不同降雨条件下植被调控坡面水沙过程研究

发布时间：2017-09-09 03:02

  本文关键词：不同降雨条件下植被调控坡面水沙过程研究

  更多相关文章： 天然降雨 人工降雨 植被 产流 产沙

【摘要】：降雨过程中产生的径流以及其引起的侵蚀产沙,是当前我国乃至世界面临的严重环境问题之一；天然降雨的特性复杂,不利于控制,人工模拟降雨成为相关研究的重要途径,但是两个条件下植被覆盖对坡面水文过程的影响有所不同。因此研究这两种降雨来源下的坡面水文过程具有重要的实际意义。本研究采用人工模拟降雨的试验方法,在试验中设置30mm/h、60mm/h、90mm/h的降雨强度和10。、200的坡度,地表植被选为油松、栓皮栎、荆条和黑麦草,对各条件下的坡面水文过程进行了研究；同时结合相同地区径流小区的天然降雨坡面产流数据,对不同降雨来源下植被发挥的作用进行了对比分析。研究的主要结论如下：(1)首先对于QYJY-503C人工模拟降雨装置和天然降雨的降雨特性进行了研究,发现天然降雨的雨滴直径在0.1mm-5.2mm之间,大多数的雨滴直径小于1mm；人工降雨雨滴中数直径在0.8mm-2.3mm之间,极少数雨滴直径会大于3.0mm,同时雨滴的平均直径随着降雨强度的增大有一定的增加。在试验雨强范围内,降雨的均匀度能够达到85%以上,均匀度较高。在降雨动能和降雨强度之间的关系方面,其中天然降雨：E=83.61Ⅰ0-28,R2=0.665；人工降雨：E=15.12-75.6/Ⅰ,R2=0.9819；E为降雨动能,J·m-2·mm-1;Ⅰ为降雨强度,mm/h；在试验范围内达到相同降雨动能时,人工降雨和天然降雨降雨强度的关系式：Ⅰ人工=5.57Ⅰ天然0.28+5.04。(2)人工模拟降雨各试验条件下坡面产流量均随着降雨历时的进行呈现出先增加后逐渐稳定的趋势,产沙量则是随着降雨历时表现出先增加后逐渐减小并达到稳定状态。坡面的产流量和产沙量和降雨强度以及坡度为正相关关系,同时产流量和产沙量随着降雨强度的增加表现出更大的增长幅度；而随着坡度的增加,产沙量的增加幅度比较稳定,产流量的增加幅度有所下降。可以看出对坡面产流产沙的影响能力：降雨强度坡度。(3)人工模拟降雨的4种试验植被的坡面产流量：油松栓皮栎荆条黑麦草,相比于裸坡其产流量均有明显减少。产流量达到稳定的时间与产流量相反,表现为：油松栓皮栎荆条黑麦草。4种试验植被的坡面产沙量：黑麦草荆条油松栓皮栎,相比裸坡也均有明显减少,且减少趋势比产流量更大,可见植被对坡面产沙的影响能力比坡面产流更强；坡面产沙达到稳定的时间：黑麦草荆条油松栓皮栎,与产沙量趋势相同。可见植被对坡面产流的调控能力：林地灌草地,对坡面产沙的调控能力：灌草地林地。(4)天然降雨过程中各径流小区总产流量表现为：油松侧柏松栎混交灌木,由于植被对坡面径流的调控机理不同,地表径流产流量表现为：松栎混交油松侧柏灌木,壤中流产流量表现为：侧柏灌木油松松栎混交。可见：松栎混交径流小区的坡面径流主要表现形式为壤中流,侧柏和灌木径流小区主要以地表径流为主,壤中流和地表径流在油松径流小区所占比例比较平均。相比于降雨,产流的滞后时间：灌木侧柏油松松栎混交,与地表径流的产流量趋势相反,坡面越早产流,其地表径流总产流量越大。(5)对于两种降雨来源,在天然降雨中,油松坡面总产流量为总降雨量的0.42%,荆条坡面总产流量为总降雨量的2.05%；在人工降雨的试验中,坡度20°各条件下油松坡面总产流量为总降雨量的1.48%,灌木坡面总产流量为总降雨量的2.12%,两个降雨来源下油松的产流量差异较大,荆条的产流量比较相近,但两个降雨来源下的产流趋势相同。产流量从降雨来源上看：天然降雨人工降雨,从植被种类上看：油松灌木,从天然降雨到人工降雨,乔木的产流量变化较大。(6)当降雨动能相等时,在不同降雨强度下4种植被坡面产流量变化不太明显。等能量下4种植被坡面产流量大小与等时间下总产流量表现出一样的趋势：油松栓皮栎荆条黑麦草。可见降雨动能可以作为一个较理想的参数用于研究坡面产流；产沙量则由于随着降雨强度增加,雨滴直径有所增加,导致溅蚀加剧而有所增加。
【关键词】：天然降雨 人工降雨 植被 产流 产沙
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究目的与意义11
• 1.2 国内外研究进展11-14
• 1.2.1 降雨强度对坡面水沙过程的影响11-12
• 1.2.2 坡度对坡面水沙过程的影响12-13
• 1.2.3 植被覆盖对坡面水沙过程的影响13
• 1.2.4 人工降雨与天然降雨的联系13-14
• 1.3 存在的主要问题与发展趋势14-15
• 2 研究区概况15-18
• 2.1 地理位置15
• 2.2 地势地貌15-16
• 2.3 气候特征16
• 2.4 植被特征16-18
• 3. 试验内容与方法18-23
• 3.1 研究内容18
• 3.2 试验装置与设计18-20
• 3.2.1 人工降雨试验装置18-19
• 3.2.2 天然降雨径流小区设置19
• 3.2.3 试验设计19-20
• 3.3 技术路线20-22
• 3.4 研究方法22-23
• 3.4.1 人工降雨试验研究方法22
• 3.4.2 天然降雨试验研究方法22-23
• 4 人工降雨与天然降雨的降雨特性分析23-27
• 4.1 雨滴直径的率定23-24
• 4.2 降雨均匀度的测定24-25
• 4.3 降雨能量的计算25-26
• 4.4 小结26-27
• 5 人工降雨坡面水沙过程分析27-40
• 5.1 降雨强度对坡面水沙过程的影响27-30
• 5.1.1 降雨强度对坡面产流的影响27-28
• 5.1.2 降雨强度对坡面产沙的影响28-30
• 5.2 坡度对坡面水沙过程的影响30-32
• 5.2.1 坡度对坡面产流的影响30-31
• 5.2.2 坡度对坡面产沙的影响31-32
• 5.3 不同植被覆盖下坡面产流过程32-35
• 5.3.1 不同植被覆盖下坡面总产流量分析32-33
• 5.3.2 不同植被覆盖下坡面产流过程分析33-35
• 5.4 不同植被覆盖下坡面产沙过程35-39
• 5.4.1 不同植被覆盖下坡面总产沙量分析35-37
• 5.4.2 不同植被覆盖下坡面产沙过程分析37-39
• 5.5 小结39-40
• 6 天然降雨坡面产流过程分析40-48
• 6.1 坡面总产流情况40-42
• 6.2 不同坡面径流组分分析42-45
• 6.2.1 地表径流分析42-43
• 6.2.2 壤中流分析43-44
• 6.2.3 坡面径流组分所占比例44-45
• 6.3 坡面产流滞后特征45-46
• 6.4 小结46-48
• 7 不同降雨来源与等能量降雨的坡面水沙过程分析48-52
• 7.1 天然降雨和人工降雨坡面产流情况比较48-49
• 7.2 等能量降雨条件下的坡面水沙过程49-50
• 7.2.1 坡面产流情况分析49-50
• 7.2.2 坡面产沙情况分析50
• 7.3 小结50-52
• 8 结论与讨论52-55
• 8.1 结论52-54
• 8.2 讨论54
• 8.3 研究展望54-55
• 参考文献55-59
• 个人简介59-60
• 第一导师简介60-61
• 第二导师简介61-62
• 致谢62

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本文编号：817903