 ， 南 昆 明 ６ ０ ２ ；． 明有 色冶金 设计 研 究 １西 云 ５ ２４ ２ 昆
３ １ 优先 流对 坡耕 地养 分 流失 的影 响研 究 ．
优 先 流 是 近 年 来 针 对 土 壤 水 运 动 所 提 出 的 术 语 ， 一 种 较 为 常 见 的 快 速 非 平 衡 的 土 壤 水 分 运 动 是 形 式 ［ ＇ ， 为 快 速 到 达 深 层 土 壤 甚 至 地 下 的 非 均 ２ 作 。 匀 流 ， 大 地 影 响 了地 表 径 流 、 下 径 流 的 形 成 和 运 极 地 动 过 程 与 养 分 流 失 过 程 ， 发 泥 石 流 、 坡 及 崩 塌 等 诱 滑
降雨侵蚀力模型研究进展
降雨侵蚀力模型研究进展
降雨侵蚀力模型是研究降雨引起地表水流和土壤颗粒的运动和侵蚀能力的模型。
在自然界中，植被、地形、土壤和降雨等因素都会影响降雨侵蚀力的大小，因此，不同区域和不同时期的降雨侵蚀力也有所差异。
多年来，学者们通过对实测数据、地形和降雨等因素分析，发展出了一系列降雨侵蚀力模型。
其中最经典的有Morgan模型、USLE模型、RUSLE模型、WEPP模型等。
Morgan模型是最早被提出的降雨侵蚀力模型之一。
该模型采用海拔高度、覆盖度、坡度、土壤类型等因素来考虑地表侵蚀力，并建立了一个简单的计算公式。
这种模型适用于规模较小的研究，但在大规模区域，由于地形和植被的差异很大，其精度很难达到较高。
USLE模型则是在Morgan模型基础上更新迭代的一种模型，可以适用于更广泛的区域和不同程度的降雨侵蚀力研究。
该模型考虑了坡度、覆盖度、土壤侵蚀性、径流长度和降雨强度等因素，为研究者提供了更多的探究空间。
RUSLE模型则是在USLE模型上的改进，在USLE模型基础上加入了植被长短系数的考虑，更加全面地评估了不同覆盖度和不同类型的植被对降雨侵蚀力的影响。
WEPP模型则是一种基于物理机理的模型，这种模型可以考虑更多细节合理地模拟不同类型的降雨情况，使得研究者能更好地掌握降雨侵蚀力的运动规律和机理。
虽然这些模型各自有其研究区域和精度差异，但它们都在一定程度上揭示了降雨侵蚀力的运动规律。
降雨侵蚀力模型不仅可以在科学研究中得到应用，对于生态环境的保护和土地利用、治理的规划与管理也具有重要的实际意义。
黄土区坡地土壤水分运动与转化机理研究进展
降雨入渗及再分布
土壤水分运动与转化与降雨入渗、产流以及人渗后的再分布过程密切相关。降雨人渗是土壤水分的直接来
源，而人渗后的再分布过程则决定着不同时间和不同深度土壤保持的水量，直接影响植物的水分收支。 １．１入渗过程及再分布 入渗是指水分进入土壤的过程，是自然界水循环中的一个重要环节。一般降雨入渗开始时，土壤的入渗率 较高，尤其是初始干燥的土壤，但随后逐渐降低，并最终趋于一个稳定值。当降雨强度大于土壤入渗率时，地 表开始积水。以地表开始积水时间为界，可将降雨人渗过程划分为供水控制（或通量控制）阶段和土壤入渗能力 控制（或剖面控制）阶段Ｌ２ Ｊ。前一阶段为无压人渗或自由入渗，土壤人渗率等于降雨强度；后一阶段为积水人渗
以及土壤水分动态变化等几方面概述了黄土区坡地土壤水分运动与转化研究进展，认为应该把坡面土壤一植物一
大气作为一个物理上的连续统一体，以大气水、地表水、植物水和土壤水相互转化过程和机制为基础，研究坡面土
壤一植被一大气界面水分运动和转化规律，为植被恢复重建提供理论依据。
关键词：黄土区；坡地；土壤水分运动；入渗；再分布；水量转化 中图分类号：ｓ １５２；Ｇ ３５３．１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—６７９１（２００３）０４—５１３—０８
１．３坡地产流
７｜。
坡地产流（常指地表径流）与降雨人渗密切相关，是下垫面对降雨的再分配过程。产流机理主要有３种：超 渗产流、蓄满产流以及两者混合的产流理论。黄土高原地区由于土层深厚，地下水埋藏深，因而常为超渗产 流。国内外众多学者主要从水土保持和水文学的角度出发，对坡地产流过程及机理进行了大量野外观测和试验 研究。 Ｄｕｎｎｅ对坡面径流现象、坡面流速等作了系统论述，描述了坡地径流形成过程和各种现象，为坡地水文研 究奠定了基础；Ｆｒｅｅｚｅ系统提出了坡地水文数学模型，该模型主要包括坡面漫流和壤中流两个部分，推动了山 地水文研究的进展一］。国内２０世纪８０年代以来，降雨一人渗一产流研究日益受到重视。贾志军等［２０］认为坡 耕地产流时间随土壤前期含水量的增加呈幂函数衰减，径流系数与土壤前期含水量呈线性正相关；土壤前期含 水量越高，非稳定产流速率愈大，达到稳定产流速率的时间愈早。王玉宽等［２１］利用室内人工模拟降雨试验， 研究了黄土高原坡面降雨产流起始时间和入渗率与降雨强度的关系，以及人渗率随时间的变化规律，得到了不 同坡度下黄绵土裸地降雨产流过程的回归方程，并用该方程推算了陕北纸坊沟小流域坡面的产流过程及产流 量，计算值与实测值相当吻合。张光辉和梁一民［２２］运用野外人工模拟降雨方法研究了黄土丘陵区人工革地径 流起始时间与降雨强度、草地覆盖度以及土壤前期含水量之间的关系，认为当有植被覆盖时，径流起始时间与 降雨强度和草地覆盖度密切相关；无植被覆盖时，径流起始时间则与降雨强度和土壤前期含水量有关。沈冰 等Ｌ２３ Ｊ分析了短历时降雨强度对黄土坡地径流形成的影响，认为产流过程取决于雨强和入渗率的关系，局部面 积汇流时雨强与坡面漫流量呈非线性关系，全面汇流时二者呈线性关系。贺康宁等［２４］通过分析晋西黄土残塬 沟壑区水土保持林坡面的产流规律认为，径流的发生主要取决于雨强和土壤性质，降雨量与径流量的关系不明 显。袁建平等汹】通过野外人工降雨试验比较系统地分析了影响坡地降雨产流起始时间的各种因子，认为林地
坡地土壤侵蚀与养分富集作用研究
Ｊｕ ａｏ Ｇ绦 ｉｃ ａｄ ｅ ｎｌ ｙ ｏｒ ｌｆ ｒ ｎ ｃｎｅ ｎ ｃ ｏ ｇ ｎ ｅ 色科 技 ｈ ｏ ｅ Ｓｅ Ｔ
第 １ 期 ２
坡地土壤侵蚀与养分 富集作用研究
刘培静， 李苗苗， 王帅兵
（ 南林业 大 学 环境 科 学与 工程 学院 ， 西 云南 昆明 ６ ０ ２ ） ５ ２ ４
养 分 富集 的动力 和 条 件 。因 此 ， 止水 土流 失 对减 防
少 土壤 养分 流失 至关重 要 。另外坡 面 降雨径 流携带 的大量 泥沙 、 营养 物 、 毒有 害物 质进入 江河 、 有 湖库 ， 成为非 点 源 污 染 的 主要 来 源 。大量 研 究 表 明＿ ， １ ］ 坡 耕地 的水 土流 失所 导致 的土壤 表层 流失及 表层 土
摘 要 ： 结 了土壤 侵 蚀 与 养 分 富 集作 用研 究现 状 ， 步 探 讨 了径 流 与 养 分 流 失 途 径 及 影 响 因 素 ， 总 初 并提 出 了坡 耕 地 氮磷 流 失 与农 业 非点 源 污 染 防 治对 策 ， 旨在 为 目前 我 国 依 然 严 重 的 农 业 面 源 污 染 问 题 的 解 决
氮 、 、 机质 多 与土 壤 细 颗粒 结 合 ， 磷 有 又导 致 泥 沙 养
２ 研 究 现 状
坡 地 土壤 侵 蚀 过程 在 土 粒运 移 、 低 土地 生 产 降
力 、 理性 淤积 水 库渠 道 、 高 河 床 的 同 时 ， 伴 随 物 抬 还 着土壤 养分 的流 失 。流失 过程实 际上 是表 层土壤 养
分 与 降雨 、 流相 互作 用 的过程 ， 径 土壤养 分 流失 的多 少主要 受 相 互 作 用 的 限 制 。２ ］ ０世 纪 ５ ０年 代 以
土壤侵蚀原理第3章水力侵蚀
第3章水力侵蚀主要教学目标 (2)主要内容 (2)主要讲解内容 (2)第一节水流作用 (2)第二节溅蚀 (4)第三节面蚀 (8)第四节沟蚀 (11)第五节山洪侵蚀 (14)第六节海岸、湖岸及库岸浪蚀 (17)主要教学目标：分析水力侵蚀发生机制及其发展规律，阐述影响水力侵蚀的自然因素，使学生在掌握上述内容基础上进一步掌握防治水力侵蚀的基本原理。
教学方法以教师课堂结合图片讲授为主，学生课下自习为辅。
主要内容：第一节水流作用第二节溅蚀第三节面蚀第四节沟蚀第五节山洪侵蚀第六节海岸、湖岸及库岸浪蚀主要讲解内容第一节水流作用一、水流剥蚀作用1.判断条件水流剥蚀也就是地表泥沙被水流带走，沙粒可以呈滑动或滚动形式运动。
是否发生剥蚀可根据泥沙起动条件来判断。
在水流流动时，砾石顶部和底部水流流速不同，根据伯努里定律，顶部流速高压力小；底部流速低压力大。
所造成的压差产生了上举力P y，方向朝上，并通过颗粒重心。
2.数量关系沙砾在流水作用下，无论是滑动或滚动，沙砾粒径总是与起动流速平方成正比。
而泥砂体积或重量又与其粒径三次方成正比，因此颗粒的重量与流速间有G∝的关系。
这就是为什么山区河流能够搬动粗大砾石的原因。
二、水流搬运作用泥沙的搬运形式可分为推移和悬移两大类。
这两种形式运动的泥沙分别称为推移质及悬移质，它们各自遵循不同的规律。
1.泥沙搬运方式泥沙起动以后，在水流上举力作用下可以跳离床面，与速度较高的水流相遇，被水流挟带前进。
但泥沙颗粒比水重，它又会逐渐落回到床面，并对床面上的泥沙产生一定冲击作用，作用的大小取决于颗粒的跳跃高度和水流流速，如沙粒跳跃较低，由于水流临底处流速较小，泥沙自水流中取得的动量也较小，在落回床面以后就不会再继续跳动；如沙粒跳跃较高，自水流中取得的动量较大，则落于床面以后还可以重新跳起。
流速继续增加，紊动进一步加强，水流中充满着大小不同的旋涡，这时泥沙颗粒自床面跃起后，有可能被旋涡带入离床面更高的流区中，随着水流以相同速度向前运动，这样的泥沙称为悬移质(图3.3)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
土壤养分与降雨的相互作用表现为两种形式 ,其一 ,表 层土壤养分在雨滴作用下 ,向雨水中释放或被雨滴溅蚀 ;其 二 ,表层土壤养分特别是硝态氮随雨水在土壤中入渗 。
刘秉正[2]将溅蚀定义为 :降雨雨滴动能作用于地表土壤 而作功 ,产生土粒分散 ,溅起和增强地表薄层径流紊动现象 。 雨滴溅蚀对土壤侵蚀的主要贡献有三 : ①破坏土壤结构 ,分 散土体成土粒 ,造成土壤表层空隙减少或阻塞 ,形成板结 ,导 致土壤渗透性下降 ,利于地表径流形成和流动 ; ②直接打击 地表 ,产生土粒飞贱和沿坡面迁移 ; ③雨滴打击增强地表薄 层径流的紊动强度 ,导致了侵蚀和输沙能力增大 。上述三个 方面均与土壤养分直接流失有关 ,其过程大致可分为四个阶 段 : ①降雨初 ,地表土壤水分含量较低 ,雨滴打击使干燥土粒 溅起 ; ②随后土粒逐渐被水分饱和 ,土壤养分被水浸提 ; ③在 击溅的同时 ,土壤团粒和土体被粉碎和分散 ; ④随降雨的继 续 ,地表出现泥浆 ,细颗粒出现移动或下渗 ,阻塞空隙 ,促进 地表径流的产生 ,雨滴打击使泥浆溅散 。在这四个过程中 , 土壤溶液中的可溶性养分向雨水中释放 ,吸附于土粒中的养 分也同时进行扩散 ,结合在土粒表面中的有机态养分随不同 粒径的溅蚀而分离于土体 ,因而溅蚀是土壤养分流失起始阶 段。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
7
科技前沿与学术评论
界面 ,土壤养分与降雨 、径流相互作用过程是土壤养分流失 之所以产生的关键所在 ,只有从相互作用过程研究入手 ,才 能揭示土壤养分径流流失的机理 。
在研究土壤溅蚀作用的同时 ,研究者们总希望建立溅蚀 量模型 ,这些模型大致可划分两种类型 ,即经验模型和统计 模型 ,最为代表的是埃利森[2]于 1947 年提出的统计模型 。
然而 ,迄今为止 ,尚未有人研究土壤养分因溅蚀流失规 律 ,该问题的研究将有助于揭示土壤养分流失的实质 。
降雨条件下 ,当降雨强度小于土壤入渗率时 ,表层土壤 养分特别是硝态氮在土壤深层沉积 ;当土壤侵蚀发生时 ,土 壤表层硝态氮下渗并未停止 ,且随饱和水流在土壤剖面向下 迁移 。而当降雨消失后 ,这些入渗的硝态氮在土壤剖面进行 扩散 、质流 ,一部分硝态氮随根系延伸被作物根系吸收利用 , 一部分硝态氮淋溶到作物不能利用的深度 ,污染地下水源 。 硝态氮的淋失早在 1905 年就受到英国科学家 Warrington[3] 的 注意 ,此后研究兴趣一直不衰 。近年来 ,对环境问题的考虑 驱动人们对这一问题的关注 ,从淋失理论 、模型 、数量及有效 性等方面进行了大量的工作[4～7] 。采用渗漏池法 、土壤养分 采样法和多孔陶瓷吸管法[7]进行了大量淋溶养分的研究 。
要集中在土壤养分淋溶方面 ,很少有人对坡地土壤养分淋溶
进行深入研究 ,所建立的模型也仅仅适合平原地区 。因而 ,
从土壤养分径流流失研究角度出发 ,进行土壤养分特别是硝
态氮淋溶与径流流失关系方面的研究 ,无疑有助于揭示土壤
硝态氮径流流失的本质 。
21 土壤养分与径流的相互作用
当降雨强度超过土壤下渗速度时产生径流并逐渐汇集 , 形成地表径流冲刷与沟蚀 。黄土高原的径流是一种特殊的 径流方式 ,主要是超渗径流而不是蓄满径流[1] 。径流在坡面 形成 、汇集和传递 ,一方面与表层土壤发生作用 ,这种对土体 作用表现为浸提和冲洗两种方式 。在这种方式中 ,土壤可溶 性养分因径流浸提而向径流扩散 ,土壤颗粒表面吸附的养分 离子因径流的冲洗作用而解吸 ;一方面 ,随径流的形成 ,在径 流沿坡面冲刷作用下 ,一些土壤颗粒被径流携带流出坡面 。 在这种方式中 ,与土壤颗粒结合的养分主要是有机态养分因 侵蚀而流失的多寡 ,至于土壤抗冲 、抗蚀性对不同养分形态 流失影响程度 ,至今尚无人进行研究 。
速 、流量及土壤物质组成有关 ,且相互可以转换 ,其结果使是
水流含沙量分布连续 ,泥沙颗粒较为均一 ;当水流能量降低
时 ,搬运泥沙就会发生沉积现象 。土壤与径流的相互作用结
果加剧了土壤养分或随径流或随泥沙流失 。土壤与径流的
作用 、土壤养分与径流2泥沙的相互转换使土壤养分流失这
一问题更为复杂化 ,因而一些学者设法利用数学建模的方法
来研究土壤养分流失机理 。
从现有文献资料来看 ,土壤养分与径流的相互作用模型
大致可划分为四类 : 一是土壤养分与径流相互作用深度模
型 ;二是土壤养分在径流中释放和传输模型 ;三是基于现有
土壤侵蚀模型 ,结合土壤养分在土壤中转换规律 ,建立土壤
养分在坡面流失行为模型 。
211 土壤养分与径流相互作用深度模型 Ahuja[13～14]利用32 P 对土壤与径流的相互作用进行研究 。
流迁移的几率相同 ,排除不同深度的影响 。根据实测资料 ,
利用完全混合深度模型进行反求 EDI ,又利用所求的 EDI ,对
自由入渗的饱和土壤溶质径流进行模型 ,发现 EDI 随时间有
所增加 。此后 ,Ahjua[15]对 EDI 概念又进一步分析 ,在恒定雨
强下 ,对于透水与不透水底面 ,利用 Br 饱和土壤来研究 EDI ,
科技前沿与学术评论
坡面土壤养分与降雨 、径流的 相互作用机理及模型
研究员 、博导 、副所长 邵明安
(中国科学院水利部水土保持研究所 ,陕西杨陵 712100)
博士后 张兴昌
(黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 , 陕西杨陵 712100)
摘 要 :坡地土壤养分流失过程实际上是表层土壤养分与降雨 、径流相互作用的过程 ,土壤养分流 失的多少主要受相互作用的限制 。从分析土壤与降雨 、径流相互作用入手 ,分析了土壤养分与降 雨 、径流相互作用过程及机理 ,并对相互作用模型进行了探讨 。
强度大的降水往往可使土壤表层硝态氮淋溶到相当深度 。
但淋溶是一个渐进的过程 ,对当季作物来说 ,不会很快淋溶
到作物不可能利用的深层而损失 。然而由于土壤硝态氮长
期累加淋溶效应 ,往往会发现地下水中的硝态氮浓度超过饮
用水标准 ,这一现象尤其在黄土高原丘陵沟壑区表现的较为
严重 。
综上所述 ,有关土壤养分与降雨相互作用方面的研究主
氮素在土壤中的淋溶最初是以硝态氮形式迁移 ,然而在 一些沙性土壤上 ,也有一些铵态氮因土壤阳离子交换吸附降 低而产生淋溶 ,显然可溶性有机态氮淋溶不是一个重要问 题[8] 。评价土壤硝态氮淋溶入渗的方法多种多样 ,范围从复 杂到简单 。早在 1978 年 ,Davidson 等人[9] 根据硝态氮在土壤 中淋溶轨迹 ,利用“活塞移动”理论来简单描述硝态氮的淋溶
与土壤溶质相互作用深度 ( EDI) 概念 ,同样假定在 EDI 内的
溶质是均匀分布 ,且完全混合 。随后 ,他们利用同位素示踪
法对 EDI 确定进行研究 ,首先建立径流中32 P 的平均浓度与32
P 的施放平均浓度关系模型 ,利用放置于土表32P 的径流平均
浓度去除 ,而得到 EDI ,实际上认为在 EDI 内土壤溶质参与径
发现不透水底面的径流溶质浓度是透水底面的几个数量级 ,
对于入渗能力较大土壤 ,完全混合模型是不合理的 。因此认
为低入渗情况下 EDI 模型也很难成立 。在大田试验条件下 ,
Sharpley[12]对 EDI 模型进行了修正 ,建立了土壤可溶性养分
与径流相互作用模型 :
Nr =
KN0 EDIBDtαWβ V
关键词 :土壤养分 降雨径流 相互作用 模型
The Interacting Models and Mechanisms of Soil Nutrient with Rainfall and Runoff
Professor SHAO Mingan
( Institute of Soil and Water Conservation , Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources , Yangling , Shanxi 712100)
式中 : Nr 为径流中土壤可溶性养分的浓度 t 为暴雨历时
Key words :soil nutrient , rainf all and runoff , interaction , models
水土资源是农业生态系统中最为重要的自然资源 ,随着 人口的增长和生态环境的日益恶化 ,干旱缺水和水土流失严 重威胁人类赖以生存的自然环境 ,不仅如此 ,干旱和土壤肥 力退化导致土壤生产力低下 ,加速了土壤生态系统的恶性循 环。
8
世界科技研究与发展
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
科技前沿与学术评论
引起 ;水流的搬运方式为悬移和推移 ,悬移和推移与水流流
其研究原理为 :将一定量的32P 放在不同深度的饱和土壤中 ,
土箱底板透水 ,目的在于探讨不同深度溶质参与径流迁移程
度及混合情况 。发现放置于土壤表层溶质进入径流几率最
大 ,而且随深度的增加 ,进入径流的几率呈指数递减 。为了
验证此模型是否切实可行 ,与 Sharpley[13]合作研究 ,提出径流
坡地土壤养分径流损失表现为两种形式 ,其一 ,溶解于 径流中的养分随径流液流失 ,这一部分的养分主要是可溶性 养分 ;其二 ,吸附和结合于泥沙颗粒表面以无机态和有机质 形式存在的养分 ,这一部分养分多为可矿化的养分[12] 。降 雨和径流是土壤养分流失的动力 ,土壤是降雨和径流作用的
23 卷 2 期
行为 。随后 ,于 1982 年 Rose 等人[10] 利用偏微分方程来研究
硝态氮在土壤中淋溶行为 ,即 :