模拟降雨条件下弃土堆置体侵蚀产沙试验研究

通过对生产建设项目弃土堆置体的野外调查及抽象概化,将抽象概化出的4类弃土堆置体作为研究对象,在室内模拟降雨条件下对不同弃土堆置类型的侵蚀产沙过程进行试验研究。结果表明:各类型弃土堆置体的入渗率、径流含沙量随降雨时间变化呈波动式减小,径流率随降雨时间变化呈波动式增大,侵蚀速率随降雨时间变化呈平缓型、多峰型2种变化趋势;产流时间与降雨强度呈负幂函数关系,平均入渗率、平均径流率、平均侵蚀速率与降雨强度呈线性关系,平均径流含沙量与降雨强度呈指数函数关系,总产沙量与总径流量呈线性关系。坡顶平台有车辆碾压的倾倒堆置在全部设计降雨强度条件下产流时间最短、平均入渗率均最低;当降雨强度从1.5mm/min提高到2.0mm/min时,总产沙量增大2.58倍,在降雨强度为2.0,2.5mm/min情况下,平均径流含沙量、平均侵蚀速率均明显大于其他堆置类型,且差异达到显著水平(P<0.05)。     

生产建设项目弃土堆置体的类型与特征

采取路线调查与典型调查方式,依据中国主要水蚀类型区,并结合生产建设项目分布的情况,以平原、丘陵、土石山区3大地貌类型为基础的地貌分类框架,以黄土、黑土、褐土、棕黄壤、红壤等为基础的土壤类型分类框架,对分布于不同类型区的各类点式工程、线式工程产生的人为弃土堆置体进行现场调查,依据弃土的堆置方法和堆置形态可将弃土堆置体抽象概化为散乱锥状堆置、依坡倾倒堆置、分层碾压坡顶散乱堆置、线型垅岗式堆置、坡顶平台有车辆碾压的倾倒堆置5类人为堆置微地貌。研究结果可为生产建设项目弃土堆置体下垫面室内仿真模拟研究提供理论依据和技术支撑。     

模拟降雨条件下锥状工程堆积体侵蚀水动力特征

为了确定描述锥状工程堆积体坡面侵蚀动力过程较好的水力学参数,以赣北红土为主要试验材料,在人工模拟降雨条件下,系统地分析了水流剪切力、水流功率、单位水流功率以及过水断面单位能同坡面剥蚀率之间的关系。结果表明:1)除过水断面单位能外,其他各个水蚀因子无论是平均值还是瞬时值均能较好的描述坡面侵蚀动力过程;2)赣北红土工程堆积体坡面剥蚀发生的临界单位水流功率为6.8×10-3 m/s;工程堆积体坡面剥蚀发生的临界瞬时单位水流功率为3.8×10-3 m/s,由赣北红土与砾石混合而成的堆积体材料的可蚀性参数介于0.0053~0.0059 s2/m2之间,要比纯红土的可蚀性参数大20~30倍;4)瞬时过水断面单位能与剥蚀率之间相关性不密切(R2=0.130),故瞬时过水断面单位能不适合作为描述锥状工程堆积体坡面侵蚀动力过程的参数指标。4)在各个水蚀因子中,水流功率与剥蚀率相关性最好(R2=0.972),故认为水流功率是描述锥状工程堆积体侵蚀动力过程最好的水力学参数。     

生产建设项目弃土堆置体下垫面仿真模拟标准化参数

室内模拟降雨实验是进行生产建设项目人为弃土水土流失特征研究的重要方法。为了使实验下垫面设计更加科学合理,实验结果应用范围更加广泛,通过对陕西关中平原区和秦巴山区各类生产建设项目弃土堆置体的实地调查,结合室内实验,运用经典统计学有关原理对堆置体的坡度、坡长、坡面物质组成进行统计分析。结果表明:秦巴山区生产建设项目弃土堆置体在不同坡面位置上,块石和土壤结构体的含量均明显大于关中平原区;两研究区内细粒土含量极少且均未超过2%;块石和土壤结构体重力分选作用明显,D<10mm的坡面物质在不同坡位的含量数据变化较小且无明显规律;因此在室内进行下垫面仿真设计时,对D<10mm的坡面组成物质可不考虑坡面位置的差异性。两研究区内弃土堆置体坡度多集中在26°～35°之间,贡献率分别为90.2%和88.8%;弃土堆置体坡长多集中在2～8m之间,贡献率分别为100.0%和79.4%。因此,在室内进行下垫面仿真设计时应重点对上述坡度、坡长范围进行实验测试。