神府东胜煤田扰动地面水流水动力学特征

神府东胜煤田开发建设过程中造成了大量的扰动地面,形成了新的人为水土流失。采用野外放水冲刷实验,对人为扰动地面水流的水动力学参数进行了系统研究。结果表明,流速与放水流量呈幂函数关系,在上、中、下3个断面上呈先增大后减小的变化规律;水流流态属于紊流,雷诺数与放水流量呈幂函数关系;弗劳德数值在0.59～0.88之间,Fr<1,水流属于缓流;阻力系数随坡度增加而增大;水流剪切力和水流功率分别与放水流量呈幂函数关系,并随坡度增加而增大。     

花岗岩崩岗区不同土层的侵蚀水动力学特征

土壤剥蚀率是单位时间单位面积水流剥蚀土壤的质量,定量研究崩岗不同土层土壤剥蚀率对预测土壤剥蚀过程及建立崩岗侵蚀物理模型具有重要的理论和实践意义。针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,采用不同坡度(8.8%、17.6%、26.8%、36.4%、46.6%)和不同流量(0.2 Ls~(-1)、0.4 Ls~(-1)、0.6 Ls~(-1)、0.8 Ls~(-1)、1.0 Ls~(-1))相结合的室内放水冲刷试验,分析表土层、红土层、砂土层、碎屑层土体土壤剥蚀率与水动力学参数之间的关系,初步探讨花岗岩崩岗侵蚀的水动力学机制。结果表明:在一定坡度条件下,土壤剥蚀率随径流流量的增大而增大,且各土层土壤剥蚀率存在很大差异,碎屑层土壤剥蚀率最大,砂土层次之,表土层最小;在相同流量条件下,各土层土壤剥蚀率均随冲刷时间的延长逐渐降低并趋于稳定;径流剪切力、水流功率对崩岗各土层土壤剥蚀率的影响均可采用线性方程很好地描述(R~20.926),相比用单位水流功率拟合的多项式方程的相关性(R0.830)要高,径流剪切力和水流功率均可作为描述崩岗各土层土壤侵蚀的水动力学参数。表土层、红土层、砂土层、碎屑层的临界径流剪切力依次减小,分别为0.28Pa、0.13Pa、0.10Pa、0.07Pa,各土层土壤细沟可蚀性参数差异明显,碎屑层的最大,砂土层次之,表土层最小。因此,在崩岗垂直结构上,随着土层深度的增加,土体抵抗径流剥蚀的能力逐渐减弱。     

开发建设中扰动地面新增水土流失研究

针对神府东胜煤田开采过程中所引发的严重新增水土流失问题,采用野外放水冲刷的试验研究方法,对神府东胜煤田扰动地面新增水土流失机理和流失量进行了初步研究。结果表明:在相同放水冲刷流量和坡度下,原始地面的平均土壤入渗率较扰动地面的增加30%;两种不同类型下垫面的径流量均随时间的增加而增加,冲刷的前6min,径流量均较小,且原始地面>扰动地面,在6min以后,径流量迅速增大,且原始地面<扰动地面,扰动地面的平均径流量较原始地面增加14%;原始地面的侵蚀产沙在整个放水冲刷过程中没有显著变化,基本维持在一个常数水平;扰动地面在放水冲刷0—15min的侵蚀产沙量较高,此后侵蚀产沙随冲刷历时的延长而下降并最终趋于稳定;扰动地面的平均含沙量较原始地面增加96%,平均产沙量增加89%;新增土壤流失量随放水流量和坡度的增大而增大,10°时,新增土壤流失量最大;同一坡度条件下,放水流量越小,土壤流失量增加的百分比就越大,反之则越小。     

神府东胜煤田扰动与原生地面产流产沙规律对比研究

采用野外人工模拟降雨试验方法,对神府东胜煤田开发建设中原生和扰动地面的产流、产沙规律进行了研究。结果表明,扰动地面径流起始时间是原生地面的1.8~11.7倍,径流率比原生地面小5%~54.4%;初始径流含沙量是原生地面的1.1~5.8倍,径流含沙量是原生地面的1.2~6.3倍,产沙量是原生地面的2~12.7倍。由于扰动地面质地疏松,孔隙度大,入渗率大,与原生地面相比,一般在强降水条件下才产流并发生侵蚀。扰动地面临界抗剪力较小,侵蚀一旦发生,在相同降水条件下,更易发生侵蚀,且其侵蚀强度更大。通过回归分析,得出两种下垫面产沙量与水流剪切力呈线性相关。     

神府东胜煤田开发建设弃土弃渣冲刷试验研究

采用野外放水冲刷实验,对神府东胜煤田弃土弃渣侵蚀产沙规律进行了系统研究。结果表明:弃土弃渣堆积年限越短,可蚀性越大,侵蚀程度越强。经过4～7年的自然沉降过程,其表面的紧实度逐渐趋于稳定值。流量相同时不同下垫面条件下的产沙量1997年弃渣>1994年弃渣>煤渣>煤矸石。径流量、产沙量与放水流量呈线性关系,产沙量与径流量亦呈线性关系。集中的水流冲刷对弃土弃渣坡面造成严重的侵蚀,使含沙量保持在一个较高的水平,随着时间的变化含沙量出现剧烈的上下波动,总体上表现出逐渐减小的趋势,同时,会出现高含沙水流过程甚至泥石流过程。     

重庆市不同弃土弃渣下垫面侵蚀产沙模拟试验研究

采用野外放水冲刷法研究了紫色土与黄沙壤弃渣下垫面产流产沙规律。结果表明:1不同下垫面累积径流量随冲刷时间线性增加,放水流量为10、15L/min时,累积径流量增长速率最大均为Ⅲ小区,分别为3.735和8.579。2不同下垫面径流量与产沙量均呈正相关关系,且水沙关系增长速率大小依次为Ⅱ小区(0.356)Ⅲ小区(0.233)Ⅰ小区(0.111)Ⅳ小区(0.056)。3不同下垫面的产流量与产沙量均随放水流量的增大而增大,在各种下垫面中Ⅳ小区径流量增长率最大,而Ⅰ小区的径流量增长率最小,分别为41.58、16.33。     

神府东胜煤田原生地面放水冲刷试验研究

神府东胜煤田是我国重要的能源重化工基地,在开发建设过程中造成了严重的人为水土流失,为了分析计算神府煤田弃土弃渣、扰动地面及非硬化路面的新增水土流失量,以本区未经人为扰动的、撂荒的原生地面为自然侵蚀本底值的作用对象,采用野外放水冲刷实验的研究方法,对原生地面的侵蚀产沙规律进行了研究.结果表明径流量、产沙量与放水流量,径流量、产沙量与坡度的关系均呈线性相关,即随着坡度与放水流量的增大,径流量和产沙量也在线性增加.径流量与产沙量之间呈幂函数关系变化,关系式为Ms=0.049W0.93.     

神府东胜煤田原生地面放水冲刷试验研究

神府东胜煤田是我国重要的能源重化工基地，在开发建设过程中造成了严重的人为水土流失，为了分析计算神府煤田弃土弃渣、扰动地面及非硬化路面的新增水土流失量，以本区未经人为扰动的、撂荒的原生地面为自然侵蚀本底值的作用对象，采用野外放水冲刷实验的研究方法，对原生地面的侵蚀产沙规律进行了研究。结果表明：径流量、产沙量与放水流量，径流量、产沙量与坡度的关系均呈线性相关，即随着坡度与放水流量的增大，径流量和产沙量也在线性增加。径流量与产沙量之间呈幂函数关系变化，关系式为Ms=0.049W^0.93。     

神府东胜煤田扰动地面野外降雨试验

神府东胜煤田是我国探明储量最大的煤田,在开发建设过程中产生了大量的扰动地面,造成了严重的矿区水土流失。为了科学地预测和治理矿区扰动地面的水土流失,采用野外人工模拟降雨试验对神府东胜煤田扰动地面的侵蚀产沙过程进行模拟,深入探讨其侵蚀产沙、产流特征。结果表明:降雨强度是影响扰动地面产流时间的主要因素,产流时间与降雨强度呈负幂函数相关;在试验条件限定的范围内,入渗率随降雨强度和坡度的增大均呈先增大后稳定的趋势,但坡度对其影响较弱;径流率随降雨强度和坡度的增大均呈幂函数增大,且相关系数较高;径流含沙量和侵蚀速率均与降雨强度呈幂函数相关,但相关系数不高;径流量与降雨强度呈很好的线性相关;产沙量与径流量呈幂函数相关,且相关系数较高。     

模拟径流条件下覆沙黄土坡面产流产沙过程

基于可调控的放水冲刷试验,模拟风水复合侵蚀区典型覆沙黄土坡面,研究不同径流条件下覆沙黄土坡面产流产沙过程。通过室内放水冲刷试验,采用3个放水流量(5,10,15L/min)和5个覆沙厚度(0,5,15,25,35mm)研究覆沙黄土坡面产流产沙过程。结果表明:覆沙坡面能够延长产流时间,且随覆沙厚度的增大而延长,不同放水流量条件下5,15,25,35 mm覆沙坡面的产流时间较黄土坡面分别延迟了1.29~1.46倍,1.66~2.5倍,2.32~3.76倍和3.64~4.72倍;覆沙坡面相对黄土坡面其产沙贡献率大于产流贡献率,在相同放水流量条件下,覆沙坡面的径流总量是黄土坡面的1.05~1.8倍,而产沙总量是黄土坡面的1.6~7.5倍;覆沙坡面在不同放水流量条件下,产流0~5min内,覆沙坡面产流率增长速率明显高于黄土坡面,而在后25min覆沙坡面与黄土坡面的产流率增长速率基本一致;在整个产流阶段,覆沙坡面的产流率波动程度显著高于黄土坡面。随着放水流量的增大,覆沙坡面的初始产沙强度显著增加;但在同一放水流量前提下,随着覆沙厚度的增大初始产沙强度增强不显著。不同放水流量和不同覆沙厚度条件下坡面产沙强度总体上表现为先剧烈增大后降低然后逐步达到平稳状态,且覆沙坡面产沙强度的波动性明显活跃于黄土坡面。覆沙坡面能够破坏水流的稳定性,在一定程度上加剧了土壤侵蚀。     

神东煤田扰动地面与原地面产流产沙及水动力学参数对比

 煤矿开发建设活动破坏了原地表植被和土壤结构,形成的人为扰动地面水土流失剧烈。采用野外放水冲刷试验,研究神府东胜煤田原地面与扰动地面产流、产沙以及水动力学参数的变化规律。结果表明:扰动地面产流时间小于原地面,产流强度是原地面的12倍;扰动地面的初始含沙量是原地面的1030倍,产沙强度是原地面的1050倍;扰动地面的雷诺数和阻力系数均大于原地面,弗劳德数差异不显著;不同坡度、不同流量2种处理类型的产沙强度与产流强度呈指数函数关系,产沙强度和雷诺数呈幂函数关系,产流强度和雷诺数呈幂函数关系。研究结果对矿区扰动地面水土保持生态环境建设具有重要的参考意义。     

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。     

人工模拟降雨与径流冲刷试验在水土流失预测中的应用探讨

新增水土流失预测是开发建设项目水土保持方案编制的重要内容,也是防护措施布设的关键依据,水土流失预测方法及其适用性问题一直受到关注,以实际例子探讨了人工降雨与径流冲刷试验在开发建设项目新增水土流失量预测中的应用     

黄土丘陵区不同地类土壤入渗性能研究

采用PVC管在梯田、果园和坝地3种地类取原状土样,土样分表土层、心土层及整体3个层次。将土样带回实验室内采用无压力的供水入渗装置测定土壤的入渗性能。对每个土样的入渗性能进行连续跟踪观测,以土柱底部的稳定出水率为该土层深度的稳渗率。研究结果表明:不同地类土壤的入渗性能存在很大差异,同一地类不同深度土层的入渗性能差异也很显著;原状土的入渗能力要好于扰动土,表层土的入渗结构及入渗能力好于心土层;用原状土进行入渗试验能够更真实地表征土壤的入渗性能,将入渗速率引入测定深度概念,能更精确地表述土壤在垂直尺度上的空间变化和影响因子,对更科学准确地研究土壤入渗、完善土壤入渗理论具有重要的指导价值。     

草地坡面径流调控放水试验研究

通过坡面放水模拟径流冲刷试验，研究了不同放水流量下草地减水减沙效应，并从起流历时、径流流速、径流深度等方面分析了草地调控水沙的机理。结果表明：（1）草地具有显著的减水减沙效应，平均径流系数较对照减少28．3％，输沙率较对照减少78．4％。（2）裸地与草地坡面产流规律一致，裸地土壤坡面的输沙率呈先增后减再增的变化趋势，而草地坡面的输沙率呈先增后减然后逐渐趋于稳定。（3）草地能将坡面径流起流历时推迟3倍以上，可将径流流速减小40％，从而使草地坡面的径流入渗率明显增加，使径流的冲刷能力和输沙能力迅速下降。（4）草地对径流深度的影响不明显，径流深度的变化难以反映草地对径流的调控作用，径流流速可能会更好地反映水土保持措施的径流调控效果和能力。     

神府矿区弃土弃渣体侵蚀特征及预测

神府矿区在煤炭开采过程中形成了弃渣体、弃土体及扰动土体等不同下垫面类型,其物质组成、结构性及产流产沙规律与撂荒地有极大差异,且已产生严重的水土流失。采用野外模拟降雨试验方法,对比研究了弃土弃渣体、扰动土体与撂荒地侵蚀特征的差异。结果表明,(1)撂荒地侵蚀速率随降雨历时先下降后逐渐稳定,扰动土体侵蚀速率呈增大后趋于稳定;35°弃土体侵蚀速率增至峰值后减小并逐渐稳定,40°时则一直处于波动状态;石多砂少和砂多石少弃渣体在产流初期侵蚀波动剧烈,并伴有泥石流现象,15 min后基本稳定。(2)同一下垫面侵蚀速率随雨强增大而增大,而各坡度间侵蚀速率差异不显著(p0.05);雨强相同时各下垫面、坡度间侵蚀速率差异均显著(p0.05),复杂疏松的物质组成是弃土弃渣体及扰动土体侵蚀特殊于撂荒地的根本原因,相同降雨条件下石多砂少弃渣体、砂多石少弃渣体、弃土体及扰动土体侵蚀速率分别是撂荒地的6.51倍~14.25倍、57.91倍~239.2倍、43.60倍~180.1倍和2.27倍~3.06倍。(3)弃土弃渣体及扰动土体侵蚀速率与中值粒径、分形维数、降雨强度、坡度及径流参数呈幂函数关系。研究结果对矿区弃土弃渣侵蚀模型建立与生态环境建设有重要的科学意义。     

坡面径流水蚀动力参数室内试验及模糊贴近度分析

为了确定何种水蚀动力参数能更好地描述径流剥蚀土壤的过程,该文在坡度为3°～30°和流量为2.5～6.5 L/min范围内采用变坡土槽径流冲刷试验,对土壤水蚀动力过程进行了系统模拟,并运用模糊贴近度的分析方法,系统地研究了坡面水蚀动力参数(单宽径流能耗、水流剪切力、水流功率和单位水流功率)与土壤剥蚀率之间的贴近程度。研究结果表明:流量相同时,单宽能耗与土壤剥蚀率贴近程度最大,水流功率次之,且单宽能耗和水流功率分别与土壤剥蚀率呈线性关系,该研究说明单宽能耗和水流功率能较好地描述径流剥蚀土壤过程。     

南方红壤区不同利用土地产流产沙特征试验研究

研究不同类型降雨下土地利用/覆被对水土流失过程的影响,对于科学指导植被建设和控制水土流失具有重要意义。采用人工模拟降雨的方法,对南方红壤区典型小流域8种不同利用土地的径流、泥沙在不同降雨条件下的流失特征进行了研究。结果表明,不同利用土地的径流和泥沙流失差异明显,且各利用土地的径流和泥沙流失的变化对雨量雨强变化的响应不同;相同降雨条件下径流调控排序为果园>旱平地>油茶>弃土场>水保林>坡耕地>水田>裸地,泥沙调控排序为果园>油茶>旱平地>水田>裸地>水保林>坡耕地>弃土场。因此,具有水土保持措施的果园保水保土最好,而裸地产流最大,坡耕地和弃土场泥沙流失最多,产流和产沙没有完全的对应关系,该研究结果为南方红壤区的水土保持规划与水土流失综合治理提供了基础数据和科学依据。