坚持水土流失长期定位观测加快土壤侵蚀规律的研究进程
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2023年度水土流失动态监测技术指南摘要:一、前言二、水土流失动态监测的重要性三、2023年度水土流失动态监测技术指南的主要内容四、2023年度水土流失动态监测技术指南的特点五、实施2023年度水土流失动态监测技术指南的意义正文:一、前言随着我国经济的快速发展,土地资源开发利用程度不断加深,水土流失问题日益突出。
为了有效治理水土流失,我国每年都会制定水土流失动态监测技术指南,为相关工作提供技术支持。
本文将重点介绍2023年度水土流失动态监测技术指南的相关内容。
二、水土流失动态监测的重要性水土流失动态监测是水土保持工作的基础和前提,对于了解土壤侵蚀状况、科学制定治理措施具有重要意义。
通过动态监测,可以及时掌握水土流失的变化趋势,评估治理工程的实施效果,为水土保持决策提供科学依据。
三、2023年度水土流失动态监测技术指南的主要内容2023年度水土流失动态监测技术指南主要包括以下几个方面:1.监测目标:明确2023年度水土流失动态监测的目的和任务,确保监测工作有序进行。
2.监测区域:根据不同区域的土地利用特点和水土流失状况,确定2023年度的监测区域。
3.监测方法:结合我国水土流失监测的实际情况,提出2023年度水土流失动态监测的具体方法和技术要求。
4.数据处理与分析:介绍2023年度水土流失动态监测数据的处理和分析方法,确保监测数据的准确性和可靠性。
5.监测报告编制:明确2023年度水土流失动态监测报告的编制要求,为决策提供有力支持。
四、2023年度水土流失动态监测技术指南的特点2023年度水土流失动态监测技术指南具有以下特点:1.注重科学性:在制定监测方法和技术要求时,充分考虑了我国水土流失监测的实际情况,力求科学合理。
2.强调实用性:在指南中明确提出了具体的工作要求和操作步骤,便于基层监测人员实际操作。
3.体现先进性:结合当前水土流失监测技术的发展趋势,引入了一些新的监测方法和技术手段,提高了监测工作的效率和准确性。
土壤退化研究的进展与趋向论文土壤退化研究的进展与趋向论文提要定义了土壤退化的概念,分析了全球及我国土壤退化概况,总结了土壤退化的研究进展,最后提出了土壤退化科学的研究方向。
关键词土壤退化;概况;进展;方向鉴于土壤及土地退化对全球食物安全、环境质量及人畜健康的负面影响日益严重的现实,从土壤圈与地圈—生物圈系统及其它圈层间的相互作用的角度研究土壤退化,特别是人为因素诱导的土壤退化的发生机制与演变动态、时空分布规律及未来变化预测与恢复重建对策,已成为研究全球变化的最重要的组成部分,并将继续成为21世纪国际土壤学、农学及环境科学界共同关注的热点问题。
但是,迄今为止,有关土壤退化的许多理论问题及过程机理尚不清楚,还没有公认的或统一的土壤退化指标和定量化评价方法[1]。
因此,及时了解国际土壤退化研究的最新动向,并结合我国实际创造性地开展该领域的研究工作,具有重要的学术价值和现实生产意义。
1土壤退化的概念土壤退化(Soildegradation)是指在各种自然,特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力,即土壤质量及其可持续性下降(包括暂时性的和永久性的)甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程,包括过去的、现在的和将来的退化过程,是土地退化的核心部分。
土壤质量(Soilquality)则是指土壤的生产力状态或健康(Health)状况,特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力[2]。
土壤质量的核心是土壤生产力,其基础是土壤肥力。
土壤肥力是土壤维持植物生长的自然能力,它一方面是五大自然成土因素,即成土母质、气候、生物、地形和时间因素长期相互作用的结果,带有明显的响应主导成土因素的物理、化学和生物学特性;另一方面,人类活动也深刻影响着自然成土过程,改变土壤肥力及土壤质量的变化方向。
因此,土壤质量的下降或土壤退化往往是一个自然和人为因素综合作用的动态过程。
喀斯特石漠化研究存在的问题与发展趋势一、概述喀斯特石漠化,作为一种特殊的土地退化现象,是喀斯特地区面临的重大生态问题。
其发生发展不仅受到自然地理条件的影响,更与人类活动密切相关,表现为地表植被破坏、土壤侵蚀加剧、岩石裸露率上升等特征。
在我国西南地区,喀斯特石漠化尤为严重,给当地生态环境和社会经济带来了巨大压力。
当前喀斯特石漠化研究仍面临诸多挑战和问题。
喀斯特地区地形复杂,地物破碎化程度高,给遥感监测和数据分析带来很大困难。
喀斯特生态系统的脆弱性和敏感性使得石漠化过程具有高度的动态性和不确定性,加大了研究难度。
石漠化评估指标体系和评价方法的缺乏也制约了研究的深入进行。
尽管存在这些困难,但喀斯特石漠化研究也呈现出积极的发展趋势。
随着遥感技术、地理信息系统等现代科技手段的不断进步,石漠化监测和评估能力得到了显著提升。
多学科交叉融合也为喀斯特石漠化研究提供了新的思路和方法。
随着对喀斯特石漠化成因机制的深入理解和治理技术的不断创新,相信我们能够有效应对这一生态挑战,推动喀斯特地区的可持续发展。
本文将详细探讨喀斯特石漠化研究存在的问题,包括数据获取与处理的难度、评估指标体系的不足等,并展望未来的发展趋势和可能的研究方向。
1. 喀斯特石漠化定义及成因简述喀斯特石漠化,作为一种特殊的土地退化现象,是指在亚热带脆弱的喀斯特环境背景下,受人类不合理社会经济活动的干扰破坏,所导致的土壤严重侵蚀、基岩大面积出露、土地生产力严重下降以及地表出现类似荒漠景观的过程。
这一现象是土地荒漠化的主要类型之一,尤其在我国的西南部地区,如贵州、广西、云南等地表现尤为突出。
喀斯特石漠化的成因复杂多样,其中自然因素与人为因素相互交织。
在自然因素方面,喀斯特地区独特的地理环境和气候条件为石漠化的形成提供了条件。
这些地区岩石裂隙发育,溶洞和地下河广布,地表水沿裂隙流入地下,导致地表水缺乏,从而易引起旱涝灾害。
喀斯特峰丛山地地处亚热带,雨量充沛但地表径流少,且受地形限制难以形成流畅的排水系统,使得水土流失现象频发。
2023年度水土流失动态监测技术指南
摘要:
一、前言
二、监测目的与意义
三、监测内容与方法
四、监测时间与地点
五、监测技术与设备
六、数据处理与分析
七、监测成果与应用
八、总结与展望
正文:
一、前言
为做好2023 年度水土流失动态监测工作,制定本技术指南。
本指南旨在规范监测方法,提高监测精度,为水土保持工作提供科学依据。
二、监测目的与意义
2023 年度水土流失动态监测的主要目的是掌握我国水土流失现状和发展趋势,为水土保持政策制定和实施提供数据支持。
通过监测,可以揭示水土流失的危害,评估水土保持措施的效果,促进水土资源的可持续利用。
三、监测内容与方法
监测内容主要包括:土壤侵蚀、土壤流失、土壤保持等。
监测方法主要有:地面调查、遥感监测、模型预测等。
四、监测时间与地点
2023 年度水土流失动态监测覆盖全国范围内的各类土地类型。
监测时间为2023 年全年。
五、监测技术与设备
采用高精度GPS、无人机、激光雷达等先进技术进行监测。
同时,利用遥感影像、地理信息系统等设备进行数据处理和分析。
六、数据处理与分析
对收集到的各类数据进行整理、汇总和分析,形成监测成果。
通过对成果的解读,评估水土流失状况,分析水土保持措施的效果。
七、监测成果与应用
监测成果将为政府部门、企事业单位等提供水土流失状况和防治工作的参考依据。
同时,为水土保持科学研究和人才培养提供支持。
八、总结与展望
本指南为2023 年度水土流失动态监测提供了技术指导。
水土保持监测方案水土保持是指对土地资源进行合理利用和科学管理,以防止土壤侵蚀、减少水土流失,并保持土壤肥力和生态系统的稳定性。
水土保持监测方案的目的是通过对土地利用和环境变化进行长期观测和评估,为制定有效的水土保持措施提供科学依据。
一、常规监测指标水土保持监测方案通常包括以下常规指标的监测:1.土壤侵蚀情况:通过监测不同地块的土壤侵蚀率来评估水土流失情况,可以采用地理信息系统(GIS)和遥感技术对影响因素进行定量分析。
2.植被状况:监测植被覆盖度、植物种群结构和植物生长状况,评估植被的恢复能力和对水土保持的贡献。
3.土壤肥力:测定土壤有机质含量、养分含量和酸碱度等指标,评估土壤肥力状况和对植物生长的影响。
4.水体质量:监测水体中的悬浮物质、溶解物质和营养物质含量,判断土壤侵蚀对水体质量的影响。
二、综合评价指标除了常规监测指标外,水土保持监测方案还需综合考虑以下指标:1.生态系统服务功能的评估:通过评估土地利用和土地覆被变化对水源涵养、水质净化、土壤保持和生物多样性等生态系统服务功能的影响,以期制定合理的保护策略。
2.社会经济系统的评估:通过考虑土地管理政策、农业生产水平和生态需求等因素,评估水土保持措施对农村经济发展和社会福利的影响,以促进可持续发展。
3.气候变化的影响评估:由于气候变化导致降雨量和其时空分布的变化,进一步导致土壤侵蚀和水土流失的加剧,因此需要对气候变化的影响进行评估,并制定相应的适应策略。
三、监测方法及技术1.遥感技术:利用卫星遥感数据获取大范围的土地利用和覆被变化信息,以及土壤侵蚀、植被和水体质量等指标的定量化数据。
2.地理信息系统(GIS):结合遥感数据和其他环境资料,进行空间分析和模拟,揭示土地利用变化与水土保持关系的模式和机理。
3.定位监测设备:通过在地表和土壤中布设水位计、雨量计、壁压计等设备,对水文过程进行实时监测,提供实时数据支持。
4.调查问卷和采样分析:通过对农户和土地管理者进行调查问卷调查,获取相关数据,然后采集土壤样品和水体样品进行分析,得到相关指标数据。
水土保持监测的重要作用、类型及方法探讨水土保持是生态环境保护中的一项基础性工作。
通过水土保持监测,可以清楚了解在水土流失发生的原因、强度、类型及危害,进而掌握其发展规律,对其他地区未发生的水土流失事件起到预防作用。
水土保持监测工作是抑制水土流失、维护生态环境的基础性工作,水土保持监测方法是其工作的重要组成部分,是为水土保持监测提供正确、可靠的资料。
本文主要探讨了水土保持监测的重要作用及监测方法,以期为良好开展水土保持工作提供借鉴标签:水土保持监测;方法;作用引言水土资源是重要的基础性资源,要加强对水土资源流失的治理,水土保持监测是不可缺少的部分,水土保持监测主要是对水土资源进行监测,遏制逐步恶化的环境、生态与资源形式。
要从水土保持监测工作价值出发,对水土保持监测方法给予高度重视,为制定正确的水土保持方案提供正确、可靠的数据及资料。
1、水土保持监测的重要作用1.1水土保持的基础性作用水土流失的分布、面积、程度、危害、水土流失的防治及效益等都需要使用监测手段来完成。
水土保持监测工作可以提供监测地水土资源流失的实时情况,这有利于对水土资源流失实时把握,能够清楚认知水土资源流失情况,为水土保持方案提供可靠的、实时的资料,具有基础性的作用。
1.2生态环境监测作用水土保持监测工作可以对水土资源进行连续、实时监控,适时作出生态环境预警,生态工程得到信息与数据的保证,节约生态工程投入,缩短生态工程时间。
水土保持监测工作能够为控制和维护生态环境,减少水土资源损失服务。
1.3辅助决策作用水土流失区域往往是经济发展缓慢地区,要改变该区域已经脆弱的生态与环境,就要加强水土保持工作。
水土保持监测工作以翔实的数据和专业的信息,为地方经济建设和产业发展提供全面的信息,同时也为地方政府和规划部门提供辅助决策建议,给优化地区发展空间,促进生态与经济协调发展。
2、水土保持监测的类型2.1实验性监测实验性监测是指运用实验手段对监测对象进行验证的方法。
不同类型雨量资料估算降雨侵蚀力降雨侵蚀力是描述降雨对土壤侵蚀作用的综合指标,也是制定土地利用和土地保护策略的重要依据。
准确估算降雨侵蚀力对于理解土壤侵蚀机制、预防水土流失以及优化生态系统管理等具有重要意义。
本文旨在探讨不同类型雨量资料对降雨侵蚀力估算的影响,以期为相关研究和实际应用提供参考。
估算降雨侵蚀力主要依赖于对降雨事件的观察和分析。
一般情况下,根据降雨强度、历时、频次等信息,采用一定的方法对降雨侵蚀力进行估算。
这些方法主要包括概率分析法、等效平面法等。
概率分析法主要基于降雨分布概率和侵蚀性降雨量之间的关系来估算降雨侵蚀力;等效平面法则是通过分析降雨事件的动能和冲刷能力来评估侵蚀风险。
为了研究不同类型雨量资料对降雨侵蚀力估算的影响,我们需要收集包含以下信息的雨量资料:雨量数据:记录每次降雨的强度、历时、总雨量等;径流量数据:记录降雨后产生的径流量及淤积物数量;泥沙量数据:记录径流中携带的泥沙重量和颗粒大小。
这些数据可以通过设立气象站、水文站和土壤侵蚀监测站点来获取。
根据收集到的数据资料,我们可以采用适当的估算方法来计算降雨侵蚀力。
具体步骤如下:根据雨量数据,利用概率分析法或等效平面法计算出每次降雨事件的侵蚀性降雨量;根据径流量和泥沙量数据,计算出单位时间内单位面积上的侵蚀速率;将侵蚀速率与侵蚀性降雨量相乘,得到单位时间内单位面积上的土壤侵蚀量;根据需要,可对估算结果进行模型拟合,以便更好地预测和管理土壤侵蚀问题。
不同类型的雨量资料对降雨侵蚀力的估算结果存在差异。
例如,考虑到高强度短历时暴雨对土壤的冲刷作用可能更为明显,因此采用短历时高强度雨量资料估算的降雨侵蚀力可能更高。
在实际应用中,应根据具体需求和条件选择合适的雨量资料。
例如,在土地利用规划中,可能需要综合考虑年降雨量、月降雨量以及日降雨量等因素来评估某区域的土壤侵蚀风险。
未来的研究应进一步提高降雨侵蚀力估算的精度和可靠性。
例如,通过改进现有的估算方法、研发新的技术和工具,以及加强多学科交叉合作等途径实现更精准的土壤侵蚀预测和管理。
如何进行水土流失监测与防治水土流失是指土壤在水流作用下被侵蚀、冲刷和迁移的过程,已经成为世界范围内亟需解决的环境问题之一。
针对水土流失问题进行监测与防治是保护土地资源、维护生态平衡的重要举措。
本文将从采集数据、监测方法、防治措施等多个方面探讨如何进行水土流失监测与防治。
一、水土流失监测数据的采集水土流失的监测数据是制定防治措施的基础。
为了获得准确可靠的数据,需要进行详细的调查和采样分析。
首先,通过实地考察了解当地的地形、土壤类型、降雨情况等自然条件;其次,采用遥感技术获取土地利用状况,理解土地利用对水土流失的影响;然后,通过土壤剖面观测和样品采集,分析土壤质地、有机质含量、土壤结构等指标;最后,根据降雨量、径流量等数据,计算水土流失的程度。
二、水土流失监测方法1. 定量法:通过测量土壤的剖面侵蚀量,采用雷达、GPS、无人机等技术手段测量土壤侵蚀深度和坡度等参数,对水土流失进行量化分析。
这种方法可以提供准确的数据,但需要高昂的技术投入和专业人员的操作。
2. 定性法:通过观察土壤表面的裸露程度、溢满程度等指标来判断水土流失的情况。
这种方法操作简单易行,但对专业知识的要求较低,结果可能存在一定的主观性和误差。
3. 综合法:综合采用定量法和定性法的方法进行水土流失监测。
通过比较不同指标的测量结果,得出综合评价,提高监测的准确性和可信度。
三、水土流失防治措施1. 植被保护:通过植被覆盖来减少水土流失。
植被的根系可以固定土壤,防止冲刷和侵蚀。
合理的种植和保护植被,能有效地减少水土流失的发生。
2. 土壤保育:采取措施保护土壤层,包括合理耕作技术、合理施肥、轮作休耕、覆盖或混合种植等措施,减少裸露的土壤表面,防止水土流失的发生。
3. 沟壑治理:对于已经发生水土流失的地区,应加强沟壑治理,修建梯田、沟渠等工程,减少水流速度,降低流失风险,恢复地表覆被。
4. 泥石流灾害防治:对于水土流失严重的区域,需要采取措施进行泥石流灾害的防治。
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]。
坚持水土流失长期定位观测加快土壤侵蚀规律研究进程山西省水土保持科学研究所山西省地处黄土高原东缘,有80%的面积是丘陵和山区,水土流失面积9.3万km2,占全省总面积的60%以上。
全省多年平均年输沙量4.65 亿t,年均输沙模数3000t/km2,最严重地区高达2万t/km2,水土保持监测范围广,任务大,地形复杂,条件艰苦。
水土流失定位观测是水土保持监测的主要内容之一,早在20世纪50年代中期,随着全省水土保持科研机构的相继成立,在不同类型区就开展了这项工作。
至今已有近50 年的历程,积累了丰富的第一手资料,取得了一批研究成果,为山西省的水土保持规划设计、效益评价和预测预报提供了大量的实测数据和科学依据。
一、水土流失定位观测研究概况1955 年,山西省水土保持科学研究所在晋西离石的王家沟村正式成立,同年就学习黄委会天水水土保持试验站的做法,在不同地类、不同坡度、不同坡长、不同土壤和不同治理措施的定位小区内,汛期测定径流量、冲刷量,并选择条件类似、面积差异不大的相邻小流域进行治理与非治理的水土保持效果对比观测。
在中小流域的出口处设置观测断面或测流建筑物,进行径流、泥沙定位观测。
通过对观测资料进行分析,确定水土流失来自什么地类及部位,水土流失与降雨量、雨强、土壤、植被等有关自然因素间的定量关系、不同治理措施的蓄水减沙效益、不同治理程度与径流泥沙量的关系以及小流域产沙与输沙的比率等。
20 世纪80 年代初期,以全省水土保持科研所站为依托,基本实现了按土壤侵蚀类型区设立水土流失定位观测站点的构想,初步形成了以省水土保持科学研究所为中心的水土流失监测网络(各所站的监测内容,方法及范围见表1)。
同时,省水土保持科研所引进人工模拟降雨设备,建起了人工降雨试验大棚,研究了人工降雨雨滴与天然降雨雨滴的吻合程度。
80年代中期,成功试制了移动式人工模拟降雨装置,建起了大规模野外水土流失试验场。
人工降雨机在不同地类定位试验,可在风和日丽的环境下进行,劳动强度大大降低,可在短时间内取得不同降雨强度下的大量测试数据,并能观测水土流失过程,使土壤侵蚀规律研究的进程大大加快。
1986年至1996年,我所与加拿大多伦多大学、中国科学院地理研究所合作,在大量模拟试验研究,野外试验小区观测数据与调查资料的基础上,对水土流失规律和土壤侵蚀管理地理信息系统进行了深入研究,取得了一大批科研成果。
20世纪90年代以来,在继续研究水蚀的同时,还研究了风蚀、重力侵蚀、洞穴侵蚀及土壤侵蚀与植被度、土壤有机质含量等方面的定量关系。
在土壤侵蚀机理研究上,突破了超渗产流的一般认识,深入探讨了黄土的表土结皮、犁底层成因与水土流失的定量关系。
在植被防蚀机理研究上,通过人工模拟降雨,揭示了植被覆盖率、地表枯枝落叶层及土壤等对控制水土流失作用的量化指标。
与此同时,在大量模拟试验研究、野外试验小区观测数据与调查资料的基础上,在地理信息系统支持下,完成了小流域侵蚀产沙模型、土地生产潜力模型、水土保持经济效益模型的研究,开发了“小流域水土保持综合管理信息系统”,在土壤侵蚀预测预报和小流域水土保持综合治理规划设计技术方面取得了突破性进展。
表1山西省水土保持科研所站的监测内容与范围所站名称监测区流域流域面积监测内容监测方法类型区二、水土流失单项试验成果(一)影响水土流失的主要因素1.降雨特点据连续48年资料记载,晋西离石地区多年平均降水量506.5mm,1〜4月降水量46.2mm,占年降水量的9.2%; 5~9月降水量406mm,占年降水量的80.1%,10〜12月降水量54.3mm,占年降水量的10.7%;汛期7、8两个月降水量占年降水量的47.1%,且常出现短历时暴雨,降雨历时10h以上的出现次数占7%,3~10h占27.0%,3h以下的占66%。
暴雨平均强度10mm/h—20mm/h的出现次数占32.2%,大于20mm/h的占9.7%,小于10mm/h 的占58.1%。
2.暴雨与水土流失的关系降雨是造成水土流失的必要条件,但不是所有降雨都能产生水土流失。
年水土流失量与7、8 月份降雨量和暴雨出现次数有密切关系。
资料显示,本地区年水土流失量的80%是暴雨引起的,而次暴雨的水土流失与暴雨强度的关系十分密切。
3.地形与水土流失的关系地形包括坡度、坡长、坡形和所在部位。
一般说来,在降雨、土壤和土地利用基本一致时,地形越复杂水土流失越严重。
试验资料表明,同样都是耕地,由于坡度和所在部位不同,在同样降雨、耕种条件下水土流失差异很大。
梁坡地土壤侵蚀量为峁顶地的7.52 倍,邻近沟边地的土壤侵蚀量分别为梁坡地的5.2 倍、峁顶地的39.2倍,说明陡坡地水土流失的严重性。
4.地类与水土流失的关系不同的土地类型水土流失差异很大。
沟道荒坡地的水土流失量为农耕地的2.1~4 倍,山地简易公路的水土流失,不仅破坏道路影响交通,而且路水还冲毁附近的土地,特别是新修道路,如没有保持水土措施,弃土冲刷更为严重。
5.植被与水土流失的关系本区由于地形破碎,植被稀少,加上暴雨集中就形成了严重的水土流失,但只要在陡坡地上造林增加地面植被就可防止水土流失。
据试验:鱼鳞坑整地两年生刺槐林,郁闭度40%,在等量降雨条件下,林地与25° 耕地相比,减少径流78.9%,减少土壤侵蚀99%。
显示了造林防治水土流失的重大作用。
(二)水土保持效益1.单项措施拦蓄指标目前普遍采用的水土保持措施主要有:水平梯田、造林、种草、封禁和淤地坝等。
这些措施都具有保持水土和增产增收的作用。
其作用大小视规格、质量和养护维修情况不同而异。
分析结果如表2。
2.小流域综合治理效益流域综合治理可以发挥各项措施之间的互相补充作用,就一条流域来说,其治理效益大小与治理度高低、措施质量、布局和管理维护情况有关。
分析表明:连续15年综合治理的小流域,其治理度达到78.3%,与不治理的对比沟相比,年平均减少径流60%,减少泥沙63.1%。
表2单项治理措施拦蓄指标三、土壤侵蚀机理研究成果(一)坡面降雨径流与侵蚀产沙过程1.降雨击溅侵蚀产沙在坡面侵蚀产沙模型中,降雨溅蚀是重要组成部分。
我们通过室内外小区模拟降雨试验,包括多因素影响降雨溅蚀过程的多元回归正交试验研究,结果显示,各因素之间的交互作用对溅蚀过程和溅蚀临界值有着很显著的影响,较好地揭示出降雨溅蚀的内在规律和机制。
这一成果填补了国内外现有溅蚀模型未能考虑影响溅蚀的各种临界值以及影响因素之间的交互作用的研究空白,在第四次国际河流泥沙学术讨论会上,引起美国、日本、法国等国同行们的极大兴趣与高度重视。
2.表土结皮研究国内以往尚未研究表土结皮在侵蚀中的作用,我们对不同土壤表土结皮的形成过程、微形态特征、表土结皮强度、对细沟发育和径流、侵蚀产沙的影响,以及在小流域中表土结皮的时空分布规律进行了较为深入的研究,并探讨了利用土壤结构改良剂(PVA )减少表土结皮的可能性。
1985 年在比利时、1991 年在美国两次关于表土结皮的专题国际学术讨论会上受到同行的关注。
3.土壤抗蚀性研究在国内外首次探讨了小流域内不同土地利用情况下土壤抗蚀性时空变化规律,并综合土壤理化性质分析和降雨溅蚀试验结果对黄土高原不同土壤进行抗蚀性对比分析,不仅建立了一套成熟、完整的土壤抗蚀性规律试验研究方法,并以中英文发表了一系列研究论文。
4.细沟侵蚀及其临界坡面有细沟发育时,侵蚀产沙将增加几十倍。
我们的野外调查与试验研究结果揭示出:细沟既可以由坡面径流下切产生,又可在坡耕地浅层洞穴侵蚀的诱发下形成,下切型细沟产生的临界条件可用临界单位水流动力与表土前期抗剪强度间的线性关系表示。
坡耕地上单宽坡面发生细沟密度是坡度与土壤抗蚀力的函数,存在着影响细沟发生的临界组合。
细沟产生后,坡面含沙量的变化与径流量及表土前期抗剪强度之间有着密切的关系,细沟发生临界是坡面过程侵蚀产沙模型研究的关键。
(二)在地理信息系统支持下的小流域模型研究1.小流域侵蚀产沙模型依据黄土高原丘陵沟壑区复杂的地貌特征与侵蚀产沙的垂直分带性特点,将小流域侵蚀产沙模型构造为由坡面子模型、沟坡子模型与沟道子模型组成,坡面子模型主要由泥沙输移比计算方程构成。
此模型与地理信息系统接口,并考虑上坡来水来沙的影响,计算简单、容易掌握1993 年5 月在委内瑞拉召开的国际学术讨论会上,应邀对这个小流域侵蚀产沙模型作了大会补充发言。
2.生产潜力模型根据黄土丘陵沟壑区小流域特点建立的生产潜力模型构造简单,有较好的适用性,能在地理信息系统支持下运行,并与侵蚀产沙模型接口,以其作为重要的信息源,可以提供不同作物覆盖度随生长期的变化。
这在类似模型研究中极具先进性。
四、小流域土壤侵蚀规律与水土保持综合管理地理信息系统本成果是中国与加拿大科技人员以离石王家沟流域为基点,以汾河水库上游为项目推广区,通过室内外人工模拟降雨试验、野外定点观测与调查、小流域基础地理信息数据库的构建、3S”技术的综合运用、模型 (土壤侵蚀模型、作物生产潜力模型、经济效益模型)与“ 3S”技术的综合集成等研究,在揭示小流域侵蚀产沙规律、模拟小流域水土流失过程、分析作物生产潜力、评价治理措施的投入产出效益以及小流域水土保持动态规划等方面,解决了一系列关键理论问题与技术难题。
集中体现在: ( 1)揭示了黄土高原小流域水土流失机理,认识河流泥沙产生、输移和堆积规律;(2)建立了基于地块单元的小流域土壤侵蚀过程模型; (3) 实现了基于地块单元的水沙汇流过程模拟与汇流网络计算;( 4)实现了应用模型、空间数据库、3S”技术、决策支持一体化集成。
本项成果在降雨击溅侵蚀、表土结皮、土壤抗蚀性对侵蚀产沙的作用、细沟侵蚀与临界关系、小流域侵蚀产沙的垂直分带性、坡面水沙对沟坡侵蚀产沙的影响、洞穴侵蚀过程与规律、泥沙输移比以及室内模拟降雨试验自动采样技术、野外全坡面大型模拟降雨试验技术、利用烟幕弹测定洞穴系统发育结构与变化技术等方面,根据黄土丘陵沟壑区侵蚀产沙的特点,分别建立小流域坡面侵蚀产沙子模型、沟坡侵蚀产沙子模型和沟道侵蚀产沙子模型,较好地应用数学关系式反映出小流域侵蚀产沙垂直分带的物理意义。
在模型整体结构设计上,深化了对流域数字高程模型( DEM )空间数据的分析,建立了能反映流域水沙运移的基于地块单元的汇流网络,深化了小流域地表状况的描述,弥补了传统侵蚀产沙经验关系式的不足,实现了侵蚀产沙模型与GIS的结合,符合黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律,为小流域水土保持综合治理的系统化管理提供了一个具有先导性的范例。
本研究开发的“小流域水土保持综合管理信息系统”首先在《山西省静乐县狼窝沟小流域水土保持生态建设工程初步设计》中进行了全面应用;完成了《山西省天镇县南营沟流域生态环境综合治理示范工程初步设计》,并分别获得全国水土保持工程初步设计一等奖和二等奖。