黑龙江省西部丘陵漫岗区坡耕地降雨径流与土壤侵蚀特征

论文摘要

黑龙江省西部地区有着丰富的土地资源,且土壤肥沃,是我国重要的商品粮基地。近年来由于经济发展和生态环境保护工作脱节,水土流失比较严重。针对黑龙江省西部丘陵漫岗区坡耕地水土流失严重的问题,利用2010,2011两年时间,选取鼠洞、鼠洞+暗管、垄向区田、鼠洞+垄向区田、鼠洞+暗管+垄向区田5种不同水土保持技术模式。在天然降雨条件下首次采用工程技术与耕作技术相结合的综合技术模式进行研究,并与对照小区常规进行对比,进而揭示出黑龙江省西部丘陵漫岗区坡耕地的降雨径流和土壤侵蚀特征,分别采用运动波方程和通用土壤流失方程对不同水保措施的处理进行地表径流和土壤侵蚀的模拟。研究结果如下：1.不同处理的地表径流特征：各处理的产流过程较降雨过程均有明显的滞后性,次降雨径流过程随雨强的变化而变化,水土保持技术模式越好的处理,其径流过程的滞后性越明显,受雨强变化的影响越小。不同水土保持技术模式的年径流与次径流的减流效果一致,其中以鼠洞+暗管+垄向区田的减流效果最好,年均径流量仅为0.053mm。2.不同处理的土壤侵蚀特征：不同处理的产沙过程随径流过程的变化表现相同的波动变化趋势,与径流过程相比,产沙过程受降雨强度的变化影响更为明显。各处理的土壤侵蚀量季节分布不均匀,主要集中在降雨量比较充沛的7、8月份。年侵蚀量最小的为鼠洞+暗管+垄向区田,年均侵蚀量为0.005t/hm2,其它各处理的年均土壤侵蚀量也都在我省允许土壤流失范围内。3.本研究将运动波理论和Green-Ampt入渗模型相结合,初次尝试建立黑龙江省西部丘陵漫岗区坡耕地的地表径流的数学模型,并运用此模型对天然降雨条件下的径流过程进行数值模拟,并与实测过程对照,但模拟计算的径流过程与实测径流过程的模拟精度不高,主要是因为运动波方程是针对平面坡地而建立的,对于坡耕地垄作的模拟效果还不是很理想,为了提高模拟精度,对于该地区的径流模型还有待于进一步的对比研究。4.采用土壤化验的方法,对各小区侵蚀泥沙样中的有机质、氮、磷、钾、速效氮、速效磷、速效钾的含量进行测定。测定结果表明：各小区的有机质流失量最大,其次为全量养分的流失,速效养分的流失相对较少；各小区的养分流失总量从大到小依次为：常规>垄向区田>鼠洞>鼠洞+暗管>鼠洞+垄向区田>鼠洞+暗管+垄向区田,这与产沙量的排列规律一致。5.本文采用通用土壤流失方程对该试验小区的土壤侵蚀量进行模拟。根据试验小区2010、2011两年的降雨资料和径流小区观测资料,并参照其他有关黑龙江省土壤侵蚀量的模拟研究,确定出USLE中的各因子并进行模拟,虽然计算值与实测值误差偏大,但主要是因为试验年限短的原因,在增加试验年限的基础上,此USLE模型能够对该地区的土壤侵蚀量进行很好的模拟。综上所述：与常规耕作进行对照,鼠洞+暗管+垄向区田的地表径流和土壤侵蚀量最少,所产生的养分流失量最低,其它各小区的产流产沙量与养分流失量由大到小依次为：垄向区田>鼠洞>鼠洞+暗管>鼠洞+垄向区田>鼠洞+暗管+垄向区田,说明综合技术模式的减流减沙效益要明显优于单一的技术模式；初次采用运动波方程对坡耕地垄作模式进行模拟的精度不高,在以后的研究中还需要寻求模拟精度较高的模型；根据试验数据,建立了通用土壤流失方程,但模拟值与实测值的计算相对误差较大,这主要是受试验年限的影响,在以后还会进行多年的试验来提高此模型的精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究动态和趋势
• 1.3.1 降雨径流研究进展
• 1.3.2 降雨径流模型研究进展
• 1.3.3 土壤侵蚀研究进展
• 1.3.4 土壤侵蚀模型研究进展
• 1.4 研究内容和技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究的技术路线
• 2 试验材料与方法
• 2.1 试区概况
• 2.2 试验研究方法
• 2.2.1 试验设计
• 2.2.2 测定项目及方法
• 2.2.3 数据分析
• 3 降雨径流分析及模拟
• 3.0 降雨径流分析
• 3.1 次降雨径流特征
• 3.1.1 2010年7月26日地表径流特征
• 3.1.2 2011年7月3日地表径流特征
• 3.2 年降雨径流特征
• 3.3 地面径流数值模拟
• 3.3.1 入渗模拟计算
• 3.3.2 运动波基本方程
• 3.3.3 运动波方程的数值解析
• 3.3.4 地表径流模拟结果
• 4 土壤侵蚀特征及其模拟
• 4.1 不同处理的次降雨产沙过程
• 4.1.1 2010年7月26日地表产沙特征
• 4.1.2 2011年7月3日地表产沙特征
• 4.2 土壤侵蚀量的季节分布
• 4.3 年土壤侵蚀特征
• 4.4 基于通用土壤流失方程的土壤侵蚀模拟
• 4.4.1 降雨侵蚀力因子R的确定
• 4.4.2 土壤可蚀性因子K
• 4.4.3 坡长和坡度因子
• 4.4.4 植被覆盖与经营管理因子C
• 4.4.5 水土保持措施因子P
• 4.4.6 模型验证
• 5 结论与存在问题
• 5.1 结论
• 5.2 存在问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文