论文部分内容阅读
黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一,而坡面侵蚀和水土流失过程是其中极为重要的一环。为了防控土壤侵蚀,恢复坡面植被,在该地区实施了多种整地和坡改梯措施,但其深层次水土保持机理尚不清楚。本研究以此为背景,基于WEPP模型等定量手段和模拟方法,系统研究整地工程措施和植被措施对土壤侵蚀的调控作用,旨在为水土保持措施优化提供理论依据和科技支撑,结果表明:(1)选取柠条坡面小区为研究对象,对WEPP模型进行了敏感性分析,得出径流量对有效水力传导系数比较敏感,土壤侵蚀量对细沟间可蚀性和有效水力传导系数较为敏感。并通过实测径流值进行率定得到有效水力传导系数值为12.2 mm/h,细沟间可蚀性参数值6.995×106 kg?s?m-4,其余参数采用模型默认参数值。本研究借助WEPP模型模拟不同坡度的径流产沙规律发现,径流量和产沙量随坡度增加而增加。坡度达到20°时,径流量随坡度增加保持稳定,产沙量增加趋势渐缓。(2)工程整地措施是控制土壤侵蚀的重要途径,本研究将水平阶整地措施作为研究对象,分析不同台宽的水平阶对径流泥沙的调控效果发现,与坡面小区对比,二阶和三阶水平阶随台宽增加对地表径流调控率分别从6.5%增加到61.2%,从10.1%增加到69.7%;二阶水平阶在中(1.0 mm/min)、大(1.5 mm/min)雨强下,台面宽度大于1.5 m时产沙量小于坡面,泥沙调控率从1.1%增加到68.8%,三阶水平阶泥沙调控率从1.4%增加到82.3%。根据单位台宽减沙量提出水平阶的最优台宽。以坡长为10 m的实际径流小区为例,小雨强(0.5 mm/min)时,二阶和三阶水平阶的台面宽度达到1.5 m和1.0 m时即可发挥优良的水土保持效益,其单位台宽减沙量最大,分别为0.13 kg/m3和0.12 kg/m3;遭遇中雨强(1.0 mm/min)时,台宽1.5 m的三阶水平阶效果最佳,其最大单位台宽减沙量为0.17 kg/m3;大雨强(1.5 mm/min)时,台宽2.0 m的三阶水平阶效益最好,其最大单位台宽减沙量为0.30 kg/m3。(3)植被是控制水土流失的关键。本研究探讨了坡面植被的径流产沙规律以及植被盖度、植被分布对土壤侵蚀的影响进行了分析,其主要结论如下:坡面径流产沙规律受雨强有显著影响,降雨初期,径流产沙量均有明显增加,随着时间的推移,径流量和含沙量表现出不同的趋势,0.5 mm/min雨强的径流稳定时间早于1.0 mm/min雨强,且1.0 mm/min雨强的径流量远远大于0.5 mm/min雨强。含沙量在0.5 mm/min雨强下的稳定时间是从30 min开始,而在1.0 mm/min雨强下的含沙量在10 min到30 min区间,含沙量保持较为稳定,而在30 min以后含沙量又有明显的增加,说明植被在降雨前期可以减缓土壤侵蚀发生。借助WEPP模型比较柠条与长芒草在不同坡位处的土壤流失,发现有植被覆盖处的坡面土壤流失量变化差异不大,当植被分布在下坡位时坡面土壤流失量最少。不同雨强下,草本长芒草坡面对泥沙的拦截率始终高于灌木柠条坡面,拦截率范围分别为57%—96%和36%—90%。但在中雨强(1.0 mm/min)和大雨强(1.5 mm/min)条件下,当植被盖度小于20%或大于80%时,长芒草坡面产沙量高于柠条坡面产沙量;盖度在40%—60%时,长芒草坡面产沙量小于柠条坡面。植被盖度和坡位对坡面侵蚀产沙的作用呈现出此消彼长的趋势。坡位和植被盖度分别对坡面侵蚀产沙量有极显著的影响(P<0.001);其交互作用对草本长芒草坡面侵蚀产沙作用有显著影响(P<0.01),对灌木柠条坡面侵蚀产沙作用无显著影响。植被配比可以有效控制土壤侵蚀。模拟结果显示:长芒草分布在坡面下部相较于分布在坡面上部产沙量较小,且当柠条和长芒草配比为1:2时产沙量最小。