砾石覆盖条件下盐碱土边坡降雨侵蚀水动力学特征

为了探究砾石覆盖对盐碱土坡面侵蚀的减沙效应,通过室内模拟降雨试验,研究不同坡度和雨强条件下降雨径流水动力学特征及产沙受砾石覆盖的影响。试验坡度选取15°和30°,雨强选取92,119mm/h,坡面砾石覆盖度分别为0,10%,20%,40%,60%,80%,采用染色示踪法测定坡面径流流速。结果表明:不同坡度和雨强条件下,水流产沙率随坡面砾石覆盖度增大先增后减;雷诺数与弗劳德数均随砾石覆盖度增大呈先增后减的抛物线趋势,曼宁糙率、Dracy-Weisbach阻力系数、坡面径流剪切力和径流功率均与坡面砾石覆盖度呈线性正相关;径流功率预测产沙率效果较好,二者呈对数关系(R2=0.47)。     

降雨条件下灌草配置方式对褐土坡面径流泥沙特征的影响

为探究不同灌草配置方式对褐土坡面土壤侵蚀的影响,通过室内模拟降雨试验,以种植灌木胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)以及草本紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的褐土坡面为研究对象,设计3种降雨强度(30,60,90 mm/h)、3种灌草覆盖度(灌草覆盖度比例分别为1∶2(Ⅰ),2∶1(Ⅱ),1∶1(Ⅲ))以及3种灌草空间配置方式(灌木位于坡上(US)、坡中(MS)、坡下(LS)),分析降雨条件下不同灌草覆盖度及不同灌草空间配置交互作用下产流产沙及减流减沙特征。结果表明：(1)坡面产流产沙量在降雨初期大幅度增加,随后增加趋势逐渐减缓,最后趋于稳定。当灌丛位于坡下(LS)且灌草覆盖度为Ⅱ时,产流产沙量显著低于其他灌草配置方式。(2)不同灌草覆盖度减流减沙率大小关系为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ;不同灌草空间配置下减流减沙率大小关系为LS>MS>US。其中最大减流率达61.58%,最大减沙率达93.27%。不同灌草配置方式间的减流率及减沙率具有显著差异。(3)通过双因素方差分析研究灌草空间配置方式对坡面总产流产沙量的显著性和贡献率发现,灌草覆盖度和灌...     

模拟降雨条件下红壤坡面侵蚀产沙水动力学特征

[目的]对红壤坡面侵蚀过程中的产流、产沙以及坡面径流水动力学参数进行试验研究,为揭示红壤坡面侵蚀产沙机理提供科学依据。[方法]以我国南方侵蚀性红壤为研究对象,采用人工模拟降雨法,通过不同坡度(6°,10°和15°),不同雨强(120,180和240 mm/h)条件下的模拟试验分析红壤坡面产流产沙过程及径流水动力学特征。[结果]在坡度一致时,坡面累积径流量和累积产沙量均随雨强的增大而增大,径流率表现为初期的波动增长,随降雨进行逐渐达到稳定状态,且径流率随坡度增大而增大;坡面产沙过程受坡度和雨强的双重影响;侵蚀产沙率呈降雨初期急剧上升,随后迅速下降并趋于平稳的趋势。试验坡面的径流水动力学特征表明,阻力系数f与雷诺数R_e无明显的相关关系,但与弗洛德数F_r存在显著的指数关系。[结论]径流水动力学参数与侵蚀产沙量之间存在明显相关关系,相比较而言,径流雷诺数R_e与坡面侵蚀产沙量间的关系最密切。     

模拟降雨下覆沙坡面侵蚀颗粒特征研究

风水交错侵蚀是风蚀水蚀交错区土壤侵蚀的主要形式,研究风水交错侵蚀对土壤颗粒的影响对于进一步研究风水交错侵蚀耦合机制及其对环境的影响有重要意义。采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强和覆沙厚度及长度)条件下覆沙坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征。结果表明:不同降雨条件下侵蚀泥沙颗粒中粉粒和砂粒的含量较高,分别达到了48.86%、42.77%;坡面覆沙后,侵蚀泥沙中以粗颗粒居多,以黄土作为供试土壤,表层覆盖沙物质以后,仅有黏粒的富集率大于1;侵蚀泥沙的分形维数随着覆沙厚度和长度的增大而减小,d50则随着覆沙厚度和长度的增大而增大;覆沙厚度和长度对分形维数和d50的影响大于雨强。     

坡面侵蚀动力学及其相关参数的探讨

 从分析坡面水流形态动力学特性着手,对比土壤侵蚀临界坡度的研究;概述土壤侵蚀的机制,以及坡面水流中水流速度、泥沙含量和下垫面三者相互作用的关系。发现及时、准确和动态地测量水流速度和泥沙含量,是分析这些复杂关系的关键,它使定量研究坡面土壤侵蚀的机理成为可能。     

喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角下集中流侵蚀水动力学特征

喀斯特槽谷区地表出露岩石与坡面成不同夹角显著改变地表集中水流特性,进而影响地表侵蚀过程。目前,不同岩石与坡面夹角下的坡面集中流侵蚀水动力特征动态变化过程还不清楚。通过室内模拟放水冲刷试验,研究了6个岩石与坡面夹角角度（30°、60°、90°、120°、150°、180°）、3个坡度（10°、15°、20°）、3个流量（5、7.5、10 L·min-1）组合条件下喀斯特槽谷区坡面土壤侵蚀率与水动力学变化过程。结果表明：在各岩石与坡面夹角下,随冲刷历时的推延,土壤侵蚀率（E）先波动性减小后逐渐趋于稳定,水流功率（ω）呈波动变化但趋势不明显,单位水流功率（Up）逐渐减小,水流剪切力（τ）和过水断面单位能量（ε）波动性逐渐增大;夹角150°时平均土壤侵蚀率（0.078 kg·m-2·s-1）最大,随着夹角增大,τ、ω和ε均呈先减小后增大,Up整体呈减小的变化趋势,各夹角下水动力学指标间差异均显著（P<0.05）;E、τ、ω和Up随坡度和流量的增大而增大,ε随流量增大而增大,随坡度变化不明显;试验条件下,E与τ（R2=0.603）、ω（R2=0.600）和Up（R2=0.583）间的关系用幂函数方程描述较好,与ε间的关系则用线性方程描述较好（R2=0.294）;相比而言,水流剪切力可更好地描述喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角坡面的土壤侵蚀率。研究结果为揭示喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角下坡面集中水流侵蚀水动力学机制提供了理论依据。     

间歇降雨对铁尾砂重构坡面侵蚀水动力学特性的影响

黄土高原夏季降雨集中且多暴雨,铁尾矿砂自身结构松散,堆存坡度大,雨季通常遭受多次暴雨侵蚀,严重限制植被恢复。为有效减少铁尾矿的水土流失,促进生态恢复,在干排铁尾矿砂中添加不同比例土壤和菌糠,形成6种重构坡面：松散铁尾矿砂（LT）,结壳铁尾矿砂（CT）,铁尾矿砂与菌糠混合物（TM）,铁尾矿砂、菌糠和土壤混合物（TSM）,铁尾矿砂和土壤混合物（TS）,纯土（S）。采用室内人工模拟降雨技术,研究重构坡面在间歇性降雨下的侵蚀特征和水动力因素。结果表明：1）随降雨场次增加,6种坡面的产流率均持续增大,而产沙率表现出明显的分异：LT、CT和TS产沙率持续增大,表现为高产沙型,TS、TSM和S产沙率整体上是先增加后减少,表现为低产沙型;2）随降雨场次增加,6种坡面侵蚀形态也出现分异,可分为2类：LT和CT和TS坡面侵蚀形态严重,细沟发展快,演化为宽深比较小的细沟;TM和TSM和S坡面侵蚀形态轻微,细沟发展缓慢,S坡面演化为宽深比较大的细沟,TM和TSM坡面细沟很少,多为均匀分布的菌糠小坑穴。据此表征坡面侵蚀微地形变化的沟壑面积和地形起伏度,随降雨场次增加持续增大;沟壑密度则随降雨场次先急剧增加,随后由于沟壑形态差异,部分坡面减少;3）6种坡面的坡面流流型均为层流,流态大多为急流;随降雨场次增加,流速、水流功率整体表现为增大的趋势,径流剪切力无明显趋势,阻力系数、曼宁粗糙系数表现出减小的趋势;除径流剪切力,不同降雨场次间水动力学特征差异显著（P<0.05）。6种坡面侵蚀产流产沙可用对数、线性或幂函数较好地模拟。纯尾矿砂坡面侵蚀最为严重,坡面覆土具有明显的减流效果,但添加菌糠的减沙效果最好,因此对于土源缺乏的铁尾矿砂复垦区,同时添加菌糠和土壤可以有效减少侵蚀,易于植被修复。     

国外坡面径流分离土壤过程水动力学研究进展

径流分离土壤是侵蚀泥沙的主要来源,也是建立土壤侵蚀物理模型的控制参数之一,对国外近２０年来,坡面径流分离土壤过程的研究方法、控制方程、分离能力、挟沙力及存在的问题进行了详细的论述,旨在综合国外研究经验,促进我国相关研究的发展。     

人工模拟降雨条件下紫色土坡面流水动力学参数特征

采用人工模拟降雨法,在3.0m长、1.0m宽的可变坡土槽上,通过4个不同坡度(5°,10°,15°,20°)、5个不同雨强(0.6mm/min,1.1mm/min,1.6mm/min,2.12mm/min,2.54mm/min)的组合实验,对降雨条件下紫色土坡面流水动力参数特征进行了研究。结果表明,在实验的坡度和雨强范围内,紫色土坡面流平均雷诺数Re变化于104.9～1571.7之间,在一定雨强和坡度条件下,坡面流雷诺数Re随实验时间延长而逐渐增大,这主要与坡面形态受降雨侵蚀发生改变后坡面流流态由层流向紊流转变有关;坡面流弗罗德数Fr在各种雨强和坡度条件下都小于1,属缓流状态;坡面流阻力系数f与雷诺数Re无明显关系,但其与佛罗德数Fr之间呈显著的指数关系;曼宁糙率系数n与雷诺数Re之间为幂函数关系,但其与佛罗德数Fr无明显关系。     

坡面细沟侵蚀过程的水动力学特征试验研究

通过不同坡度、不同流量的组合放水冲刷试验 ,对坡面细沟侵蚀发生过程中的坡面流水动力学特性进行了研究。结果表明 ,在试验的坡度和流量范围内 ,坡面流的雷诺数变化于 36 2～ 4 2 84之间 ,并且其变化有随冲刷历时和流量的增大而增大的趋势。而坡面流弗劳德数在整个试验过程中均大于 1,属于急流范围。坡面流阻力系数的大小与水流雷诺数有关 ,但其变化趋势受坡度的影响。在坡度较缓时 ,阻力系数随雷诺数的增大而减小 ;在坡度较大时 ,阻力系数随雷诺数的增大而增大。在径流冲刷侵蚀过程中 ,径流流速并非一恒定值 ,而是随冲刷时间的延长和坡面冲刷形态的变化呈现出先减小后稍增大的趋势。     

急陡黄土坡面土壤剥蚀率变化的水动力学机制研究

为探明模拟降雨条件下急陡黄土坡面侵蚀产沙的水动力学特征,采用室内模拟降雨的方法研究了6个坡度(25°,30°,35°,40°,45°,50°)和3个雨强(1.0,1.5,2.0mm/min)组合条件下急陡黄土坡面土壤剥蚀率变化规律以及土壤剥蚀率与各水动力学参数之间的关系。结果表明:同坡度下土壤剥蚀率随雨强的增加而增大,相同雨强下坡度对土壤剥蚀率的影响存在临界效应(40°~45°),当坡度小于临界坡度时,土壤剥蚀率随着坡度的增加而增大,当坡度大于临界坡度时,土壤剥蚀率随坡度的增加而减小;径流剪切力、径流功率与过水断面单位能随坡度和雨强的增大均呈增加趋势,其中规律最好的是径流功率;急陡黄土坡面土壤剥蚀率与平均径流剪切力、平均径流功率与平均过水断面单位能均呈幂函数关系,就拟合优度而言,R~2(ω)R~2(τ)R~2(E)。因此本试验条件下平均径流功率是描述急陡黄土坡面径流侵蚀的最优水力学参数。     

不同雨强条件下坡度对红壤坡面侵蚀的影响

坡度是红壤坡面侵蚀的重要因子,通过室内模拟降雨试验研究3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min),3个坡度(10°,15°,20°)条件下坡度对红壤坡面产流、产沙过程影响。结果表明:(1)相同雨强下,坡面初始产流时间随坡度增加逐渐缩短,坡度与坡面径流量呈正相关关系;相同坡度下,随雨强增加初始产流时间及坡面径流量差异均减小。(2)坡度对红壤坡面含沙量的影响表现为平均产沙量随坡度增加而增大,其中15°坡度下坡面产沙过程波动较大。(3)坡度对坡面径流量的贡献率在60%以上,而坡度对坡面产沙量贡献率保持在30%左右。通过分析不同降雨条件下坡度对红壤坡面侵蚀过程影响,以期为红壤水土流失地区的水土保持预测与措施布没提供相应理论参考。     

间歇降雨对红壤坡面土壤侵蚀特征的影响

自然条件下降雨多以间歇形式出现,而坡面土壤侵蚀又是一个渐变发育的复杂过程。通过3个雨强(60,90,120 mm/h)、5个坡度(5°,10°,15°,20°,25°)下的15场室内模拟降雨,研究一、二次降雨条件下不同雨强、坡度及降雨量对红壤坡面径流和侵蚀过程的影响,探讨间歇降雨条件下坡面侵蚀发育过程及其主要影响因素的变化。结果表明:(1)二次降雨的产流时间相比一次降雨均提前,一次降雨径流总量受到雨强、坡度和降雨量的共同影响,15°坡度是径流总量变化的一个转折点,二次降雨时降雨量的作用减弱,各雨强下的最大相差倍数减小,各坡度之间的倍数差距也减小。(2)一次降雨发生细沟侵蚀最主要的动力是降雨强度,大雨强、陡坡情况下细沟侵蚀更容易产生,而15°坡度对细沟侵蚀的产生具有重要作用,此时若发生细沟侵蚀,坡面侵蚀则多以细沟侵蚀为主,二者侵蚀量呈正比例函数关系,二次降雨的细沟侵蚀量和一次降雨过程中细沟发育情况相关,一次降雨的细沟发育越剧烈,二次降雨的细沟侵蚀量越少,此时细沟侵蚀量和总侵蚀量呈一次函数关系。总体来说,侵蚀总量的变化和细沟发育所处阶段紧密相关。(3)间歇降雨条件下,不同雨强、坡度、降雨量对坡面土壤径流和侵蚀过程的影响存在差异;同时,一次降雨土壤径流和侵蚀的变化对后期二次降雨径流和侵蚀的发展具有重要影响,使得在不同土壤侵蚀发展阶段,雨强、坡度、降雨量等因子对坡面土壤径流和侵蚀影响的程度也随之改变。     

模拟降雨条件下不同砾石含量工程边坡土壤侵蚀及水动力学特征

[目的]探究砾石含量对急陡工程边坡土壤侵蚀及流水力学特征的影响。[方法]采用室内模拟降雨试验和人工制备土壤等方法,研究了在3种降雨强度(40,60,80 mm/h),5种砾石含量(3%,15%,35%,55%,75%)条件下50°工程边坡土壤侵蚀率变化特征以及土壤侵蚀率与各水动力学参数的关系。[结果]①40,60,80 mm/h雨强下,各砾石含量坡面径流率较土质坡面分别减少了10.1%～55.9%,13.9%～41.9%,19.6%～47.7%;径流剪切力、径流功率、过水断面单位能分别与砾石含量呈显著递减的线性函数、指数函数、幂函数关系。②坡面侵蚀率随着砾石含量的增加而减小,不同试验雨强下侵蚀率大小及变化过程具有明显差异。当雨强为40 mm/h时,坡面整体产沙率较低,随降雨过程整体呈现出缓慢增加的趋势;当雨强为60 mm/h时,不同砾石含量下侵蚀率迅速增加后呈波浪式缓慢上升或平稳下降的趋势;当雨强为80 mm/h时,砾石含量为3%条件下,坡面侵蚀率迅速增长后增速降低,当砾石含量大于15%时,边坡侵蚀率达到峰值后均开始缓慢下降。③工程边坡土壤侵蚀率与径流率、径流剪切力、径流功率、过水断面单位能均呈显著线性函数、对数函数、幂函数关系。[结论]工程边坡土壤中的砾石具有抗侵蚀作用,随着砾石含量的增多,坡面土壤侵蚀量和各水动力学参数均明显降低。     

褐土和棕壤坡耕地细沟侵蚀过程及侵蚀产沙特征

为揭示辽西低山丘陵区主要土壤类型褐土、棕壤坡耕地细沟侵蚀产流产沙变化规律,以期为该地区土壤侵蚀预测预报提供一定理论依据,利用人工模拟降雨系统在坡度为10°和15°、降雨强度为40,60,80 mm/h条件下分析褐土和棕壤2种土壤细沟侵蚀产沙过程,结果表明:褐土在坡度为10°和15°,径流量均随雨强的增加而增大,在坡度为15°雨强为80 mm/h降雨过程中出现最大值,而含沙量变化相反,大体呈现出随着雨强的增加而降低的特征,在坡度为15°时,3种降雨强度在降雨末期均集中在0.05 g/mL;棕壤在10°和15°径流量与含沙量变化无明显规律;2种土壤总体水沙关系表现出褐土总径流量大于棕壤,而总侵蚀量表现为小于棕壤;棕壤更易发生细沟侵蚀。     

闽北坡地不同土地利用方式的降雨与土壤侵蚀的关系研究

以闽北农地、果园、竹林地、清耕地4种土地利用方式为研究对象,分析了54场降雨条件下不同土地利用类型的土壤流失量差异及次降雨量与土壤流失量的关系.结果表明:土壤流失量大小顺序为:清耕地>果园>竹林地>农地;小雨、中雨、大雨、暴雨4个雨强等级的土壤流失量均以清耕地为最大,果园次之,竹林地的土壤流失量除在小雨小于农地,其它三个雨量级都高于农地;竹林地和农地从大雨开始土壤流失量增加较快,果园和清耕地从中雨开始土壤流失量增加较快;4种不同土地利用方式的土壤流失量与次降雨量的关系呈指数函数关系.     

不同雨强及坡度对华南红壤侵蚀过程的影响

[目的]研究不同雨强及坡度对华南红壤侵蚀过程的影响,为认识红壤侵蚀过程和水土流失防治提供科学依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究了不同降雨强度、不同坡度对华南红壤坡面降雨产流过程和侵蚀产沙过程的影响。[结果](1)相同坡度条件下,坡面径流量、侵蚀产沙量均随着雨强的增大而线性增大;相同雨强下,径流量随坡度的增加而减小,而产沙量随着坡度的变化比较复杂;(2)雨强和坡度共同影响着坡面产沙过程,当雨强小于等于180mm/h时,产沙量随坡度的增加而增大,在240mm/h出时呈现先增加后减小的趋势,在15°附近出现临界坡度。在降雨初期,径流率表现为波动增加过程,15min后趋于平稳,一直持续到降雨结束,其中雨强为240,180mm/h时波动较为剧烈,而产沙率呈现急剧而短暂的上升后迅速下降,在大雨强、陡斜坡条件下此现象尤为明显;(3)坡面径流平均流速与单宽流量、坡度比存在显著的幂函数关系,流速与径流量、侵蚀产沙量有着类似的变化规律。[结论]红壤侵蚀过程中雨强为主要影响因素,坡面流速可作为表征红壤坡面侵蚀特征的重要因子。