坡沟侵蚀产沙关系的模拟试验研究

黄土高原坡面从分水岭到坡脚,径流侵蚀产沙方式和产沙强度等特征表现出明显的垂直分带性。为了揭示造成这种垂直分带性特点的形成机理,本文设计了4m长坡面(坡度为20°)和3m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统试验土槽,采用四个不同流量(2.1Lmin-1、3.2Lmin-1、5.2Lmin-1、7.2Lmin-1)的放水冲刷试验,研究了坡面不同来水量、来水含沙量及来水动能对沟坡侵蚀产沙的影响,并建立了坡沟系统侵蚀产沙过程的数学模型。结果表明:坡面放水径流强度、坡面来水含沙量以及坡面来水单位水流功率均影响着沟坡部分侵蚀产沙量的大小。坡面放水径流强度与沟坡侵蚀产沙量之间呈幂函数关系;坡面来水含沙量和坡面来水单位水流功率与沟坡部分的侵蚀产沙量之间呈线性关系。根据单位水流功率的概念,计算得出试验条件下沟坡侵蚀产沙的临界单位水流功率值为0.632。最后,根据改进的Yalin公式及沟坡侵蚀产沙的影响因素,分别建立了坡面和沟坡侵蚀产沙的数学模型,经计算后与实测值进行对比发现结果基本令人满意。     

冲刷时间对土壤分离速率定量影响的实验模拟

土壤分离过程为侵蚀产沙提供了物质准备 ,对它发生、发展的过程进行准确模拟 ,具有重要的实践和理论意义。利用变坡实验水槽 ,在较大流量 (0 .5～ 1 .5 L / s)和坡度 (5°～ 1 5°)范围内 ,系统研究了冲刷时间对土壤分离速率的定量影响。研究结果表明 :不同流量和坡度条件下 ,土壤分离速率均随着冲刷时间的延长而呈良好的幂函数形式下降 (Dr=At B) ,系数 A随着流量和坡度的增大而增大 ;土壤分离速率与坡度和流量间的关系随着冲刷时间的不同而不同 ,当冲刷时间在 1 0 s以内时 ,随着冲刷时间的增加土壤分离速率与流量和坡度间的相关性增大 ,当冲刷时间大于 1 0 s后 ,随着冲刷时间的增大其相关性反而减小 ;以土样下切 2 cm为条件 ,建立了最佳冲刷时间与流量和坡度间的幂函数关系 ,为相关实验径流冲刷时间的设计提供了思路     

径流冲刷条件下冻融坡面产沙时空分布

为确定冲刷条件下冻融坡面侵蚀产沙时空分布特征,利用稀土元素(REE)示踪技术,采用2个坡度(10°,15°),4个初始解冻深度(2,5,10,15cm),4个流量(4.5,6.5,8.5,10.5L/min)进行径流小区冲刷试验,分析冻融坡面侵蚀产沙时空变化规律。结果表明:相同初始解冻深度条件下土壤侵蚀产沙量随着坡度和流量的增大而增大,坡面第1坡段发生侵蚀最大,占总产沙量的68.24%,第3坡段产沙量一直趋于平稳状态;坡度相同时,侵蚀产沙量随着起始解冻深度和流量的增大而增大;冻融坡面侵蚀产沙量沿坡面方向和沿土壤深度方向逐渐降低;La元素示踪区产沙量随时间变化呈先增大后减小的趋势,其他各稀土元素示踪区产沙量随侵蚀时间变化的趋势与La元素示踪区产沙量的变化趋势基本一致。     

苔藓覆盖对喀斯特林地碳酸盐岩红土剥蚀过程的影响

为探究苔藓覆盖对喀斯特山地土壤剥蚀过程影响的机理,通过野外采集原状土样,结合上方来水冲刷剥蚀试验,分析了不同坡度(5°,20°)与不同土壤含水率(饱和含水率、田间含水率)条件下苔藓盖度与土壤分离能力间的定量关系,解析了坡面流水力特征参数对苔藓覆盖的响应规律.结果表明:在5°和20°坡度下,苔藓覆盖下饱和土壤的土壤剥蚀率...     

西南地区黄壤坡面径流冲刷过程研究

土壤分离是土壤坡面侵蚀产沙的必要途径和重要过程,准确预测土壤分离过程对完善土壤侵蚀物理模型具有重要意义。利用变坡钢槽,在不同坡度（8.8%～46.6%）流量（0.5～2.5 L s-1）组合下,研究了喀斯特地区黄壤分离速率与坡度、流量以及水流剪切力、水流功率、单位水流功率的关系。对比了相同流量典型坡度组合下黄壤与黄土的分离速率差异。研究结果表明,喀斯特地区黄壤的分离速率随坡度和流量的增大而增大;坡度和流量的多元回归分析结果能够很好地预测土壤分离速率值（R2=0.9）。水流功率和单位水流功率与黄壤分离速率呈现较好的幂函数关系,决定系数比较接近（R2=0.83、0.79）;而水流剪切力预测黄壤分离速率较差（R2=0.18）。黄土的土壤分离速率明显大于黄壤,且二者分离速率差异随坡面冲刷流量的增大而增大。尽管坡度、流量、水流功率和单位水流功率都可以很好地预测土壤分离速率,且回归方程形式与国内他人研究相差不大,但方程中表征土壤可蚀性的系数相差较大,体现了黄壤坡面侵蚀过程及其受径流影响作用的特殊性。     

黄土高原坡沟系统侵蚀产沙过程的REE示踪研究

利用室内概化的坡沟系统模型,结合REE示踪技术,采用放水冲刷试验,对黄土高原坡沟系统侵蚀产沙过程进行了深入研究。结果表明,坡沟系统的坡面侵蚀速率大于沟坡的侵蚀速率,即坡面侵蚀较沟坡侵蚀剧烈;在本研究设计的流量范围内存在一个临界流量Q=12 L/min,当冲刷流量小于该值时,起始侵蚀率随流量的增大而增大,当冲刷流量大于该值时,起始侵蚀率随冲刷流量的增大而减小;相同流量下,随着冲刷历时的延长,其侵蚀率呈波动变化趋势,陆续达到最大,然后又逐渐减小,而且随着流量的增大,La元素示踪带和Eu元素示踪带侵蚀率达到最大的时间越来越短。     

5°～25°坡耕地径流小区产流产沙规律

基于四川省遂宁水土保持试验站坡耕地水土流失的观测数据统计,通过探讨降雨产生的地表径流深及冲刷量随坡度的变化,以及耕作措施和植被对坡面侵蚀的影响,提出坡耕地在降雨时的产流产沙规律:相同前提下,产流产沙量随坡度增加而增加;横坡耕作时,产流产沙量剧减,而顺坡耕作时产流产沙增加;种植农作物时,较之坡面植草,产流量减少,但产沙量增加.同时用灰色关联系数法确定各因子对坡耕地水土流失的影响序列为:产流时,坡度>耕作措施>植被;产沙时,耕作措施>坡度>植被.     

坡面径流剪切力分布及其与土壤剥蚀率关系的试验研究

 径流剪切力是建立土壤侵蚀过程模型重要的水动力学参数,研究径流剪切力和土壤侵蚀产沙相关关系具有重要理论和实践意义。以径流冲刷模拟试验为研究手段,研究不同流量和不同坡度组合条件下坡面侵蚀过程中径流剪切力的分布特征,并对应分析土壤剥蚀率与各阶段径流临界剪切力的相关关系。结果表明:不同试验条件下,坡面侵蚀发育各阶段径流剪切力和土壤剥蚀率随冲刷流量的增加而增加,随小区坡度的变化受临界坡度影响;土壤剥蚀率与放水流量、坡度和径流剪切力等多因子呈线性相关,与流量或坡度的大小呈正比,与径流剪切力的大小呈反比;土壤剥蚀率与各径流剪切力单因子呈幂函数或指数函数相关,随径流剪切力的增加呈增加趋势;坡面产生跌坎时的临界剪切力和坡面径流平均剪切力均可以作为土壤侵蚀预测参数。     

土工格室防护边坡抗冲刷规律试验研究

采用变坡试验水槽对土工格室防护坡面的侵蚀规律进行了试验研究。试验坡度为5°~35°,放水流量1~2m³/h。基于传统的径流量和产沙量测定方法,分析了土工格室边坡坡面的产流产沙演化规律。研究结果表明：土工格室的存在形成一系列沿格室边缘菱形分布的纹沟,与自然坡面的冲刷形态有本质区别;累计侵蚀量随坡度、流量的增大而增大;土工格室坡面的侵蚀主要发生在前10min,相同时段内的侵蚀量逐渐减小;同一流量条件下,土工格室坡面冲刷的侵蚀模数与边坡坡度之间呈良好的幂函数正相关关系。     

煤炭开采区废弃物堆置体坡面侵蚀特征研究

通过野外布设坡面径流小区观测点量测,采用多年平均侵蚀模数来定量描述煤炭开采区废弃物堆置体坡面侵蚀强度,并通过模拟径流冲刷试验研究了煤矸石、自燃煤矸石、煤矸石覆土三种堆置形式坡面产流和产沙过程、侵蚀特征及抗冲性能。结果表明,在小流量冲刷下,煤矸石抗冲刷性能最大,坡面侵蚀轻微,几乎不产沙。以此为依据,提出了煤矸石排放工艺和废弃物堆置体坡面侵蚀防治的一些见解。