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灌草植被盖度对产流产沙影响的模拟降雨实验研究

邓景成  
【摘要】:植被修复是治理黄土高原水土流失的根本措施,植被结构配置不合理是黄土高原水土流失综合治理长期存在的问题,了解该区域不同植被结构组合下的减水减沙效益是研究该区植被水土保持机理的关键内容,对于通过植被措施调控流域水沙过程具有重要意义。本研究主要针对灌、草层次结构,分别配置不同盖度组合下的灌草植被坡面,在不同的降雨类型和坡度下进行人工模拟降雨试验,分析不同盖度组合下灌、草结构层的产流产沙变化过程以及不同组合配置下的植被盖度与水沙总量的定量关系,研究灌、草植被盖度对模拟降雨条件下的产流产沙影响机制。总结论述了黄土高原退耕还林(草)工程实施以来对生态环境的影响以及尚存在的问题,以期为黄土高原生态环境与植被建设提供理论支撑,取得以下主要研究成果:(1)产流时间随植被盖度的增加而增大,随坡度的增加而减小;坡面流速则随植被盖度增加而减小,随坡度增加而增大。在同一降雨类型和同一坡度下,模拟降雨的初始产流时间随不同灌草盖度组合的变化顺序是70%66%60%42%35%26%18%裸地;同一降雨类型和植被盖度下,坡度越陡,初始产流时间越早,由回归的关系式可知产流时间与植被盖度呈显著的正相关关系,与坡度呈显著的负相关关系。在降雨类型和坡度相同的条件下,植被盖度对坡面流速的影响表现为负相关关系,即植被盖度越大,坡面流速越小;在植被盖度和降雨类型相同的条件下,坡度越大,流速也越大。(2)坡面径流强度和侵蚀速率随植被盖度增加呈现减小趋势,入渗率则随植被盖度增加而增大。在两种降雨类型下,不同植被盖度下径流强度、侵蚀速率的变化顺序为35%42%60%70%、18%26%43%66%,入渗率呈相反变化顺序。各模拟降雨条件下径流强度在降雨前期急剧增加,后缓慢增加至稳定变化状态,呈现幂函数的变化趋势;侵蚀速率则呈现前期急剧增加,在10-15min达到一个极大值,随后缓慢减小至稳定状态,高雨强下,侵蚀速率呈波动变化的趋势,在雨强和坡度相同的条件下,侵蚀速率随植被盖度增加显著减小;入渗率整体呈现先急剧减小,后缓慢变化至稳定状态。(3)模拟降雨的产流和产沙总量均呈现随植被盖度增加显著减小的趋势,草被盖度在减水减流作用中起主要作用,灌木盖度次之。对产流总量、产沙总量与灌草植被盖度进行统计分析,灌、草植被盖度对产流产沙均有显著影响,且草被盖度起主导作用,而灌草植被的交互作用则影响较小,且不显著。由回归分析发现产流产沙总量与植被盖度的关系均可以用二项式函数y=ax2+bx+c(其中y表示产流产沙总量;x表示植被盖度;a、b、c表示方程系数),对关系式进行分析可知在低雨强(1.0mm/min)下植被盖度在73.56%~87.68%之间,产流总量和产沙总量最小,而高雨强(2.5mm/min)下的临界盖度为61.09%~78.88%。(4)黄土高原实施退耕还林(草)工程以来对植被恢复、土地资源的合理利用和区域的气候改善都起到了显著的成效,但在植被结构配置、水资源承载力、耕地面积与粮食产量等方面存在问题,需要因地制宜,合理配置植被结构,加强土地资源的有效利用和后续管护等,才能进一步发挥退耕还林(草)工程的生态经济效益。


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