短坡条件下侵蚀产沙与坡长的关系

采用变雨强人工模拟降雨,选择1~10 m共7个坡长,在5°条件下研究了侵蚀产沙量及其过程与坡长的关系,每个坡长进行干运行和湿运行降雨。结果表明:(1)干运行降雨40~80 min,虽然雨强逐渐减小,但4 m及以上坡长小区的径流含沙量保持较高的水平并出现跳跃,而1 m和2.5 m的小区的径流含沙量在整个降雨过程中较平滑;湿运行含沙量总体上小于干运行,且波动幅度较干运行小。(2)2 h降雨平均含沙量随着坡长的增加而增加,可用二次多项式、幂函数及直线来拟合。(3)侵蚀模数与坡长呈幂函数关系,细沟间和细沟侵蚀模数的坡长指数分别为0.101~0.240和0.757~1.609,表明随着坡长增加,细沟间侵蚀增加较小,而细沟侵蚀增加迅速;干运行的坡长指数均大于湿运行的波长指数。     

坡面细沟侵蚀发生的临界水力条件研究

通过径流冲刷实验,研究了坡面侵蚀方式由面状侵蚀向细沟侵蚀过渡,发达过程中径流的水动力学特征,根据侵蚀量的观测对比,提出了表明细沟开始产生的形态尺度大小,以及细沟侵蚀产生的临界条件,实验结果表明,基于对侵蚀量的贡献程度,当具有明为沟缘的侵蚀沟深度在0．8－1.0cm时,侵蚀方式已由面状侵蚀发展为细沟侵蚀,径流的弗罗德数可作为反映细沟侵蚀发生的水动力临界参数,弗罗德数大于1是细沟形成的水动力临界条件,除满足水动力临界条件外,细沟侵蚀发生还要求具有最小径流量,对于一定的土壤,临界径流量的大小主要由坡面倾斜度决定,在实际土条件下,细沟侵蚀发生临界流量与坡度有关系式：qc=0.8574(sinθ）^-7/8.     

不同土壤坡面细沟侵蚀差异与其影响因素

采用室内纯净水人工模拟降雨试验,在坡度为10°、15°、20°、25°坡面,土槽为5 m、10 m两种规格,对两种土壤((土娄)土与黄绵土)分别进行雨强为1.5 mm min-1,的降雨实验,利用三维激光扫描仪对每一场降雨后的坡面进行监测,分析不同坡度对细沟侵蚀的影响,比较两种土壤坡面细沟侵蚀的差异,以及其差异的影响因子.结果表明:(土娄)土土壤颗粒以粉粒与黏粒为主,粉粒占总质量的64.12％,黏粒为28.42％.黄绵土的土壤颗粒以粉粒为主占总质量的67.95％,黏粒与沙粒含量较少,黏粒占14.52％,沙粒占17.53％.在相同条件下,(土娄)土降雨过程中人渗缓慢,产流时间、坡面流速均快于黄绵土,跌坎出现时间也较早,使其更容易产生细沟.(土娄)土的径流量高于黄绵土,在降雨过程中,径流稳定时间较早.(土娄)土侵蚀量高于黄绵土,(土娄)土产沙率呈增加趋势,黄绵土含沙量变化不明显.从坡面细沟发育来看,(土娄)土坡面细沟成平行状分布,黄绵土细沟为较宽树枝状.     

煤矸石松散堆置体坡面侵蚀规律研究

采用室内模拟径流冲刷试验,对煤矸石堆置体水土流失规律进行了研究。结果表明:(1)在20,°25,°30,°35°4个坡度、放水流量为2 L/min,2.5 L/min,3 L/min,3.5 L/min的情况下,煤矸石堆置体的侵蚀产沙过程存在明显的差异:在较小坡度和流量下,侵蚀的脉动性、随机性、间歇性明显,径流体积含沙量变化幅度很大;在较大坡度和流量下,侵蚀呈现明显的突发性,泥沙移动具有类似泥石流移动的特征,在冲刷初期含沙量便达到最大值,随着时间的延续,含沙量逐渐降低,最后趋于稳定。(2)集中径流对煤矸石堆置体具有很强的冲刷作用,会造成严重的侵蚀,总侵蚀量的大小与设计流量呈线性关系,与坡面坡度呈幂函数关系。     

不同坡形坡面侵蚀产沙过程的影响研究

通过室内模拟降雨试验分析出不同坡形坡面侵蚀产沙过程,研究结果表明:同坡度、同雨强条件下,水流含沙量随坡形的变化具有明显的规律性,整个降雨过程中,凹形坡的水流含沙量最大,凸形坡的其次,直线形坡的最小.随着降雨历时的延长和雨强、坡度的增大,坡形对侵蚀产沙的影响还会越来越大;并且在同坡形条件下,水流含沙量随雨强、坡度的增加明显增大.     

不同下垫面对坡面侵蚀特征的影响

为研究不同下垫面对黄土坡面侵蚀特征的影响,2008年在黄河水利科学研究院模型黄河试验基地,用人工降雨的方法研究了黄土坡面小区在不同立地条件和不同雨强下的径流量、侵蚀量.结果表明:在小雨强条件下,裸地和坡耕地的径流量随时间延续逐渐增加,在试验进行到30min左右时达到波动稳定状态,约为10kg/min,约为相同雨强下草地坡面径流量的40倍左右.中雨强时,裸地和农耕地的径流量约是草地径流量的7倍;大雨强时,草地径流量在试验初期呈缓慢增加的态势,在试验进行到12min左右时基本稳定在10kg;裸地和农耕地径流量在试验初期急剧增加,在试验进行到20min左右时达到各自的最高点,然后维持在一个较低的水平.不同下垫面坡面在小雨强时,裸地和农耕地的侵蚀产沙量远远大于草地,约是其20倍,为10kg左右.中雨强时,裸地和农耕地的侵蚀产沙量约是草地的100倍左右;大雨强时,裸地和农耕地的侵蚀量仍远远大于草地的侵蚀量,二者在试验初期急剧增加,在试验进行到18min左右时达到各自的最高点,然后坡面侵蚀量维持在一个较低的水平.综合分析表明,草被覆盖坡面可以防护中小雨强下的土壤流失.     

坡面细沟侵蚀垂直分布特征研究

基于土壤侵蚀ＲＥＥ示踪法的技术需要,对全坡长小区细沟侵蚀垂直分布特征进行了分析研究。在野外实地量测的基础上,首先提出了表征细沟侵蚀形态,强度的三个参数,即细沟平面密度细沟平均深度及细沟侵蚀强度,并对上述参数垂直变化特征进行了分析、计算,最后分析了全坡长小区细沟相对侵蚀量在垂直方向上的变化,初步得出细沟侵蚀强烈地段在坡面的中下部位,约占坡面细沟侵蚀总量的７０％以上。     

黄土质地对坡面侵蚀的影响

采用室内人工模拟降雨试验,研究了黄土质地对坡面侵蚀的影响,并探讨了降雨、地形(坡度和坡长)及黄土土质对坡面侵蚀的综合作用。试验设计包括3种质地黄土(黄绵土、黑垆土和塿土)、4个坡度(10°,15°,20°和25°)、2个坡长(5m和10m)和2个总降雨量相同的降雨强度(90,120mm/h)。结果表明:在相同降雨条件下,塿土降雨过程中入渗缓慢,产流时间快于黑垆土与黄绵土,塿土坡面的径流总量高于黑垆土和黄绵土坡面。坡度对单宽产流率无影响。各因子按对单宽产流率影响程度从大到小依次为坡长、雨强、粘粒含量和有机质;各因子按对单宽产沙量按影响程度从大到小依次为坡长、土壤颗粒几何平均直径、雨强、有机质含量和坡度。     

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。     

北方土石山区不同坡长径流小区水土流失规律研究

对北方土石山区不同坡长的径流小区进行径流量和侵蚀量的观测,分别在不同坡长条件下分析径流小区降雨量所产生的径流量和侵蚀量的变化规律。结果表明:不同坡长下,日降雨量与径流量呈w=ah+b和侵蚀量呈Ms=ah+b的线性关系,同一坡长条件下,径流量和侵蚀量随着降雨量的增加而增加,不同坡长条件下,随坡长的增加,径流量和侵蚀量逐渐增加。不同坡长下,I30与径流量呈w=aI30b和侵蚀量呈Ms=aI30b幂函数关系,同一坡长条件下,径流量和侵蚀量随着I30的增加而增加,不同坡长条件下,随坡长的增加,径流量和侵蚀量逐渐增加。     

土壤侵蚀磁性示踪剂的研制及其示踪效果研究

Soil erosion, which includes soil detachment, transport, and deposition, is one of the important dynamic land surface processes. The magnetic tracer method is a useful method for studying soil erosion processes. In this study, five types of magnetic tracers were made with fine soil, fly ash, cement, bentonite, and magnetic powder (reduced iron powder) using the method of disk granulation. The tracers were uniformly mixed with soil and tested in the laboratory using simulated rainfall and inflow experiments to simulate the interrill and rill components of soil erosion, in order to select one or more tracers which could be used to study detachment and deposition by the erosive forces of raindrops and surface flow of water on a slope. The results showed that the five types of magnetic tracers with high magnetic susceptibility and a wide range of sizes had a range of 0.99-1.29 g cm?3 in bulk density. In the interrill and rill experiments, the tracers FC1 and FC2 which consisted of ?y ash and cement at ratios of 1:1 and 2:1, respectively, were transported in phase with soil particles since the magnetic susceptibility of sediment approximated that of the soil which was uneroded and the slopes of the regression equations between the detachment of sediment and magnetic tracers FC1 and FC2 were very close to the expected value of 20, which was the original soil/tracer ratio. The detachment and deposition on slopes could be accurately reffected by the magnetic susceptibility differences. The change in magnetic susceptibility depended on whether deposition or detachment occurred. However, the tracer FS which consisted of fine soil and the tracers FB1 and FB2 which consisted of fly ash and bentonite at ratios of 1:1 and 2:1, respectively, were all unsuitable for soil erosion study since there was no consistent relationship between sediment and tracer detachment for increasing amounts of runo?. Therefore, the tracers FC1 and FC2 could be used to study soil erosion by water.     

黄土坡面细沟形态变化及对侵蚀产沙过程的影响

为揭示细沟形态对侵蚀产沙过程的影响,选取66、94、127 mm/h三个雨强条件,对20°陡坡坡面进行了坡面水蚀精细模拟降雨试验,选取沟长、沟宽、沟深等指标刻画细沟形态随降雨历时的变化规律。结果表明:1)降雨强度对细沟长度的影响显著,细沟宽度变化受降雨历时的影响较大,细沟深度的变化对降雨强度表现出较强的分异规律。2)细沟形态参数之间不是相互独立的,存在明显的相关关系,说明细沟形态的演变是一个多维度过程。3)细沟的形成和发展与坡面水沙过程关系密切,细沟形态参数与含沙量、侵蚀速率之间均存在较显著的对数函数关系。该研究可以为细沟侵蚀动态模型的建立提供基础数据。     

坡面径流泥沙计算中需解决的认识问题

基于土壤侵蚀规律的研究特点,特别是坡面水蚀动力过程的研究需要,对以往传统的坡面径流泥沙计算方法进行的分析发现,传统的计算方法误将土壤中的孔隙水当作坡面径流,从而导致误将坡面的侵蚀对象及搬运物当作坡面的侵蚀动力,为进一步分析坡面水蚀动力机制带来了困难。在上述分析基础之上,提出了坡面径流泥沙的计算方法,并与传统方法进行了计算误差分析。结果表明,两种方法的计算误差随含沙量的增加而增大。当土壤容重为１．２ｔ／ｍ３时,若含沙量达３００ｋｇ／ｍ３,径流量计算误差大于２０％,含沙量计算误差接近２０％。     

紫色土坡面细沟形态变化及其对产流产沙的影响

[目的]揭示紫色土坡面细沟形态特征及其对产流产沙的影响,阐明紫色土区影响细沟产流产沙的主控因素,进而为紫色土区水土流失治理提供参考依据。[方法]以紫色土坡耕地为研究对象,设计3个流量(6,8,10 L/min)和5个坡长(1,2,3,4,5 m),利用放水冲刷试验定量分析细沟形态和产流产沙变化特征,探讨细沟形态变化对产流产沙特征的影响。[结果]随流量增加,沟宽和沟深均呈增大趋势,宽深比则呈减小趋势; 随坡长增加,沟宽与宽深比呈先减小后增大的趋势,沟深变化规律则相反,且细沟形态在坡长3～4 m存在突变。流量与产流率、产沙率和细沟侵蚀速率呈正相关关系,坡长与产沙率呈正相关关系,而与产流率和细沟侵蚀速率呈负相关关系,其中产流率主要受流量的影响,而产沙率和细沟侵蚀速率受流量和坡长交互作用的影响较大。相关性分析表明,相比于产流(r=0.54,p<0.05),细沟形态与产沙关系更为密切(r>0.67,p<0.01)。通过多元逐步回归分析发现,沟宽是影响细沟侵蚀速率的关键因素(p<0.05),沟深是影响产沙率、累积产沙量的关键因素(p<0.01)。[结论]沟宽与沟深可用于预测紫色土坡面侵蚀程度,其中沟深是表征侵蚀产沙的最佳指标,未来细沟侵蚀防治措施重点应在控制沟深发育方面。     

侵蚀产沙系统模型概述

根据目前国内外侵蚀产沙模型的研究现状,系统地阐述了流域从降雨到地表径流、沟间地产沙输移,细沟侵蚀产沙输移和泥沙的演进计算过程。     

西部黄土丘陵区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响

以甘肃省定西市安家沟流域的大型径流观测场为依托,以2009—2011年天然降雨在不同土地利用条件下产流产沙特征数据为依据,研究了黄土高原西部黄土丘陵区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响。结果表明,在次降雨条件下不同处理径流过程分别经历了产流、峰值、稳定、消减4个表征时刻,土壤侵蚀过程分别经历了发生、峰值、消减3个表征时刻。次降雨条件下,不同处理其径流总量、侵蚀总量排序均为:15°春小麦10°春小麦10°油松林15°荒地15°沙棘林10°荒地15°油松林10°沙棘林。通过层次聚类分析得出,在10°,15°的坡度下,灌木林沙棘、乔木林油松分别具有明显的水土保持效应。所以结合试验地的气候和环境特点,10°坡面适宜种植沙棘林,15°坡面适宜退耕还林。     

黄土坡面细沟水流输沙能力变化特征

水流输沙能力是土壤侵蚀过程极其重要的参数之一,精确计算细沟水流输沙能力可以有效揭示细沟侵蚀过程机理,为建立坡面细沟侵蚀过程模型奠定重要基础。采用细沟水槽试验方法对黄土坡面细沟水流输沙能力变化特征进行研究。结果表明:不同坡度下,细沟水流输沙能力随流量增加而平缓增大,可用幂函数方程很好地描述;不同流量下,细沟水流输沙能力随坡度的增加而增大,可以用指数方程很好地描述;细沟水流输沙能力随流量及坡度变化的因子模型为二元幂函数方程,其中流量对细沟水流输沙能力的影响大于坡度的影响;ANSWERS模型中的输沙能力方程不能用于计算黄土陡坡细沟水流输沙能力。     

次降雨下砒砂岩坡面细沟形态发育及其对侵蚀产沙的影响

[目的]以水蚀剧烈的砒砂岩区裸露坡面为研究对象,分析次降雨下坡面细沟形态演变及侵蚀产沙特征,以期为坡面沟蚀发育演变及坡面水土流失治理提供理论依据。[方法]基于野外径流小区原位监测试验,采用三维激光扫描仪监测径流小区两个雨季13次自然降雨下细沟发育过程及产流产沙规律。[结果](1)小区内细沟发育过程分为4个阶段：跌坎发育—断续细沟—连续细沟—沟网形成;(2)细沟长度、宽度、深度及细沟体积、细沟密度、细沟复杂度均随着降雨的继续呈上升趋势,而细沟宽深比呈下降趋势;(3)研究区内中雨对细沟发育贡献最大,其发生频率为53.69%,对细沟形态的影响占比71.25%。[结论]细沟形态变化对产沙的影响较大,细沟出现后产沙量明显上升,产沙量与细沟发育过程对应关系较好,而对产流过程的影响有限,尤其细沟体积与产沙量及含沙量的相关性最强。     

坡度对坡面细沟侵蚀的影响——基于三维激光扫描技术

采用室内人工模拟降雨试验,降雨用水为纯净水,试验坡度为10°、15°、20°、25°,降雨强度为1.5和2.0 mm/min,试验土槽分别为5和10 m,同时采用三维激光扫描仪对降雨前后坡面进行监测,分析不同坡度对细沟侵蚀的影响。结果表明:1)坡度对坡面产沙量影响显著,二者的关系可以采用二次项式拟合,坡面产沙量随着坡度的变陡先增加后减少;2)三维激光扫描技术能够准确地计算坡面细沟发育形态数据和细沟侵蚀量,不同坡度条件下细沟发育不同,细沟宽深比随着坡度的变陡而逐渐变小;3)细沟密度、细沟侵蚀量与坡度呈正相关关系,细沟发育程度随坡度的变陡而加剧。     

红壤坡地水土流失规律研究

通过在第四纪红壤坡地建立标准径流小区进行试验,模拟了径流量与降雨量的线性相关方程,建立了降雨量、降雨强度与土壤侵蚀量的幂函数相关方程,得出了不同治理措施引起土壤侵蚀的临界降雨值,找出了第四纪红壤坡地水土流失的一般规律.