上方来水对浅沟侵蚀产沙的野外放水冲刷试验研究

浅沟通常发生在黄土高原地区陡坡农耕地上,是黄土高原丘陵沟壑区一种独特的微地貌现象,影响着坡面降雨产汇流过程和侵蚀产沙数量。以黄土丘陵沟壑区坡面浅沟为研究对象,通过野外典型浅沟径流小区放水冲刷试验,研究上方来水对浅沟侵蚀产沙及输沙规律的影响。结果表明:浅沟径流率随着上方来水流量的增大而不断增大;产沙率随着上方来水流量的增大而增大。含沙量大小顺序为上方来水流量15L/min,下方水流量10L/min时含沙量>上方来水流量10L/min,下方水流量10L/min时含沙量>无上方来水,下方水流量10L/min时含沙量>上方来水流量5L/min,下方水流量5L/min时含沙量>无上方来水,下方水流量5L/min时含沙量。有上方来水比无上方来水含沙量增大1.39～2.46倍。     

坡度对浅沟侵蚀产沙的野外放水冲刷试验影响

为了研究坡度对坡面浅沟侵蚀产沙的影响,以黄土丘陵沟壑区坡面浅沟为研究对象,选取野外实地坡面14.0°,18.5°,26.0°,29.0°坡度和5,10,15,20,25L/min放水流量进行典型野外坡面浅沟径流小区放水冲刷试验,研究坡度对浅沟径流率、产沙率、含沙量、总径流量、总产沙量的影响。结果表明:5,10,15,20,25L/min不同放水流量下,坡度与径流率、总径流量成正相关,既随着坡度增大径流率、总径流量增大;5,10,15,20,25L/min不同放水流量和14.0°,18.5°,26.0°,29.0°坡度下产沙率、含沙量和总产沙量随时间变化的规律一致,表现为试验时间内,均出现先增大—到达最大—波动减小—稳定趋势;产沙率、含沙量、总产沙量与坡度的关系表现为产沙率、含沙量、总产沙量随着坡度的增大先增大,达到最大值后减小,最大值出现在26.0°,26.0°的产沙率、含沙量和总产沙量分别为14.0°的1.06~2.87,1.31~2.21,1.08~2.77倍,产沙率、含沙量、总产沙量均存在临界坡度,临界坡度范围为18.5°~29.0°。     

非恒定流对浅沟侵蚀产沙及水动力参数的影响

浅沟侵蚀是黄土高原独特的侵蚀类型,在坡面侵蚀中占有重要的地位。关于浅沟侵蚀的研究,以往多采用恒定流量进行冲刷试验,而在实际中流量是变化的,有关非恒定流的浅沟侵蚀实验尚未见报道。采用野外放水冲刷试验,定量分析10～15、15～20、20～25 L/min 3个非恒定流的放水流量级和10、15、20 L/min 3个恒定流量的放水流量级对14°坡耕地坡面浅沟侵蚀产沙及其水动力参数的影响。结果表明:恒定流量级的流速、雷诺数、弗劳德数、剪切力、水流功率和径流含沙量分别较变流量后的非恒定流小6.64%～13.44%、2.73%～8.26%、6.15%～49.59%、0.27%～10.27%、4.27%～15.77%和2.02%～19.36%;恒定流的阻力系数则较与其相对应的非恒定流增大23.45%～43.41%。     

不同宽度冲刷槽对崩岗崩积体产流产沙的影响

为了解不同宽度冲刷槽对坡面冲刷侵蚀过程中产流产沙的影响,该研究以崩岗崩积体为对象,通过不同冲刷槽宽度(10、20、30、40、50 cm)和不同单宽流量(1.2×10-2、2.4×10-2、3.6×10-2、4.8×10-2 m2/min)相结合的室内模拟冲刷试验,研究不同宽度冲刷槽对崩积体产流产沙的影响。结果表明:1)单宽流量为1.2×10-2,2.4×10-2,3.6×10-2 m2/min时,不同冲刷槽宽度之间径流率、产沙率存在显著差异(P0.05);单宽流量为4.8×10-2 m2/min时,不同冲刷槽宽度之间径流率、产沙率差异不显著。2)单宽流量一定,不同冲刷槽宽度下径流率随时间变化趋势相同;单宽流量为1.2×10-2 m2/min时,不同冲刷槽宽度条件下产沙率和含沙量随时间变化趋势不同,其他单宽流量下产沙率和含沙量随时间变化趋势相同。3)单宽流量相同,不同冲刷槽宽度下累积径流量差异不显著;单宽流量为1.2×10-2,2.4×10-2,3.6×10-2 m2/min条件下,不同冲刷槽宽度下累积产沙量和平均含沙量差异显著(P0.05)。该研究揭示了冲刷槽宽度对崩积体产流产沙的影响,为今后试验冲刷槽宽度的选择提供参考。     

雨强和坡度对红壤坡面产流产沙及侵蚀动力过程影响

采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强(40,66,80 mm/h)和坡度(5°,10°,15°)条件下,湖北省武汉市蔡甸区红壤坡面流速、产流产沙时空变化及水动力学过程。使用长2.5 m,宽0.5 m,高0.3 m的可调坡度径流土槽,每场降雨试验在槽子底端出口开始产流后持续60 min,每3 min收集一次径流泥沙样品。结果表明:相同坡度下,坡面平均产流率和产沙率均随雨强增加而增大;产流率在降雨初期波动增长,随降雨时间延长而逐渐稳定;产沙率在降雨初期急剧上升,随后稍有下降并逐渐趋于平稳。坡度从5°增加到15°,雨强为40,66,80 mm/h下的平均产流率依次增加24%,22%和15%,平均产沙率依次增加89%,60%和84%。随雨强或坡度增加,流速均增大,且雨强对流速的影响较坡度更大;流速沿坡长方向呈增大趋势,且细沟流速是细沟间的1.33～2.10倍。66 mm/h,10°条件下,坡面形成细沟并发生明显下切和溯源侵蚀。相同雨强下,径流剪切力随坡度增加而增大、达西—韦斯巴赫阻力系数随坡度增加而减小。坡面径流属于层流且为急流,水动力学参数和侵蚀产沙率的拟合方程表明,弗劳德数和流速可以较好地模拟坡面产沙率。研究结果可为南方红壤区水土流失治理提供参考。     

工程堆积体坡面产流产沙特性的现场试验

通过不同流量(35,45,55L/min)、不同坡度(24°,28°,32°)的野外放水冲刷试验,对工程堆积体坡面产流产沙的时空变化特性进行了研究。结果表明,径流强度与放水强度、产沙率密切相关,三者之间呈多元线性相关;坡面径流强度随冲刷时间呈波动式增大趋势;平均含沙量和产沙比均随坡度增大呈先增后减的趋势,峰值出现在坡度为28°时;径流强度和产沙率在冲刷时间为10min时出现第一个峰值;坡面产沙过程呈现产沙率剧增、波动和稳定发展3个阶段;累计产沙量与累计径流量呈线性关系。试验结果可为工程堆积体坡面水土流失预报模型的构建提供验证数据。     

连续降雨作用下褐土坡面侵蚀及其水动力学特征

为研究在长时间降雨侵蚀过程中北京褐土坡面侵蚀特征及其水动力学机制,通过室内人工模拟降雨试验,分别在60,90 mm/h雨强下对褐土坡面进行连续10场次降雨试验,探讨了坡面侵蚀过程中的产流产沙特征及其与水动力学参数间的关系。结果表明:(1)在雨强及次降雨量较一致的条件下,随降雨场次增加坡面次降雨产流量变动较小,而次降雨产沙量变化较大,60,90 mm/h雨强下次降雨产沙量的变异系数为23.94%和59.88%,且第10场降雨的产沙量仅为第1场降雨的59.74%和22.28%;(2)连续降雨条件下,平均次降雨产沙速率随雨强增大而增大,径流含沙量随降雨时间呈幂函数下降趋势;(3)受褐土坡面细沟形态变化和土壤粗化的影响,60,90 mm/h雨强下坡面径流平均流速分别随降雨时间呈指数函数和幂函数下降趋势,弗劳德数亦表现出相同趋势;坡面径流阻力系数随降雨历时均呈对数函数增加;(4)长时间降雨侵蚀条件下径流含沙量与平均流速、弗劳德数、阻力系数、径流功率相关关系极显著,其中平均流速是径流含沙量变化过程中与其关系最为密切的水动力学参数,径流含沙量的变化深刻受到坡面径流平均流速的动力作用过程影响。     

放水冲刷条件下紫色土细沟侵蚀特征

细沟侵蚀对于坡面侵蚀量的贡献很大.以长江中上游典型侵蚀性土壤紫色土为研究对象,采用变坡限定性细沟径流土槽放水冲刷试验,研究不同流量、坡度和坡长情况下,紫色土细沟侵蚀特征.结果表明:相同坡度和流量情况下,清水流速大于浑水流速,坡度和流量影响流速的变化;不同流量情况下,5 °坡面流速随坡长增大变化幅度很小,基本稳定.15°和23°坡面流速呈现随坡长增加而减小的趋势,并趋于稳定.在给定的坡度和流量条件下,产沙量随着坡长的增加而增加,但增加的幅度越来越小,且趋近一个稳定值.5 °坡面含沙量稳定所需的坡长在5、15和25 L/min情况下,分别为7、5和5m.15°和23°坡面在5和15 L/min情况下,含沙量稳定所需的坡长分别为7和6m,25 L/min情况下坡长到试验坡长10m时,含沙量还没稳定,含沙量与坡长成对数函数关系.其研究结果为紫色土坡面侵蚀物理模型的建立提供参数支持.     

农田浅沟中不同植物的水土保持效果和机理分析

为探究不同植物在东北黑土地区农田浅沟中的水土保持效果，建立裸坡(LP)和种植有紫花苜蓿(V₁)和马蔺草(V₂) 2种植物的坡面浅沟模型，通过在浅沟内模拟上方汇水，进行不同植物覆盖下的浅沟坡面水力侵蚀试验，分析产流产沙特征及水动力学参数时空变化特征。结果表明：(1)相同流量下产流时间为裸坡<紫花苜蓿<马蔺草，产流时间延长，下渗量明显增大，紫花苜蓿(61%)的减沙效果显著优于马蔺草(29%),但紫花苜蓿(33%)减流效果弱于马蔺草(38%)。(2)相同流量下，紫花苜蓿的水力摩擦系数(f)(2.3)高于马蔺草(0.8),同时紫花苜蓿的平均流速(u)略低于马蔺草，弗劳德数(Fr)表现为紫花苜蓿<马蔺草，平均雷诺数(Re)表现为紫花苜蓿<马蔺草，整体表现为紊流。(3)通过拟合函数分析，3组处理下雷诺数与流速和摩擦系数呈正相关，但函数关系略有差别；弗劳德数与摩擦系数呈负相关，均符合对数函数变化规律。产流率和产沙率的降低归因于植被覆盖增大径流受到的摩擦力，同时提高径流入渗率，并且紫花苜蓿的减流减沙效果优于马蔺草；随着流量增大，马蔺草...     

植被覆盖坡面土壤侵蚀的水动力学机理

[目的]研究植被覆盖坡面土壤侵蚀发生的动力学机制,为揭示华北土石山区植被覆盖坡面侵蚀机理提供理论支撑。[方法]从坡面径流水动力学特性出发,基于人工模拟降雨的方法,定量研究油松、侧柏、栓皮栎和酸枣覆盖坡面径流水动力学过程和侵蚀过程的相互关系。[结果]侧柏覆盖坡面的产流量最大,平均总产流量为56.85 L。而产沙量最高的则是栓皮栎覆盖坡面,平均总产沙量高达1 189.15 g。各植被覆盖坡面径流流速范围为0.803±0.213～4.276±0.430 m/min。栓皮栎覆盖坡面径流流速最快,平均流速为2.930 m/min。4种植被覆盖坡面径流雷诺数和弗劳德数范围分别为7.271～62.630和0.177～0.900,径流雷诺数与弗劳德数均随着降雨强度的增大而增大。[结论]坡面植被覆被具有良好的减流减沙效果。植被覆盖坡面径流水动力学要素与产沙率密切相关,是预测土壤侵蚀过程的重要因子。     

集中水流冲刷条件下土石崩积混合物坡面产沙特征

通过室内人工放水冲刷试验,探究不同流量(2L/min,4L/min,8L/min,16L/min)和砾石含量(0%,20%,40%,60%)条件下,土石混合崩积物坡面产沙特征。结果表明:各条件下产沙过程均呈先增大后减小再趋于稳定的趋势。产沙量随着流量的增大而增大,而含沙量随流量的增大总体呈减小的趋势;在2L/min和4L/min条件下,产沙量及含沙量随着砾石含量的增大呈先减小后增大的趋势,存在临界砾石含量(20%~40%);在8L/min和16L/min条件下,产沙量及含沙量随着砾石含量的增大而增大。产沙率与含沙量的关系表明,含石量对产沙的影响存在临界含石量(20%~40%)。砾石含量和流量可以用来很好地预测土石混合崩积物的产沙率,但对含沙量的预测效果较差。流量对产沙率及含沙量的影响均大于砾石含量。     

不同逆坡耕作强度对干热河谷区坡耕地水蚀的影响

为了研究不同逆坡耕作强度导致的土壤位移对坡面水蚀的影响,以金沙江干热河谷区坡面径流小区为研究对象,在径流小区5°,10°,15°坡面上,进行单宽流量为0.6 m^2/h的放水试验。在10°坡面的下坡位置设置0.05,0.10,0.20 m土层深度,分别代表连续耕作80,69,46年导致下坡位置土壤损失土层变薄情况。通过收集径流小区出口的产流量和产沙量,研究在不同坡度上的不同逆坡耕作强度导致的土壤位移对坡面产流率、产沙率、总流量和总产沙量的影响。结果表明:(1)在10°坡面,耕作年限越长,产流越快,不同耕作强度(年限)的产流率、总产流量、产沙率和总产沙量均表现46年<69年<80年的变化趋势,说明长期逆坡耕作导致的土壤位移加速了坡面水蚀的发生;(2)在耕作69年的坡面,坡度越大,产流越快。在测定坡度范围,产流率、总产流量、产沙率和总产沙量均表现出5°<10°<15°的变化趋势,即坡度的增加明显增大了坡面水蚀;(3)随耕作侵蚀强度的增大,坡面产流率与产沙率间的指数增长关系越显著,而坡度的增大弱化了水沙指数函数关系。研究成果可为揭示干热河谷区逆坡耕作强度和坡度对水蚀的作用机理提供参考。     

冲刷条件下黄土丘陵区浅沟侵蚀形态及产流产沙特征

浅沟是农耕区特有的一种侵蚀沟类型,浅沟侵蚀是耕地土壤流失的主要方式之一。该文采用野外放水冲刷试验,研究黄土丘陵区典型坡耕地浅沟在不同坡度及放水流量条件下的产流产沙及侵蚀形态特征。结果表明:1)产流时间变化范围7.00~68.02 s,与坡度×放水流量交互项呈极显著负指数幂函数关系。稳定径流率变化范围3.06~23.71 L/min,与放水流量呈极显著线性函数关系,并随坡度的增大呈增大趋势。稳定流速变化范围27.35~55.59 cm/s,与坡度×放水流量交互项呈极显著幂函数关系;2)产沙率呈波动减小-稳定和增大-波动减小-稳定2种变化趋势,平均产沙率随放水流量的增加呈极显著指数函数增大,随坡度增加先增大后减小,并在26°条件下存在临界值;3)侵蚀沟槽平均宽、深变化范围分别为4.45~17.09、1.88~10.15 cm,平均宽深比变化范围1.45~2.39。平均横断面面积变化范围为11.40~197.91 cm2,是描述浅沟侵蚀产沙量的最优形态因子,二者呈极显著线性函数关系。结果可为黄土丘陵区浅沟防治及浅沟侵蚀产沙模型的建立和修正提供参考。     

非硬化路面侵蚀产沙规律野外模拟试验

为了科学治理非硬化路面水土流失,采用野外放水冲刷试验,对非硬化路面侵蚀产沙规律进行了试验研究。结果表明,同一坡度不同放水流量与同一放水流量不同坡度条件下,非硬化路面产沙随时间的变化形式均有3种,分别为平缓型、多峰型和单峰型。对同一路面不同观测断面的产沙量分析发现,产沙量沿坡面的空间变化形式分别为波动式减小、逐渐式减小和先增大后减小。、得出平均含沙量与放水流量呈对数相关,产沙率与放水流量、平均含沙量与坡度、产沙率与坡度均呈直线相关。以期为非硬化路面的水土流失预测和治理提供科学依据。     

伊犁河流域裸露缓坡地放水试验研究

 通过野外径流小区实地放水冲刷试验,研究伊犁河流域裸露缓坡地在不同放水条件下土壤水分变化、径流泥沙特征,并运用水力学理论分析坡面径流水力学参数特征。结果表明:1)土壤入渗率随着放水流量的增加呈现递增的趋势,随着放水量的增加,土壤表层含水量增大,入渗率随之减少,坡下部土壤水分变化量高于坡上;2)随着放水流量的增加,输沙率呈现递增的趋势,含沙量呈先增后减的趋势,含沙量与放水流量存在较好的幂函数关系,随着冲刷时间的延长,含沙量、输沙率均呈现递减的趋势;3)随着放水流量的增加,径流平均流速、雷诺数、Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,弗劳德数逐渐减小,流速与流量、弗劳德数与雷诺数均呈良好的幂函数关系,水流为层流、急流状态。     

上方来水来沙对浅沟侵蚀产沙及水动力参数的影响

 浅沟侵蚀是黄土高原重要的侵蚀类型,上方汇水对坡面浅沟侵蚀具有重要的影响。采用野外放水冲刷试验,定量分析26°坡耕地在上方来水量为5、10和15L/min时对坡下方浅沟侵蚀产沙及其水动力参数的影响。结果表明：上方来水的汇入使浅沟水流流速明显增大,雷诺数、弗劳德数、水流功率和剪切力分别增大33%～76%、21%～47%、29%～72%和18%～42%,阻力系数减少11%～13%,导致浅沟侵蚀产沙量明显增大;除流速和弗劳德数外,其余水动力参数随放水时间的延长呈递增趋势;上方来水使浅沟侵蚀产沙量相对增量与水流功率和剪切力相对增量均呈幂函数关系。     

黄土丘陵区冻土坡面侵蚀过程特征研究

为了探究黄土丘陵区未冻坡面和冻土坡面在不同径流坡长条件下侵蚀之间的差异,在室内进行模拟冷冻和放水冲刷试验,采用3种径流坡长(2 m,4 m和6 m)和2种坡面类型(未冻坡面和冻土坡面),定量研究了未冻坡面和冻土坡面的产流产沙过程和水沙关系。结果表明:(1)未冻坡面和冻土坡面的初始产流时间均随着径流坡长的延长而缩短,在相同径流坡长条件下,冻土坡面的初始产流时间较未冻坡面减少;(2)未冻坡面的平均产流量与平均产沙量和冻土坡面的平均产沙量均随着径流坡长的延长而增大,而冻土坡面的平均产流量随着径流坡长的变化无显著差异;(3)未冻坡面产流率和产沙率的关系分为缓慢和急速增加两个阶段,而冻土坡面的产沙率则随着产流率的增大而增大;(4)累积产流量与累积产沙量之间呈正相关关系,参数c的绝对值与径流坡长呈正比,并且冻土坡面大于未冻坡面。土壤冻结后使初始产流时间大大缩短,径流量的增加伴随着冻结土壤的不断融化导致冻土坡面侵蚀加剧。     

滑雪道人造雪融雪产流产沙特征

为了解滑雪道人造雪融雪的产流产沙特征,利用简易径流小区对北京石京龙滑雪场雪道进行实验观测和研究分析,为滑雪场雪道建设和其土壤侵蚀防治提供理论依据.结果 表明:温度是影响融雪的主要因素,滑雪道人造雪融雪的径流流量和产沙量呈现先增大后减小的日变化规律,其中,平均径流流量为11.52×10-6 m3/s,平均含沙量为0.30...     

变雨强连续降雨坡地侵蚀特征

降雨是坡地土壤侵蚀的主要动力,为分析不同降雨过程下的侵蚀规律,在5 m ×1.5 m径流小区进行了变雨强连续降雨(VR)与恒定雨强降雨(CR)两组人工模拟降雨试验.结果表明:(1)连续降雨过程中,雨强是影响地表产流的重要因素,随雨强增大,地表径流流量增加.径流含沙量变化过程较为复杂,总体上呈增长趋势,在部分时段可能减小;(2)恒定雨强降雨和变雨强降雨产流过程的差异主要表现在产流初期.变雨强降雨地表产流较快,径流达到稳定时间更短.变雨强降雨和恒定雨强降雨的稳定流量相差不大,相对误差为2.23%～6.64%,(3)恒定雨强降雨和变雨强降雨的产沙过程显著不同,两种条件下的径流含沙量相差6.25%～42.27%.除极高强度降雨时段外,其它时段中变雨强降雨的径流含沙量高于恒定雨强降雨.     

紫色土丘陵区新改土坡面产流产沙及水动力学参数特征

新改土是刚经过农地整理工程改造工序且处于土体非稳定期的土体,其土壤结构松散,在降雨径流作用下易发生水土流失,研究新改土的产流产沙和水动力学参数特征具有重要意义。通过野外放水冲刷试验,研究了紫色土丘陵区新改土坡面(10°)在不同上方来水流量(5,15,30L/min)及不同坡长(5,10,20,30,40,50m)条件下的产流产沙和水动力学参数特征。结果表明:(1)坡面产流率随着放水冲刷过程的变化趋势为波动增长期—稳定发展期,产沙率变化趋势为波峰波谷变化—逐渐减小—稳定发展,均在30~50min后达到稳定;平均产流率变化范围为0.36~20.46L/min,平均产沙率变化范围为1.11~239.09g/min;累积产沙量与累积产流量呈极显著的线性正相关关系(p0.01)。(2)径流稳定时呈层状缓流;径流剪切力和径流功率变化范围分别为8.36~28.36Pa和1.42~5.10N/(m·s),与上方来水流量分别呈二次曲线函数关系和线性方程函数关系;径流功率是描述新改土坡面侵蚀产沙的最佳水动力学参数,二者呈二次曲线函数关系。因此,上方来水流量和坡长均为紫色土丘陵区新改土坡面侵蚀的影响因素;产流产沙和水动力学参数与上方来水流量主要呈正相关性(R2为0.662~0.999),20,30m坡长是影响新改土10°坡面侵蚀的临界坡长。研究结果可为新改土坡耕地水土流失监测、预报和水土保持措施布置提供了理论依据。