紫色土细沟侵蚀输沙能力研究简

本研究采用体积置换法获得的细沟水流含沙量随沟长变化的过程数据,估算得到不同水力条件下的最大含沙量,进而计算水流的输沙能力.实验采用不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)、流量(2,4,8min/L),测量紫色土细沟侵蚀输沙数据,分别采用细沟侵蚀含沙量随沟长变化的输沙过程的实测和拟合最大含沙量、细沟侵蚀剥蚀率为0时的含沙量3种方法确定紫色土细沟水流的输沙能力.结果显示,输沙能力随流量呈线性增加,随坡度呈对数增大,流量较坡度对输沙能力的影响更大.同一坡度下,流量越大,输沙量趋于输沙能力所需的沟长越短;同一流量下,坡度5°~15°时,坡度越大,输沙量趋于输沙能力所需沟长越短,坡度15°~25°时,输沙量趋于输沙能力所需沟长随坡度增加变化不大.相关性分析可知,3种方法计算得到的输沙能力基本一致.     

利用REE示踪法分析坡面放水冲刷的侵蚀过程

为确定放水条件下坡面侵蚀规律,采用3个坡度(15°,18°,21°)和3个流量(3.5,4.5,5.5L·min-1)交叉组合进行室内冲刷试验,并利用REE示踪法系统分析细沟发生和发展过程.结果表明:坡面上部细沟侵蚀最为剧烈,到试验结束时,坡面上部、中部和下部的沟蚀深度分别在20cm、10cm和5cm的范围内;上部和中部各层稀土元素示踪区的侵蚀率在试验过程中的变化曲线呈现单峰型或多峰型.流量对各元素示踪区侵蚀率的影响比坡度更为显著,是影响细沟侵蚀量的主要因素.水流流量不变时,在试验初始3min内,坡度对坡面下部的侵蚀影响相对较大.     

雨滴击溅下薄层水流的输沙机理研究

【目的】探讨雨滴打击下薄层漫流的输沙机理,为建立细沟间薄层水流泥沙输移预报模型提供理论依据。【方法】采用人工模拟降雨试验,以无雨滴打击为对照,对黏性土壤在直径2.68 mm和3.02 mm雨滴击溅作用下,不同坡度坡面(2°和4°)细沟间薄层水流深度(h)与土壤侵蚀量、泥沙含沙量、扰动系数(Cr)关系进行了研究。建立了黄土缓坡坡面扰动系数的预测方程。【结果】雨滴击溅下坡面薄层水流土壤侵蚀量较无雨滴击溅时显著增大,击溅雨滴直径越大,侵蚀量越大,与水深呈对数规律变化。在雨滴击溅作用下,泥沙含沙量随水深的增加呈减小趋势,且雨滴直径越大,减小幅度越大,这与无雨滴击溅时薄层水流的泥沙含沙量变化相反,表明雨滴击溅作用是薄层水流泥沙输移的主要动力。雨滴击溅作用对薄层水流的扰动系数随水流深度的增大呈线性减小趋势;对侵蚀性黄土而言,2.68 mm雨滴击溅下,无扰动水深为6.94 mm;3.02 mm雨滴击溅下,无扰动水深为7.20 mm。【结论】雨滴击溅作用是薄层水流泥沙剥蚀的主要动力。     

黄土区细沟侵蚀过程中输沙能力确定的解析法

 输沙能力是坡面细沟侵蚀过程预报模型中所需的重要参数,确定坡面输沙能力一直是土壤侵蚀研究关注的问题。解析法是用数学上的积分和积分变换等方法直接求数学模型的解,其优点是把表征坡面土壤运动规律的变量和时空变化包含在一个表达式内,可以分析土壤侵蚀的过程运动规律。由细沟侵蚀室内模拟试验得出的剥蚀率和含沙量之间的函数关系,推导得到了计算细沟输沙能力的解析式。将由解析方法计算求得的水流输沙能力与由试验数据直接估算出来的结果进行了对比,验证了该解析式的合理性。     

模拟降雨条件下坡度对东北黑土区坡面侵蚀过程的影响

利用野外模拟降雨实验,分析了不同坡度(3°,5°,7°,9°,12°,15°)、不同降雨强度(70,100,120mm/h)条件下,黑土坡地产流和产沙特性随坡度和降雨强度的变化规律。研究结果表明:降雨强度小,产流时间长且坡度对产流时间影响小。降雨强度大,产流时间短且坡度对产流时间的影响明显;在坡度较小的条件下,降雨强度对坡面径流量的影响较小,较大坡度条件下,降雨强度对坡面径流量的影响较大;在同一降雨强度下随坡度的增加,侵蚀产沙率基本呈现增大的趋势;坡度对侵蚀产沙率的影响程度与降雨强度有一定关系;在12°~15°之间存在本试验条件下的临界坡度,超过临界坡度12°后侵蚀产沙率和总产沙量都大幅度下降。     

鲁中山区坡面尺度下的土壤侵蚀特征分析

土地资源的过度开发利用导致土壤侵蚀问题日益严重。坡面作为土壤侵蚀研究的基本单元,分析其在不同条件下土壤侵蚀特征对于水土保持政策制定具有重要意义。以济南市莱芜栖龙湾水土保持科技示范园的径流场为试验区,对2008—2012年的降水数据以及模拟降水试验观测数据进行定量分析,结果表明:(1)坡长一定时,25°为侵蚀临界坡度,坡度大于或小于25°,侵蚀量减少;(2)在10°～30°坡度范围内,降水量达到12.95 mm时才会产生径流,并且与径流量和泥沙损失量均呈现正相关趋势,并且降水强度越大,面蚀转为细沟侵蚀的时间越快,前期侵蚀量的波动越大;(3)10°～20°的坡度范围内,梯田种植方式比顺坡种植方式有更好的水土保持效果,25°～30°坡度范围内,林草工程和鱼鳞坑等措施结合可以有效减弱土壤侵蚀。     

黄土残塬沟壑区坡度和坡长对土壤侵蚀的影响分析

该研究以黄土区坡地的坡长与坡度对于土壤侵蚀的影响为研究内容 ,旨在为因害设防 ,更好的治理水土流失 ,对黄土高原坡地综合治理提出理论依据和切实可行的实践指导 .根据在山西省吉县黄土残塬沟壑区长期定位水土流失观测与调查资料 ,并结合以往关于黄土区的研究成果分析了坡长和坡度与侵蚀的关系 ,研究表明 :随坡长和坡度的增大 ,径流增大 ,侵蚀量越大 ,侵蚀模数增大 ;年侵蚀模数与坡长呈正相关关系 ;随着坡长增大 ,细沟侵蚀和浅沟侵蚀明显增强 ;坡耕地坡长最好小于 15m .     

黄土残塬沟壑区坡度和坡长对土壤侵蚀的影响分析

该研究以黄土区坡地的坡长与坡度对于土壤侵蚀的影响为研究内容,旨在为因害设防,更好的治理水土流失,对黄土高原坡地综合治理提出理论依据和切实可行的实践指导. 根据在山西省吉县黄土残塬沟壑区长期定位水土流失观测与调查资料,并结合以往关于黄土区的研究成果分析了坡长和坡度与侵蚀的关系,研究表明:随坡长和坡度的增大,径流增大,侵蚀量越大,侵蚀模数增大;年侵蚀模数与坡长呈正相关关系;随着坡长增大,细沟侵蚀和浅沟侵蚀明显增强;坡耕地坡长最好小于15 m.     

草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验研究

[目的]研究草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验。[方法]通过放水冲刷模拟试验对内蒙古自治区达茂旗草原土壤侵蚀特性进行系列分析,研究土壤侵蚀产沙过程和机理。[结果]变坡径流平均流速随径流量和坡度的增大呈波动趋势增加;坡面径流平均输沙率和平均剪切力均随流量的增加波动增加,随坡度的增加而呈抛物线形式变化,临界坡度值出现在25°左右,流量对输沙率的影响大于坡度因素的作用;坡面径流平均输沙率与平均剪切力之间有良好的线性关系。[结论]该研究为建立我国草原区土壤侵蚀预报提供理论依据。     

黑土坡面径流特征模拟研究

以土槽模拟自然坡面,在人工降雨条件下,对黑土坡面径流参数进行了分析。结果表明:随着降雨强度(简称"雨强")和坡度的增大,黑土坡面径流的初始产流时间缩短,径流量和径流系数增加。在前期降雨条件下,二次降雨所表现的径流侵蚀特征均强于首次降雨。黑土坡面产生细沟的时间随坡度增大而缩短,当坡度15°时,细沟产生时间基本一致,细沟的数量及长、宽、深等参数增大,坡度对沉积的影响作用大于降雨强度。     

激光扫描技术应用于细沟侵蚀的研究——以东北典型黑土区为例

【目的】使用德国引进设备3D激光地貌分析仪研究多场降雨下细沟侵蚀过程,为解释黑土区细沟侵蚀过程提供理论依据。【方法】根据试验地多年自然降雨参数设计人工降雨参数,使用人工降雨设备,在坡度为5°的标准径流小区上进行7场等强度人工降雨,每场降雨后使用3D激光地貌分析仪对地表进行扫描,观测细沟侵蚀的发展过程。【结果】平均产流率及输沙率大体呈现先增大后减小的趋势,平均产流率及平均输沙率最大值分别出现在第3场降雨及第4场降雨时,值分别为3.30L/min及200.57g/(m2.min);细沟侵蚀强度由第1场降雨的2.061kg/m2最终发展为第7场的7.295kg/m2,增大了约2.54倍。【结论】使用3D激光地貌分析仪进行细沟侵蚀的监测是可行的,研究区内随着降雨时间的推移,细沟侵蚀是一个不断稳定加强的过程。     

喀斯特地区坡耕地径流水动力学特征研究

为研究喀斯特地区坡耕地在不同条件下的水动力学特征,通过野外径流模拟试验分析在不同坡度和不同流量下的细沟径流侵蚀过程,深入研究细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征。研究结果表明：流速随坡度的增大而上升,但两者相关性不明显;雷诺数(Re)随坡度的增大而减小,弗劳德数(Fr)和阻力系数(f)均随坡度的增大而增加;南明区、青岩和修文的雷诺数(Re)与弗劳德数(Fr)呈显著负相关关系(P<0.01)。研究结果对于认识不同坡度与不同流量下细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征有重要意义,为喀斯特地区坡耕地土壤侵蚀与防治提供一定参考依据。     

伊犁河谷缓坡地融雪侵蚀特征研究

采用坡面径流小区试验法,于2009年3月3～10日,对伊犁河谷缓坡地的春季融雪侵蚀特征进行了系统研究.结果表明:8°坡融雪强度始终较3°和5°坡的大,其径流强度的日变幅也最大;8°坡坡面日产流量和产沙量均最大,日产流量分别比5°和3°坡高24.5和28.7 mL/d,泥沙侵蚀量多4.23和5.85 kg/m3;坡度间坡面冲刷细沟的分布和细沟侵蚀强度也有差异,8°坡坡面的冲刷细沟多呈网状交错状,主要分布在坡面下部,冲蚀沟多而较长、浅且宽;5°和3°坡的冲刷沟则在坡面的中、下部呈分散状分布,冲蚀沟少而短、浅且窄;融雪后,0～20 cm土层的土壤含水量表现为:8°坡显著低于5°和3°坡.该研究结论将为伊犁河谷及干旱、半干旱区生态相似区域春季融雪径流的集蓄利用、侵蚀坡地的保护和治理提供了依据.     

黑麦草对黄土坡面降雨产流产沙过程的影响

为研究草地对土壤侵蚀过程的影响,选用黄绵土人工种植草地,采用室内模拟降雨试验研究黑麦草不同覆盖度（0、25%、50%和75%）对3种降雨强度（60、90和120 mm/h）坡面产流产沙过程的影响。结果表明：黑麦草覆盖可以显著减小侵蚀产沙。在坡面土壤预饱和的条件下,坡面产流、产沙与时间呈线性关系;累计产流量随降雨强度线性增加;同一降雨强度条件下,草地覆盖度对累计产流量影响不显著;草地坡面水流含沙量、输沙率、次降雨产沙量均随覆盖度增大而降低,随降雨强度增大而增加;3种降雨强度条件下,无黑麦草覆盖坡面水流含沙量差异不显著,次降雨产沙量和输沙率随着降雨强度的增加而增大。研究结果可为土壤侵蚀预报模型建立及水土保持措施的制定提供理论参考。     

砒砂岩地区坡面径流水动力学特性研究

【目的】研究砒砂岩地区坡面径流的侵蚀规律,为该地区坡面水蚀预报模型的建立提供理论依据。【方法】在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗的西召沟内,选取典型的砒砂岩沟坡,采用野外实地放水冲刷试验,对不同冲刷流量(100,150,200,250,300 L/h)和坡度(5°,15°,25°,35°)下砒砂岩坡面径流的水动力学特性进行研究。【结果】在试验的冲刷流量和坡度范围内,砒砂岩地区坡面径流流速均随冲刷流量和坡度的增加而增大,它们之间呈幂函数关系。坡面径流雷诺数(Re)为58.55~442.85,且Re随冲刷时间的延长有增大的趋势。坡面径流弗罗德数(Fr)为0.738~2.281,且Fr随着冲刷流量和坡度的增加而增大。当冲刷流量和坡度较小时,径流流态为层流和缓流;当流量和坡度较大时,径流流态为层流和急流。坡面径流Darcy-Weisbach阻力系数(f)与冲刷流量和产沙量呈反比关系。【结论】相对于其他地区,砒砂岩地区坡面径流水动力学特性有其独特的特征,研究结果可以进一步揭示该地区坡面侵蚀产流产沙机理及侵蚀动力学机制。     

雨滴击溅与薄层水流混合侵蚀的输沙机理

【目的】针对雨滴击溅与薄层水流混合侵蚀过程输沙机理研究中存在的问题,研究雨滴击溅对坡面径流输沙的影响。【方法】采用室内人工模拟降雨试验,以土娄土、黄绵土和黑垆土为供试土壤,在不同雨滴直径(直径2.22,2.68和3.04mm)、不同坡度(0°,2°和4°)和薄层水流厚度(0,2,4和6mm)条件下,分析单雨滴击溅时,泥沙溅蚀量与水层厚度的关系;多雨滴击溅时,泥沙溅蚀量与薄层水流厚度的关系,分别对二者关系进行拟合;同时,对于多雨滴击溅时,不同薄层水流厚度下黄绵土泥沙溅蚀量和雨滴动能的关系进行了分析。【结果】单雨滴击溅时,泥沙溅蚀量随水层厚度的增加而减少,且雨滴直径越大其扰动水层厚度越大,当雨滴直径由2.22mm增加到3.04mm时,平均扰动水层厚度由10mm增加到14.67mm。多雨滴击溅时,在相同的坡度(0°~4°),不同土壤和雨滴直径下,随薄层水流厚度的增加,泥沙溅蚀量呈先升后降趋势;当薄层水流厚度相同时,随雨滴直径的增加,泥沙溅蚀量呈增大趋势。当雨滴动能不变时,泥沙溅蚀量随着薄层水流厚度的增加而增大;当薄层水流厚度一定时,泥沙溅蚀量随雨滴动能的增加而增大。【结论】建立了单雨滴击溅和多雨滴击溅条件下扰动水层厚度关与泥沙溅蚀量的关系式。     

陕北黄土区浅沟分布特征及其与立地类型的关系

【目的】提取浅沟特征参数,建立浅沟发生的临界关系式,研究立地类型对浅沟的影响。【方法】以ArcGIS 9.2为操作平台,Quickbird遥感影像为数据源,提取黄土丘陵沟壑区合家沟封育流域的浅沟信息,确定浅沟参数(浅沟长度、浅沟沟间距、浅沟坡度、上坡汇流面积、坡面坡度);按坡向(正阳坡、半阳坡、正阴坡、半阴坡)和坡度(缓坡、陡坡、极陡坡)划分为12种立地类型,分析立地类型对浅沟分布发育的影响。【结果】研究区浅沟平均长度为56.5 m,平均沟间距为10.8 m,平均浅沟坡度为30.9°,其中坡度为30°~36°的浅沟占总数的53.3%,其分布临界关系式为S=0.74A-0.16(其中S为浅沟坡度,A为上坡汇流面积),可以此预测研究流域的浅沟侵蚀分布。同一种坡度条件下,平均坡面密度变化为正阳坡半阳坡正阴坡半阴坡,同一种坡向的浅沟坡面密度随着坡度的增加而增大,且无论是阴坡还是阳坡,浅沟的沟头位置均随坡度的增加由坡面的中上部向坡顶移动,且阴坡沟头的移动幅度较阳坡大。【结论】建立了研究区浅沟发生的临界关系式,确定了立地条件对该区浅沟分布的影响,为浅沟侵蚀预测提供了有益参考。     

径流功率理论在黄土坡面侵蚀产沙计算中的应用

介绍了径流侵蚀产沙功率理论的基本原理,并应用这一理论对放水冲刷试验中不同坡度和流量条件下的侵蚀产沙特征进行了分析和比较。结果表明,当坡度为3~°27°时,单位径流的侵蚀功率随坡度的增加而增大;当坡度增加到27°时,单位径流功率达到最大值,而后随着坡度的继续增加,单位径流功率有所减少。实测数据和据单位径流侵蚀功率理论计算的坡面单宽径流侵蚀产沙量表现出了相似的变化规律,两者都随坡度的增加呈抛物线变化,坡面单宽径流侵蚀产沙量的最大值都出现在21°左右,且二者之间具有良好的线性关系。说明径流功率理论可以较好地应用于坡面单宽径流侵蚀产沙量的计算。     

地表坡度对坡面溶质随薄层水流迁移特征的影响

通过上方来水模拟薄层水流冲刷试验,研究了地表坡度对红壤坡面产流、产沙及非吸附性离子(Br-)迁移过程的影响.结果表明:起始产流时间随地表坡度增大呈递减趋势;坡度对产流规律和产流总量影响并不显著.坡面径流泥沙含量随产流时间呈半正弦波衰减趋势;坡度越大,周期越短,波幅越大;泥沙流失总量与坡度呈幂函数递增关系.薄层水流冲刷作用下坡度对土壤溴迁移特性影响显著;随着坡度增大,径流澳浓度随之增大,澳的流失方式由淋溶损失为主逐步转变为径流流失为主.     

青海省三江源区主要河流泥沙特征分析

以青海三江源为研究区,分析三大河流的含沙量、输沙量年内、年际变化特征,结果发现,青海省三江源区主要河流代表站含沙量年内分配极不均匀、年际变化较大,长序列变化趋势不明显;最大月输沙量均出现在7月,最小月输沙量均出现在2月;进入21世纪以来,通天河含沙量比多年平均偏小,输沙量比多年平均偏大,黄河源含沙量、输沙量比多年平均偏小.