前期土壤含水量对红壤坡面产流产沙特性的影响

张向炎; 史学正; 于东升; 王洪杰; 刘振波; 张文太

前期土壤含水量对红壤坡面产流产沙特性的影响

1.
中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室, 江苏, 南京, 210008;
2.
中国科学院研究生院, 北京, 100039;
3.
南京信息工程大学遥感学院, 江苏, 南京, 210044

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2007CB407206);国家自然科学基金创新研究群体基金资助项目(40621001);中国科学院知识创新工程领域前沿资助项目(ISSASIP0715)

详细信息

作者简介:
张向炎(1980- ),男,山东泰安人,博士研究生,研究方向为土壤侵蚀与资源环境.E-mail:xyzhang@issas.ac.cn.

通讯作者:
史学正,E-mail:xzshi@issas.ac.cn

中图分类号: S152.7;TV121.7

Effects of antecedent soil moisture on hillslope runoff-generation and soil erosion over red soil-mantled landscapes

1.
State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
2.
Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China;
3.
School of Remote Sensing, Nanjing University of Information Science &Technology, Nanjing 210044, China

Funds: The study is financially supported by the National Basic Research Program of China(No.2007CB407206),the National Natural Science Foundation of China(No.40621001) and the Frontier Project of the Chinese Academy of Sciences(No.ISSASIP0715).

摘要: 利用田间人工模拟降雨试验,研究了前期土壤含水量对两种红壤坡面降雨入渗、产流和产沙特性的影响.结果表明:前期含水量越高,两种土壤都是产流越快,达到稳定径流和入渗的时间越短.低含水量区(干态和稍干),两种土壤的径流系数和入渗率都与降雨时间呈线性关系,并在60 min内达不到稳定.高含水量区(稍湿和湿态),两种土壤的径流系数、入渗率及产沙速率与降雨时间关系都符合Boltzmann(玻耳兹曼)方程;第四纪红粘土发育的红壤稍干态和红砂岩发育的红壤干态下的产沙速率在整个降雨过程中变化不明显,并都维持在较低水平;第四纪红粘土发育的红壤干态和红砂岩发育的红壤稍干态下的产沙速率随着模拟降雨的进行而大致以线性关系增大.土壤前期含水量越高,两种土壤坡地累tk积入渗量都越小,雨水转化为土壤水分的比率亦越小.
- 前期土壤含水量 /
- 红壤 /
- 产流 /
- 产沙
Abstract: The effect of antecedent soil moisture on hillslpoe infiltration processes,runoff generations and soil erosions was investigated through artificial rainfall experiments at two sites with different types of red soil-mantled landscapes.The results show that the higher the level of antecedent soil moisture,the lower the accumulated infiltration is,the smaller the soil absorption is,the more quickly the runoff generation is,and the shorter the duration of runoff and infiltration steady is.The rainfall duration is found to be linearly correlated with both runoff coefficient and infiltration rate at the two sites under low initial soil moisture conditions.The state of equilibrium will not be reached within 60 minutes of the artificial rainfall.Under high initial soil moisture conditions,the Boltzmann equation can be used to describe the relationships between the rainfall duration and the runoff coefficient,the infiltration rate,as well as the soil erosion rate.Low or even invariable soil erosion rates are observed from the quaternary red clay under the slightly dry condition and from the red sandstone under the dry condition during the entire periods of artificial rainfalls.Interestingly,noted that the soil erosion rates at the two sites will increase linearly if the initial soil moisture conditions are swapped among the two cases.
- antecedent soil moisture /
- red soil /
- runoff-generation /
- soil erosion

[1]	童菊秀,杨金忠,暴入超.非饱和土中溶质地表径流迁移模型及解析模拟[J].水科学进展,2009,20(1):10-17.(TONG Ju-xiu,YANG Jin-zhong,BAO Ru-chao.Model for chemicals transfer to surface runoff in unsaturated soil and its analytical modeling[J].Advances in Water Science,2009,20(1):10-17.(in Chinese))
[2]	张玉斌,郑粉莉,武敏.土壤侵蚀引起的农业非点源污染研究进展[J].水科学进展,2007,18(1):123-132.(ZHANG Yu-bin,ZHENG Fen-li,WU Min.Research progresses in agricultural non-point source pollution caused by soil erosion[J].Advances in Water Science,2007,18(1):123-132.(in Chinese))
[3]	贾志军,王贵平,李俊义,等.土壤含水率对坡耕地产流入渗影响的研究[J].中国水土保持,1987(9):25-27.(JIA Zhi-jun,WANG Gui-ping,LI Jun-yi,et al.Effect of soil antecedent water content on characteristics of runoff and sediment of slope land[J].Soil and Water Conservation in China,1987(9):25-27.(in Chinese))
[4]	张亚丽,李怀恩,张兴昌,等.土壤初始含水量对黄土坡地水分运动与转化特征的影响[J].西安理工大学学报,2007,23(2):144-148.(ZHANG Ya-li,LI Huai-en,ZHANG Xing-chang,et al.Effect of soil antecedent water content on soil water movement and transport on loess slope land[J].Journal of Xi' an University of Technology,2007,23(2):144-148.(in chinese))
[5]	CASTILLO V M,GOMEZ-PLAZA A,MARTINEZ-MENA M.The role of antecedent soil water content in the runoff response of semiarid catchments:A simulation approach[J].Journal of Hydrology,2003,284:114-130.
[6]	王辉,王全九,邵明安.前期土壤含水量对坡面产流产沙特性影响的模拟试验[J].农业工程学报,2008,24(5):65-68.(WANG Hui,WANG Quan-jiu,SHAO Ming-an.Simulation experiment of effect of antecedent soil moisture content on characteristics of runoff and sediment from two soil sloping lands[J].Transactions of the CSAE,2008,24(5):65-68.(in Chinese))
[7]	史学正,于东升,邢廷炎.用田间实测法研究我国亚热带土壤的可蚀性K值[J].土壤学报,1997,34(4):399-405.(SHI Xue-zheng,YU Dong-sheng,XING Ting-yan.Soil erodibility factor K as studied using field plots in Suntropical China[J].Acta Pedologica Sinica,1997,34(4):399-405.(in Chinese))
[8]	YU D S,SHI X Z,WANG H J,et al.Function of soils in regulating rainwater in southern china:Impacts of land uses and soils[J].Pedosphere,2008,18(6):717-730.
[9]	PAN C Z,SHANG GUAN Z P.Runoff hydraulic characteristics and sediment generation in sloped grassplots under simulated rainfall conditions[J].Journal of Hydrology,2006,331:178-185.
[10]	袁建平,将定生,甘淑.影响坡地降雨产流历时的因子分析[J].山地学报,1999,17(3):259-264.(YUAN Jian-ping,JIANG Ding-sheng,GAN Shu.Factors affecting rainfall-runoff duration on sloping land[J].Journal of Mountain Science,1999,17(3):259-264.(in Chinese))
[11]	王全九,叶海燕,史晓南.土壤前期含水量对微咸水入渗特征影响[J].水土保持学报,2004,18(1):51-53.(WANG Quan-jiu,YE Hai-yan,SHI Xiao-nan.Influence of initial water content on slight salinewater infiltration[J].Journal of Soil Water Conservation,2004,18(1):51-53.(in chinese))
[12]	金鑫,郝振纯,张金良,等.考虑重力侵蚀影响的分布式土壤侵蚀模型[J].水科学进展,2008,19(2):257-263.(JIN Xing,HAO Zhen-chun,ZHANG Jin-liang,et al.Distributed soil erosion model with the effect of gravitational erosion[J].Advances in Water Science,2008,19(2):257-263.(in Chinese))
[13]	PHILIP J R.Hillslope infiltration:Planar slopes[J].Water Resour Res,1991,27(1):109-117.
[14]	李光录,吴发启,庞小明,等.泥沙输移与坡面降雨和径流能量的关系[J].水科学进展,2008,19(6):868-874.(LI Guang-lu,WU Fa-qi,PANG Xiao-ming,et al.Relationship between sediment transport with surface rainfall and runoff energies on sloping[J].Advances in Water Science,2008,19(6):868-874.(in Chinese))
[15]	薛亚洲,刘普灵,杨明义,等.黄土坡面侵蚀产沙时空演变的REE示踪技术研究[J].水科学进展,2005,16(2):174-180.(XUE Ya-zhou,LIU Pu-ling,YANG Ming-yi,et al.Study on spatial-temporal process of soil loss on loess slope surface by rare earth element tracers technology[J].Advances in Water Science,2005,16(2):174-180.(in Chinese))

[1]	高希超, 王浩, 杨志勇, 高凯, 牟亚莉. 考虑风场影响的城市建筑区产流计算方法 . 水科学进展, 2023, 34(1): 88-101. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2023.01.009
[2]	姜光辉, 郭芳. 岩溶水柜集流坡面的径流模式和调控建议 . 水科学进展, 2021, 32(2): 271-278. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.02.012
[3]	孙青言, 陆垂裕, 郭辉, 严聆嘉, 何鑫, 吴初. 三江平原土地利用变化对水量平衡的影响 . 水科学进展, 2021, 32(5): 694-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.005
[4]	王振龙, 杜明成, 姜翠玲, 王发信, 王怡宁, 周超. 基于人工降雨试验的淮北地区产流产沙差异性研究 . 水科学进展, 2019, 30(4): 507-514. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.006
[5]	康宏亮, 王文龙, 薛智德, 郭明明, 李建明, 白芸, 邓利强, 李艳富. 陕北风沙区含砾石工程堆积体坡面产流产沙试验 . 水科学进展, 2016, 27(2): 256-265. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.011
[6]	谢颂华, 涂安国, 莫明浩, 刘苑秋. 自然降雨事件下红壤坡地壤中流产流过程特征分析 . 水科学进展, 2015, 26(4): 526-534. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.04.009
[7]	和继军, 宫辉力, 李小娟, 蔡强国. 细沟形成对坡面产流产沙过程的影响 . 水科学进展, 2014, 25(1): 90-97.
[8]	王小燕, 王天巍, 蔡崇法, 谢德体. 含碎石紫色土坡面降雨入渗和产流产沙过程 . 水科学进展, 2014, 25(2): 189-195.
[9]	李琴, 陈曦, Frank Veroustraete, 包安明, 刘铁, 王金林. 干旱半干旱区土壤含水量反演与验证 . 水科学进展, 2010, 21(2): 201-207.
[10]	李元寿, 王根绪, 王一博, 王军德, 贾晓红. 长江黄河源区覆被变化下降水的产流产沙效应研究 . 水科学进展, 2006, 17(5): 616-623.
[11]	薛亚洲, 刘普灵, 杨明义, 琚彤军. 黄土坡面侵蚀产沙时空演变的REE示踪技术研究 . 水科学进展, 2005, 16(2): 174-180.
[12]	刘云, 宇振荣, 孙丹峰, Driessen P. M., 王纯枝. 冬小麦遥感冠层温度监测土壤含水量的试验研究 . 水科学进展, 2004, 15(3): 352-356.
[13]	丁文峰, 李占斌, 丁登山, 庄大昌. 坡面细沟侵蚀产沙时空分布规律试验研究 . 水科学进展, 2004, 15(1): 19-23.
[14]	张学文. 云的含水量及其水循环 . 水科学进展, 2002, 13(1): 83-86.
[15]	张小峰, 许全喜, 裴莹. 流域产流产沙BP网络预报模型的初步研究 . 水科学进展, 2001, 12(1): 17-22.
[16]	陆家驹, 张和平. 应用遥感技术连续监测地表土壤含水量 . 水科学进展, 1997, 8(3): 281-287.
[17]	汤立群. 流域产沙模型的研究 . 水科学进展, 1996, 7(1): 47-53.
[18]	汤立群, 陈国祥. 坡面土壤侵蚀公式的建立及其在流域产沙计算中的应用 . 水科学进展, 1994, 5(2): 104-110.
[19]	包为民. 黄土地区小流域产沙概念性模拟研究 . 水科学进展, 1993, 4(1): 44-50.
[20]	芮孝芳. 基于径流形成原理的若干洪水预报理论述评 . 水科学进展, 1992, 3(3): 233-240.

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前期土壤含水量对红壤坡面产流产沙特性的影响

作者简介:
张向炎(1980- ),男,山东泰安人,博士研究生,研究方向为土壤侵蚀与资源环境.E-mail:xyzhang@issas.ac.cn.

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1. 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室, 江苏, 南京, 210008;

2. 中国科学院研究生院, 北京, 100039;

3. 南京信息工程大学遥感学院, 江苏, 南京, 210044

作者简介:
张向炎(1980- ),男,山东泰安人,博士研究生,研究方向为土壤侵蚀与资源环境.E-mail:xyzhang@issas.ac.cn.

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作者简介: 张向炎(1980- ),男,山东泰安人,博士研究生,研究方向为土壤侵蚀与资源环境.E-mail:xyzhang@issas.ac.cn.

通讯作者: 史学正,E-mail:xzshi@issas.ac.cn

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史学正,E-mail:xzshi@issas.ac.cn

1. 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室, 江苏, 南京, 210008;

2. 中国科学院研究生院, 北京, 100039;

3. 南京信息工程大学遥感学院, 江苏, 南京, 210044

作者简介:
张向炎(1980- ),男,山东泰安人,博士研究生,研究方向为土壤侵蚀与资源环境.E-mail:xyzhang@issas.ac.cn.