黄土高原坡沟系统重力侵蚀数值模拟研究

采用有限差分软件FLAC3D对黄土高原坡沟系统重力侵蚀机理进行探索,对坡沟系统应力场和位移场进行数值模拟,分析了不同侵蚀基准面抬升高度对坡沟稳定性及重力侵蚀的影响。结果表明,随侵蚀基准面逐渐抬升,坡沟系统逐渐稳定,最大位移、安全系数及滑塌概率的变化符合指数函数分布规律。拟合方程精度较高,可应用于坡沟重力侵蚀的定性分析与定量计算。凹形边坡整体几何形态能够有效降低应力集中,减缓重力侵蚀的发生程度;坡沟系统上部位移是以"沉降"模式为主,梁峁顶和梁峁坡是重力侵蚀最为强烈的部位。随侵蚀基准面逐渐抬升,各方向位移均有不同程度降低。     

黄土高原坡沟系统侵蚀泥沙来源模拟试验

为了进一步明确黄土高原坡沟系统侵蚀泥沙主要来源及其动态变化过程,该文利用室内概化坡沟系统模型,结合稀土元素（REE）示踪技术,采用放水冲刷试验,对黄土高原的坡沟系统侵蚀泥沙来源问题进行了研究。结果表明,在该试验的坡沟系统中,侵蚀泥沙主要来自坡沟系统的坡面,距离坡面顶端2 m的侵蚀产沙量占到坡面总侵蚀量的57%～74%,沟坡部分的侵蚀产沙量较少;坡面部分的4种示踪元素侵蚀带,在流量为6、8、10和14 L/min时,各个侵蚀带的侵蚀量大小依次为La元素示踪带＞Ce元素示踪带＞Tb元素示踪带＞Sm元素示踪带,但在流量为12 L/min时,侵蚀量大小依次为La元素示踪带＞Ce元素示踪带＞Sm元素示踪带＞Tb元素示踪带;坡面侵蚀产沙泥沙百分比随着冲刷历时的增长,总体上呈现出波动式的递增趋势,25 min以后又开始减小,沟坡侵蚀产沙量的变化趋势与坡面相反。研究为黄土高原小流域坡沟的治理提供了科学依据。     

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。     

黄土高原坡沟系统径流水动力学特性试验

为了研究坡沟系统中坡面与沟道之间的侵蚀产沙关系,该研究采用双坡段（坡面和沟坡）组合模型,通过室内放水冲刷试验,结合REE示踪技术,研究了黄土高原地区径流的水动力学特性。结果表明：在试验流量范围内,坡沟系统径流雷诺数变化位于342.3～858.8之间,且变化幅度随冲刷历时的增大而增大;弗罗德数变化位于1.36～8.92之间,且具有时空分异特征。相同流量下,坡沟系统的坡面径流流速沿程有先增大后减小的趋势,在从坡面向沟坡过渡时,各流量下的流速均达到极小值,进入沟坡以后,流速又开始增大。当流量相同时,Darcy-Weisbach阻力系数和曼宁糙率系数沿程均呈先减小后增大然后再减小的趋势。该研究为黄土高原坡沟系统侵蚀产沙模型的建立提供理论依据。     

淤地坝减轻坡沟系统滑坡侵蚀的数值模拟

基于边坡分析软件及有限元软件,通过建立陕北绥德县关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,应用概率统计和数值仿真分析方法,从坡沟系统的力学稳定和受力破环的角度,得到了随淤地坝坝地的逐渐淤高坡沟系统的稳定性、滑塌概率和滑塌量分别增强、减弱和减少,其随坝地淤高的变化分别满足二项式、二项式和直线规律.应用有限元强度折减法原理,对坡沟系统的应力场和位移场进行了仿真分析,指出了稳定系数最小,滑坡概率最大时坡沟系统濒临滑坡侵蚀时的最大应力和位移分布区域:(1)X方向的最大位移是沟坡中下部位垂直向坡体内约15 m的范围;(2)y方向的最大位移是从峁顶向两侧各延伸10 m左右的扇形区域;(3)拉应力最大值区域是从峁顶经峁坡向沟坡坡缘线向坡体内延伸9m左右的带形区域.研究结果可为坡沟系统水土保持工程措施的配置及生物措施的实施提供有益的参考,并为评价坡沟系统的稳定性提供一定可靠度的依据.     

黄土高原坡沟系统土壤侵蚀研究进展

坡沟系统是黄土高原重要的流域组成单元,是小流域侵蚀产沙的主要源地,又是控制水土流失、恢复与重建生态环境的基本治理单元,对其侵蚀现象与规律的探究,可为黄土高原地区土壤侵蚀治理措施的优化配置提供重要科学依据.对黄土高原坡沟系统的侵蚀方式、侵蚀形态的垂直分带性、坡沟系统侵蚀泥沙的来源、上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀的影响、草被覆盖及其空间分布对坡沟系统侵蚀影响、淤地坝在坡沟系统土壤侵蚀研究中的应用等进行综述,指出在今后的研究中需要进一步开展侵蚀垂直分带结果和上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀影响的定量分析,加强坡沟系统侵蚀泥沙来源、淤地坝对坡沟系统土壤侵蚀影响以及野外原状坡沟系统草被覆盖和空间分布对坡沟系统侵蚀影响的研究.     

黄土丘陵沟壑区坡沟系统切沟侵蚀数值模拟

切沟侵蚀过程既是侵蚀输沙发生变化过程,也是其侵蚀地貌的发展演变过程,为了说明切沟形态随时空演化过程,应用质量守恒原理和理论分析方法,论述切沟侵蚀过程与形态发育模型实现的原理和过程,建立切沟侵蚀输沙微分方程、下切方程,并进行数值模拟.通过模拟计算,得到不同时刻和不同坡长下的切沟底部高程变化数据;经过与坡沟系统模型试验观测结果进行比较检验,沟深平均相对误差在15％以内,取得了较高的模拟精度.这表明建立的模型合理,模拟结果与实际切沟下切的动态变化过程相符,可以用于模拟切沟下切发育过程.     

基于三维激光扫描的坡沟系统侵蚀产沙过程研究

为了探究野外自然坡沟系统土壤侵蚀过程,研究于黄土丘陵沟壑区典型流域辛店沟内自然坡面开展5场放水冲刷试验,利用地面三维激光扫描技术(Terrestrial laser scanning, TLS)获取高精度地形信息,并采用DEM of difference(DoD)地形变化监测方法计算产沙量,利用实测产沙量评估TLS的监测精度,并探讨了坡沟系统侵蚀/沉积的变化特征。结果表明：(1)累积场次中,DoD不确定性(即level of detection, LoD)平均值(范围)为16.5 mm(16.2～16.8 mm)。单场次中,LoD值平均值为16.4 mm(16.2～16.6 mm);(2)累积场次中,梁峁坡、沟谷坡、坡沟系统TLS扫描所得产沙量相对误差的平均值(范围)为52.63%(26.06%～106.98%),56.68%(30.26%～75.49%)和56.28%(33.37%～73.28%),与实测数据显著相关(R²>0.9,p<0.05)。单场次TLS扫描相对误差波动范围更大且平均值高于累积场次,其值分别为83.70%(4.08%～190.4...     

黄土高原坡沟系统植被格局对土壤侵蚀影响研究进展

黄土高原坡沟系统是流域泥沙的主要来源地,又是控制水土流失、恢复与重建生态环境的基本单元.深入揭示坡沟系统侵蚀规律,可为黄土高原水土保持措施优化配置提供科学依据.以Web of Science数据库核心合集和中国知网(CNKI)数据库为数据源,以"坡沟系统"或"坡沟关系"为关键词,对检索到的60余篇经典文献进行分析.发现...     

坡沟系统侵蚀产沙特征模拟试验研究

坡沟系统介于坡面尺度和流域尺度之间，揭示其侵蚀产沙特征对于认识流域侵蚀产沙及建立流域土壤侵蚀预报模型有重要意义。采用放水冲刷法，通过2.125、3.205、5.250、7.185 L/min 4个不同的放水流量，在4 m长坡面(坡度为20°)和3 m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统上，对坡沟系统的侵蚀产沙特征进行了模拟试验研究。结果表明：对试验条件下的每一个放水流量来说，坡沟系统内的侵蚀产沙垂直分布都呈双峰曲线，侵蚀量的变化均呈现出沿坡沟系统从上到下先减小后增大再减小的趋势。沟坡部分的侵蚀量占全坡侵蚀量的百分比由放水流量2.125 L/min时的38.13％，增加到放水流量7.185 L/min时的56.01％。对于黄土高原水土流失治理，单纯治坡或治沟均不能明显减少土壤流失量，采取坡、沟兼治才是有效减少土壤流失的有效措施。     

淤地坝对黄土浅层滑坡的减蚀作用

为了研究淤地坝淤积对浅层滑坡的减蚀作用,基于三维连续介质动态数值模型,采用Voellmy流变模型,分析了侵蚀基准面抬升后黄土滑坡运动参数、动力参数以及能量参数的变化规律。结果表明：浅层滑坡在沟谷坡运动过程中,平均速度、前缘速度、侵蚀物质体积和总动能急剧增加,导致滑坡在接触坡脚时前缘速度出现波动且坡脚处侵蚀严重,极具破坏性。随着侵蚀基准面逐渐抬升,滑坡运行时间和平均速度峰值呈“S”形函数下降趋势,前缘速度和滑坡移动距离呈线性函数下降趋势,侵蚀物质体积和总动能呈指数函数下降趋势。随着侵蚀基准面逐渐抬升,滑坡的运动空间和侵蚀空间逐渐减少,仅在一定程度上降低了滑坡速度,但却有效抑制了滑坡的侵蚀作用,使侵蚀物质质量急剧减少,从而有效减少了滑坡体侵蚀总动能,在很大程度上减轻了浅层滑坡的致灾强度和致灾规模。研究结果揭示了淤地坝可以通过抬升侵蚀基准面来减少侵蚀,有助于加深淤地坝对黄土浅层滑坡减蚀作用机理的理解。     

甘肃省黄土高原典型小流域侵蚀沟道特征

[目的]对甘肃省黄土高原典型小流域侵蚀沟道的分级分类进行简要研究,为进一步推动该区水土保持和生态治理工作提供理论基础。[方法]在甘肃省第一次全国水利普查结果的基础上,运用GIS技术,采用地貌几何定量数学模型分级方法,定量化分级沟道,并从地质、地貌、大小以及形状对侵蚀沟道进行分类,由此来推断黄土高原区侵蚀沟道的特征。[结果]甘肃黄土高原典型小流域侵蚀沟道主要以Ⅰ级沟道为主,其中丘陵沟壑区主要以半开析、中度割裂、半主沟型为主;高塬沟壑区主要以半开析、中度割裂、支沟型为主。[结论]丘陵沟壑区第五副区沟壑狭窄陡峭,沟道破碎化程度高,水土流失量高,治理难度大,沟道难以利用。     

黄土高原第四纪期间水土流失的地质记录和基本规律

黄土高原保存有许多第四纪期间水土流失的地质记录,这些记录表明,50万年以来,黄土高原至少有5个水土流失十分强烈的时期,它们分别出现在0.70～0.50Ma B.P、0.2～0.25Ma B.P、0.14～0.08Ma B.P、0.01～0.015Ma B.P和0.006～0.002Ma B.P等气候温暖湿润的阶段,说明影响黄土高原水土流失的主要原因是气候条件。     

大理河流域土壤侵蚀空间分布的地貌特征研究

以GIS为平台,结合第2次遥感调查黄土高原土壤侵蚀数据库,对大理河流域土壤侵蚀空间分布的地貌特征进行了研究。结果表明:水力侵蚀是大理河流域土壤侵蚀的主要形式。各种强度水力侵蚀空间分布的高程特征呈现峰值现象,其中强度以上水力侵蚀面积集中分布于1 240 m高程左右。各种强度水力侵蚀的面积比重,随着坡度的增加呈现先增大后减小的趋势,25°左右存在一个侵蚀临界坡度。临界坡度值随着侵蚀强度的增强而增大。坡向特征呈现双峰现象,其中东北与西南坡向是大理河流域的优势坡向,强度以上水力侵蚀在东北坡向的分布比重大于西南坡向。大理河流域土壤侵蚀存在一个30 m左右临界起伏度。土壤侵蚀强度的变化对起伏度的变化不敏感。此结论为进一步研究流域水土流失动态模拟与区域生态环境长期演变提供了新思路和新角度。     

半干旱黄土丘陵沟壑区沟道侵蚀特征研究

利用遥感、地理信息技术和数理统计方法,选择山西省吕梁市王家沟流域为典型区域,系统分析了半干旱黄土丘陵沟壑区沟道侵蚀特征。研究结果表明:在王家沟流域内共有沟道718条,其中冲沟109条,切沟286条,干沟302条及河沟21条。这4类沟道的发育特征和空间分布特征存在巨大差异;沟道侵蚀是王家沟流域内土壤侵蚀的主要形式,沟道侵蚀面积占总侵蚀面积的56.19%;流域内不同坡度范围内土壤侵蚀强度与沟道类型存在紧密联系。同时,人为因素也对黄土丘陵沟壑区的沟道侵蚀具有重要的影响。