不同植被覆盖下的坡面产流产沙过程研究

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植被覆盖是影响坡面产流产沙过程的重要因素。本文旨在对比分析不同植被覆盖和降雨强度条件下坡面产流产沙的过程特征。本文基于北京市延庆县上辛庄水土保持科技示范园区的野外人工降雨模拟试验数据,分析不同类型植被覆盖对土壤侵蚀的影响。植被类型包括农地、草地和标准裸地小区三种,农地包括玉米、马铃薯和黄豆,草地包括紫花苜蓿和荒草地。对比分析了不同类型植被覆盖小区的土壤前期含水量、植被覆盖度、植被高度以及降雨强度等条件下径流起始时间、径流含沙量过程、径流流量过程等特征。 主要研究结果如下: (1)不同植被覆盖对径流起始时间的影响。径流起始时间受土壤前期含水量影响,土壤前期含水量越高,径流起始时间越短。径流起始时间和植被覆盖度之间表现为正相关关系,植被覆盖度越高,径流起始时间越长;径流起始时间和植被高度之间为正相关关系,植被高度越高,径流起始时间越长。降雨强度与径流起始时间之间存在显著的负相关关系,它们之间呈幂函数关系变化。 (2) 不同植被覆盖下坡面径流含沙量过程特征。高盖度小区的含沙量明显小于低盖度小区的含沙量。不同植被覆盖下的径流含沙量过程线有两种趋势,这与小区的结皮程度和是否存在一定浮土有关。植被覆盖度对含沙量的影响为负作用,植被覆盖度愈大含水量愈小,植被高度对径流含沙量的影响同样为负作用。针对裸地、玉米、紫花苜蓿,分别建立了利用植被覆盖度(C)、植被高度(h)和降雨历时(t)来拟和径流含沙量(P)的回归方程。在盖度条件相似的情况下,各作物小区径流含沙量过程线由高到低依次为:玉米> 马铃薯> 紫花苜蓿,由此可以看出各作物减沙效果由高到低为:紫花苜蓿>马铃薯>玉米。 (3) 不同植被覆盖下的坡面径流流量过程特征。小区径流流量随着降雨历时增大,并在降雨过程的后期逐渐趋于稳定。植被覆盖度愈大径流流量愈小,植被高度对径流流量的影响表现同样为负作用。针对裸地、玉米、紫花苜蓿,分别建立了利用植被覆盖度(C)、植被高度(h)、降雨历时(t)或降雨强度等来拟和径流流量(Q)的回归方程。在盖度条件相似的情况下,各作物小区径流流量过程线由高到低依次为:玉米>马铃薯>紫花苜蓿,由此可以看出各作物减水效果由高到低为:紫花苜蓿>马铃薯>玉米。 (4) 枯落物覆盖对坡面产流产沙过程的影响。相对于没有枯落物覆盖的作物小区,有枯落物覆盖的小区径流含沙量以及径流流量随着降雨过程呈现更为明显的规律性变化,枯落物覆盖有明显的减流减沙作用,并且减沙作用更加显著。 (5) 不同雨强条件下的坡面产沙产流过程特征。雨强大小对土壤侵蚀有极重要影响,降雨强度对径流含沙量的影响显著,随着降雨强度的增大,径流流量明显增大,高盖度小区的含沙量明显小于低盖度小区的含沙量。随着降雨时间的变化,径流含沙量的变化表现为两种趋势,与不同植被覆盖下的径流含沙量过程线有两种趋势类似。不同雨强条件下,流量过程线表现出一致的变化规律,径流流量随着降雨历时增大而平稳的增加,并在降雨过程的后期逐渐趋于稳定,流量过程以对数函数拟合最好。 (6) 不同覆盖条件下坡面径流的平均含沙量、产沙量和径流量特征。植被覆盖度、植被高度与径流平均含沙量(或产沙量)之间都表现为明显得负相关关系,但与径流量之间的相关关系并不显著。针对不同植被覆盖类型,分别建立了利用植被覆盖度(C)或植被高度(h)拟合平均含沙量(p)(或产沙量A)的回归方程。综合考虑植被覆盖度和植被高度两个因素来拟和径流产沙量(或平均含沙量),其效果一般比单因素植被覆盖度或植被高度都要好。针对不同植被覆盖类型,分别建立植被覆盖度(C)或植被高度(h)拟合径流量(R)回归方程,玉米和马铃薯的回归方程不显著(显著性水平取0.05)。 (7) 不同植被覆盖减水减沙效果。总的来看,植被覆盖抑制产沙量的作用明显,而抑制径流的作用相对较弱。各种植被覆盖条件下,植被覆盖度、植被高度与减水率之间的相关关系并不显著,但与减沙率之间橙明显得正相关关系,它们之间一般表现线性关系。针对不同植被覆盖类型,分别建立了利用植被覆盖度(C)和植被高度(h)的拟合减沙率(或减水率)的回归方程。
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