野外模拟降雨条件下径流产流特征分析_吴琦.pdf
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1、:野野外外模模拟拟降降雨雨条条件件下下径径流流产产流流特特征征分分析析吴琦,孙雅婷,王金国(潍坊市水文中心,山东 潍坊;德州市水文中心,山东 德州)摘要为了研究降雨对土壤侵蚀的影响,防止水土流失。针对此问题,本文通过野外人工模似降雨,分析了不同雨强条件下草地的径流特征及不同坡度条件下草地和裸地的径流深变化。分析结果表明:()在相同雨强条件下,坡度 的草地的产流量大于坡度 的草地。在相同时间条件下,坡度 的草地累计产流量大于坡度 的草地;()在相同雨强条件下,裸地的产流量均大于草地的产流量,裸地的径流深均大于草地的径流深。在相同时间条件下,坡度越大,产生的径流量越大,其径流深也越大。坡度 裸地累
2、计径流深最大,坡度 裸地累计径流深次之,坡度 草地累计径流深最小。以上研究可供水土保持和生态建设提供参考依据。关键词模拟降雨;自然草地;裸耕地;径流量、径流深中图分类号 文献标识码文章编号 ()收稿日期 作者简介吴琦(),女,山东潍坊人,助理工程师,主要从事水文与水资源工程方面工作。引言降雨是导致水土流失的重要影响因素,增加土壤抗蚀能力,可防止水土流失。针对此问题,学者们进行了多方面研究,孙若修等对模拟降雨下坡面草带分布对产流产沙过程的影响进行了研究,研究结果表明:草带的覆盖,对减少径流和泥沙有较好的作用;孙旭等对模拟降雨条件下枯落物覆盖对坡面地表和壤中流产流过程的影响进行了研究,研究结果表明
3、:枯落物覆盖密度的增大,能有效减小地表径流的产生;沈子雅等对模拟降雨条件下灌草配置对坡面侵蚀泥沙颗粒分布的影响进行了研究,研究结果表明:灌木位于坡下且灌木覆盖度 、草本覆盖度 时,对坡面径流泥沙起到较好的水土保持效果;温永福等对野外模拟降雨条件下径流小区产流产沙试验进行了研究,研究结果表明:自然草地有较强的固沙作用;赵炯昌等对模拟降雨下黄土坡面水沙过程对 种灌草植被垂直结构变化的响应进行了研究,研究结果表明:苜蓿的种植有较强的减流效益,柠条的种植有较强的减沙效益。本文总结了以上研究减沙减流的水土保持措施,并深入的研究了草地和裸地的产流变化。通过野外人工模似降雨,分析了不同雨强条件下草地的径流特
4、征及不同坡度条件下草地和裸地的径流深变化。材料与方法 研究区概况潍坊市位于山东半岛中部,多年平均降水量 ,主要受大气环流、季风和地形条件影响,降水量时程变化大,主要集中在汛期 月,月占全年降水量的 左右;同时地区差异明显,南部大于北部,山区大于平原,多呈由南向北递减态势。年平均降水量 ,降水主要集中在 月。潍坊市土壤从南到北大致分为棕壤、褐土、砂姜黑土、潮土和盐土 个土类,个亚类,个土属,南部以棕壤为主,胶济铁路两侧多为褐土。丘陵与平原交界地带,两种土壤交错分布,其中以棕壤土为最多,土壤类型较齐全,适宜农业生产。试验方法本次人工模拟降雨试验在野外进行,选取裸耕地和自然草地两种土地类型,耕地和草
5、地坡度分别设置为 和,共设置 个径流小区。每个小区面积相同,长 宽分别为 ,小区四周由高 ,厚 的不锈钢板围成,不锈钢板插入地表 ,地表上面为 ,防止雨水侧向入渗流出,影响试验结果。在径流小区下方设置不锈钢集流槽,集流槽出水口设置集流桶。在人工降雨期间利用集流桶收集各小区各时段的地面径流,过滤出径流里面的泥沙,即为小区降雨期间的径流量。图 野外人工模拟降雨系统本次模拟降雨采用野外人工模拟降雨系统(图),该设备降雨高度为 ,雨滴大小调控范围为 ,雨强连续变化范围为 ,降雨均匀度系数,有效降雨面积为 。降雨系统采用 全自动控制模式,对显示雨强、开度、压力、计时等进行集中控制。将设备安装在径流小区上
6、面,降雨喷头高度为 。试验设置 种雨强,分别为 和 ,小区降雨时间均为 。为保证试验的准确性,试验前测量各小区土壤的含水量,保证含水量基本一致。然后开始模拟降雨,在雨水到达小区地表时开始计时,当小区开始产生径流时,开始 年 月第 卷 第 期 地下水o ,o.记录产流时间,降雨时长为 ,试验中每隔 收集小区产生的径流,试验结束后,将收集的径流静置 后过滤,过滤后的沉积物进行烘干处理并称重。为保证实验数据的可靠性,每个径流小区 后重复进行一次模拟降雨试验。结果与分析 不同雨强下草地的径流分析人工模拟降雨结束后,根据试验数据,可得自然草地小区在不同雨强下对径流影响曲线,如图 所示。图 不同雨强草地小
7、区径流变化如图()所示,在降雨强度为 条件下,当开始记录产流时,两个小区的产流量均为 ;当时间为 时,坡度 和坡度 的小区产流量分别为 、;当时间为 时,小区产流量分别为 、;当时间为 时,小区产流量分别为 、;当时间为 时,小区产流量分别为 、;当时间为 时,小区产流量分别为 、;当时间为 时,小区产流量分别为 、。由此可知,开始产流后,坡度 的小区产流量在 前先缓慢增大,然后再快速增大,在到达 时,增大速度逐渐缓慢,产流量逐渐趋于平稳。坡度 的小区在开始产流后,产流量快速增大,在到达 时,产流量逐渐趋于平稳。相同时间条件下,坡度 的小区每 的产流量均大于坡度 的小区。如图()所示,在降雨强
8、度为 条件下,当开始记录产流时,两个小区的累计产流量均为 ;当时间为 时,坡度 和坡度 的小区累计产流量分别为 、;当时间为 时,小区累计产流量分别为 、;当时间为 时,小区累计产流量分别为 、;当时间为 时,小区累计产流量分别为 、;当时间为 时,小区累计产流量分别为 、;当时间为 时,小区累计产流量分别为 、。由此可知,开始产流后,坡度 的小区累计产流量先快速增大,在 时,再快速减小,然后在 时,再逐渐增大,最后趋于平稳。坡度 的小区在开始产流后,累计产流量快速增大,在 时达到峰值 ,然后再逐渐减小,最后趋于平稳。相同时间条件下,坡度 的小区每 的累计产流量均大于坡度 的小区。如图()所示
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