坡面覆沙后侵蚀泥沙颗粒分选特性

侵蚀泥沙颗粒大小的分布在一定程度上影响着侵蚀泥沙的搬运和沉积,了解侵蚀泥沙的分选作用将有助于解释泥沙的侵蚀和沉积过程。该文以覆沙坡面为研究对象,采用室内模拟降雨的方法,选取坡度12°、雨强1.5 mm/min的黄土坡面上分别覆盖0.5、1.0、1.5 cm的沙层进行试验。结果表明:坡面覆沙后,坡面粗颗粒物质大部分在产流开始0~10 min内便被冲刷带走;侵蚀泥沙颗粒主要以粉粒为主;坡面覆沙后,在细沟间侵蚀阶段,径流优先搬运大于0.054 mm的颗粒,在细沟侵蚀阶段和细沟侵蚀及细沟间侵蚀的组合阶段,径流搬运的泥沙颗粒以小于0.054 mm的颗粒为主;同时,在产流前期(0~10 min)侵蚀泥沙颗粒主要以大于0.054 mm的颗粒为主;而在产流后期(10 min以后)侵蚀泥沙则主要以小于0.054 mm的颗粒为主。坡面覆沙后,黏粒以团聚体的形式存在,粉粒以单粒的形式存在,而沙粒以细颗粒聚集体的形式存在。该文为进一步研究泥沙沉积后风蚀对水蚀的影响提供数据支撑。     

覆沙坡面径流冲刷试验研究

通过室内模拟冷冻和放水冲刷试验,采用2个放水流量(1,2L/min)、2个土壤处理(未冻坡面,冻结坡面)和4个覆沙厚度(0,1,2,3cm)研究不同处理对覆沙黄土坡面产流产沙的影响。结果表明:(1)相同流量条件下,覆沙坡面初始产流时间延长,随着覆沙厚度的增加,延长效果越明显,而冻融作用使坡面初始产流时间缩短;不同处理坡面的产流产沙峰值均增大,并且产流量与产沙量的峰现时间具有不同步性。(2)不同流量条件下,不同处理坡面总产流量是对照坡面的1.02~1.28倍,冻结坡面和冻结-覆沙坡面的总产流量与对照坡面有显著差异(p0.05),坡面总产沙量是对照坡面的1.97~10.94倍,冻结坡面、对照-覆沙坡面和冻结-覆沙坡面的总产沙量与对照坡面有显著差异(p0.05)。(3)不同流量条件下,相同处理坡面产流强度随产流时间变化趋势大致相同,裸坡坡面产沙强度随着产流时间的变化趋势较为平稳,而覆沙坡面产沙强度波动程度较大,覆沙是影响坡面产沙过程的主要因素;相同流量条件下,不同处理坡面产流强度大致分为快速上升-相对稳定和相对稳定两种变化趋势。(4)相同流量条件下,裸坡坡面的产流强度受冻融作用的影响较大,冻融和覆沙处理对产沙强度的影响均较大,冻融作用在裸坡条件下对产沙过程的影响大于覆沙坡面,覆沙坡面在土壤未冻结的情况下对产沙过程的影响大于在土壤冻结的情况。     

人工模拟降雨条件下坡面产沙规律及侵蚀泥沙颗粒特征研究

利用室内模拟降雨试验,研究了坡面产沙规律及其与径流的相关关系,并对比分析了侵蚀泥沙与原土壤的颗粒特征。结果表明:1产流时间受降雨强度与坡度共同影响,降雨强度和坡度越大,产流时间越短,随降雨强度增加坡度对产流时间的影响越加明显。2不同降雨强度作用下,产沙量(4 min产沙量)均随降雨历时的增加呈现先增加后减少的趋势,但峰值不同,降雨强度越大峰值越大。3累计产沙量与累计径流量呈显著的幂函数关系,可用方程y=AxB来表达,相关系数R2均大于0.986,达极显著水平,系数A随降雨强度和坡度的增加而减小,系数B受降雨强度和坡度的影响无明显规律性变化。4不同降雨强度作用下的侵蚀泥沙颗粒级配不同,与原坡面土壤颗粒级配的差异程度表现为1.2 mm/min0.8 mm/min0.5 mm/min,随着降雨强度的减小,侵蚀泥沙中0.01 mm颗粒的相对含量有所增加,0.01 mm颗粒的相对含量减少,并且降雨强度越小,这种变化程度越明显。     

连续降雨作用下褐土坡面侵蚀及其水动力学特征

为研究在长时间降雨侵蚀过程中北京褐土坡面侵蚀特征及其水动力学机制,通过室内人工模拟降雨试验,分别在60,90 mm/h雨强下对褐土坡面进行连续10场次降雨试验,探讨了坡面侵蚀过程中的产流产沙特征及其与水动力学参数间的关系。结果表明:(1)在雨强及次降雨量较一致的条件下,随降雨场次增加坡面次降雨产流量变动较小,而次降雨产沙量变化较大,60,90 mm/h雨强下次降雨产沙量的变异系数为23.94%和59.88%,且第10场降雨的产沙量仅为第1场降雨的59.74%和22.28%;(2)连续降雨条件下,平均次降雨产沙速率随雨强增大而增大,径流含沙量随降雨时间呈幂函数下降趋势;(3)受褐土坡面细沟形态变化和土壤粗化的影响,60,90 mm/h雨强下坡面径流平均流速分别随降雨时间呈指数函数和幂函数下降趋势,弗劳德数亦表现出相同趋势;坡面径流阻力系数随降雨历时均呈对数函数增加;(4)长时间降雨侵蚀条件下径流含沙量与平均流速、弗劳德数、阻力系数、径流功率相关关系极显著,其中平均流速是径流含沙量变化过程中与其关系最为密切的水动力学参数,径流含沙量的变化深刻受到坡面径流平均流速的动力作用过程影响。     

不同侵蚀程度花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒特征研究

研究花岗岩红壤坡面侵蚀泥沙颗粒分选特征有助于揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理。通过室内人工模拟降雨-径流试验,在15°坡度和2种试验条件下(90 mm·h^–1+2.00 L·min^–1、120 mm·h^–1+2.66 L·min^–1),研究了不同侵蚀程度(轻度侵蚀E1、中度侵蚀E2、强烈侵蚀E3)花岗岩红壤侵蚀过程及泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明:产流率和土壤侵蚀速率随降雨强度和上方来水量的增加而增大;不同侵蚀程度土壤其侵蚀特征存在差异,产流率表现为E2>E3>E1,土壤侵蚀速率表现为E3>E2>E1;通过多元逐步回归分析得出,土体容重越高产流率越小(R²=0.800,P<0.01),更高的黏粒含量和更低的粉粒含量会使得土壤侵蚀速率减少(R²=0.715,P<0.01)。随着降雨-冲刷强度增加泥沙中砾石和黏粒含量增加,砂粒和粉粒含量减少,泥沙分形维数增大。分形维数与黏粒(R²=0.910)和砂粒(R     

天然降雨条件下3种土壤坡面的侵蚀过程及颗粒组成

选取南方红壤侵蚀区3种典型的侵蚀土壤坡面和3场具有代表性的天然降雨,在同等试验条件下对其产流产沙规律及降雨前后坡面土壤颗粒组成进行对比。结果表明：在相同的侵蚀条件下,3种土壤的径流量表现为紫色土〉花岗岩红壤〉第四纪红黏土;产沙量表现为花岗岩红壤〉紫色土〉第四纪红黏土;通过降雨前后3种土壤表面的颗粒组成比较发现,3种土壤表面颗粒均有粗化的趋势。大量细颗粒的流失,是造成土壤退化乃至生态恶化的重要原因。     

覆沙坡面水动力学参数与径流产沙的关系

坡面流水动学特征对阐明土壤侵蚀和坡面产沙机理均有重要意义,通过模拟降雨试验,定量研究了1.5 mm/min雨强下,不同覆沙厚度(0.5、1.0、1.5 cm)下坡面水动力学参数的时空分布特征及其与产流产沙的关系,以期揭示坡面水动力学参数的内在规律性。结果表明,坡面流的水动力学参数的时空分布呈波动趋势,与黄土坡面相比,雷诺数增加了0.39~1.03倍,佛罗德数增加了0.05~0.29倍,阻力系数增加了0.05~1.55倍;覆沙坡面在整个降雨过程中主要以层流—急流为主,细沟形成主要发生在产流后第10 min后,主要集中在1~10断面处(从坡底依次向上每1 m划分为一个断面);坡面产流和产沙速率与各水动力学参数均可用y=ax+b来描述,雷诺数Re和相对水深曼宁糙率n/h可以较好地表征覆沙坡面侵蚀产沙过程。此研究可为坡面侵蚀预报模型的构建提供科学依据。     

基于土壤颗分粒径的泥沙来源量化研究

[目的]揭示黄土高原风水复合侵蚀区风力作用对水蚀的影响,为具有不同泥沙粒径侵蚀物质来源识别提供一种有效的方法支撑,也为风水复合侵蚀区侵蚀泥沙来源辨识提供理论参考。[方法]以覆沙模拟风蚀产物,基于室内模拟试验,研究覆沙之后坡面侵蚀发育特征,同时为了有效区分不同时刻侵蚀物质的来源,尝试采用泥沙粒径作为指纹因子进行侵蚀泥沙来源贡献的辨识。[结果]不同泥沙粒径组的3个指纹因子(粒径范围分别为：26.303～34.674,104.713～138.038,138.038～181.970μm)通过检验被确定为最佳指纹因子。基于最佳指纹因子,通过多元混合模型计算得出,在对同一土槽进行的3个阶段模拟降雨试验中覆沙层和黄土层的平均泥沙贡献率分别为48.2%和51.8%,24.8%和75.2%,6.8%和93.2%,且MAF>0.8。覆沙层的泥沙贡献率为第一阶段试验>第二阶段试验>第三阶段试验,计算结果与DEM相吻合。[结论]泥沙源地和侵蚀泥沙中的不同泥沙粒径组可作为指纹因子进行泥沙来源辨别,复合指纹法具有较好的适用性。     

粗颗粒土壤坡面侵蚀泥沙颗粒特征

为揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理,采用湖北通城县、江西赣县、福建长汀县、广东五华县4个样地的4种粗颗粒土壤（分别定义为TCA、GXA、CTA、WHA）进行室内模拟降雨试验,研究粗颗粒土壤坡面侵蚀过程及侵蚀泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明：（1）4种土壤的地表径流随着降雨时间的增长呈现出先增加后递减并趋于稳定的规律;（2）4种土壤的侵蚀特征存在差异,土壤侵蚀速率表现为WHA>TCA>GXA>CTA;（3）4种土壤的侵蚀泥沙中颗粒分布百分比大小均为砂粒>黏粒>粉粒>砾石。不同土壤侵蚀泥沙富集率表现出明显差异;（4）水流功率与土壤侵蚀速率的相关性显著,用幂函数可以准确描述其关系。在表达式中引入土壤黏粒含量、砾石含量后模型更加可靠（D_r=0.001ω^1.163C_l^-4.069,R²=0.82;D_r=0.003ω^1.149G_r^-1.934,R²=0.84）,提高了模型预测土壤侵蚀速率的精度,在实际应用中具有更广的适应范围与现实价值。     

降雨动能及坡面侵蚀对风的响应研究进展

降雨是导致土壤侵蚀的主要动力因素之一,降雨动能是研究土壤侵蚀机理、建立定量化土壤侵蚀模型的重要物理参数,风作为影响降雨动能的外界影响因子之一,对坡面降雨总动能分布的影响极大,直接影响了降雨侵蚀力的发挥。从降雨动能、坡面侵蚀与风的关系出发,系统阐述降雨动能及坡面侵蚀对风的响应国内外研究现状,总结了当前研究中存在的问题。     

雨型和坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响

为揭示降雨和坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响,以不同坡长野外观测试验小区为对象,结合82场降雨资料,以降雨量(P,mm)、最大30 min雨强(I₃₀,mm/h)和降雨侵蚀力[R,MJ·mm/(hm²·h)]为降雨特征指标,利用系统聚类法进行雨型划分(A雨型：大雨量、高雨强、高侵蚀力;B雨型：中雨量、小雨强、中等侵蚀力;C雨型：低雨量、中雨强、中低等侵蚀力),分析了11场降雨事件中侵蚀泥沙的粒径分布特征。结果表明：(1)研究区侵蚀泥沙粒径特征受不同雨型影响,有效黏粒和最终黏粒含量在C雨型下最高,有效砂粒和最终砂粒含量在B雨型下最高,而有效粉粒和最终粉粒含量分别在A和C雨型下最高。(2)坡长对侵蚀泥沙粒径特征的影响存在临界坡长效应(14 m),小于临界坡长时,黏粒级和粉粒级颗粒含量随坡长增加而降低;超过临界坡长后,黏粒级和粉粒级颗粒含量随坡长增加而增加,该效应在最终粒径下更为显著。(3)有效砂粒输移形式受雨型和坡长影响较大,在B雨型下主要以团粒形式输移,在A,C雨型下达临界坡长时以单粒形式输移。侵蚀泥沙的有效粒径颗粒比原坡面土壤细,而最终粒径颗粒则...     

质量指数表征模拟降雨下土壤坡面养分的流失特性

通过室内自动模拟降雨系统,设置模拟降雨试验,运用土壤单质量指数(SSQI)和土壤综合质量指数(SSCI),研究了模拟降雨对3种类型土壤(棕壤、褐土与红壤)坡面养分流失及土壤质量变化的影响。结果显示:降雨造成了3种类型土壤坡面不同程度的氮素流失,土壤全氮指数均有所降低,并以坡下部降低最多;表下层坡面土壤全氮指数以棕壤降低最多,分别为褐土的1.33倍和1.79倍、红壤的9.28倍和3.45倍。降雨均提高了3种类型土壤坡面有效磷的含量,有效磷指数除棕壤下层坡面降低了3.98%外,其余土壤坡面升高了4.00%~47.73%,并以红壤表下层坡面的升高幅度最大。模拟降雨下,土壤速效钾含量变化受土壤类型影响较大,3种类型土壤中,红壤坡面的速效钾指数有较大幅度升高,褐土坡面降雨前后基本持平,而棕壤坡面有小幅降低。模拟降雨后,棕壤与褐土表下层坡面综合指数分别降低了33.62%、35.34%与22.53%、11.73%,而红壤反而升高了18.93%与7.00%。     

沙层厚度和粒径组成对覆沙黄土坡面产流产沙的影响

片沙覆盖黄土区是水蚀风蚀交错带内土壤侵蚀最为强烈的区域,研究该区内土壤侵蚀特征可对水蚀风蚀交错带水土流失的预报及防治提供理论依据。采用室内模拟降雨,研究黄土坡面不同覆沙厚度(2 cm、5 cm和10 cm)和沙层粒径组成(100%0.25 mm、75%0.25 mm+25%0.25mm、50%0.25 mm+50%0.25 mm、未处理原沙和100%0.25 mm)对坡面产流产沙的影响。结果表明,覆沙黄土坡面较黄土坡面的初始产流时间明显延长,产流速率和产流量减小,产沙速率和产沙量增大,降雨过程中产流产沙波动性增大,且这些变化随覆沙厚度增加而明显加强;沙层粒径组成在不同覆沙厚度下对坡面产流产沙的影响不同,2 cm覆沙厚度坡面在降雨前期随粒径变粗产流产沙呈增大趋势,降雨后期无明显变化;5 cm覆沙厚度坡面随沙层粒径变粗产流速率呈增加趋势,降雨前期上覆粗粒径沙层坡面的侵蚀速率高于细粒径沙层坡面,降雨后期恰好相反;10 cm覆沙厚度的坡面产流产沙随沙层粒径组成变化不明显。典型覆沙黄土坡面的产流过程为雨水垂直入渗―沙土界面潜流―沙层边缘渗流―地表径流,产沙过程为沙层边缘渗流侵蚀―沙层坍塌重力侵蚀―地表径流输移,明显不同于无覆沙黄土坡面的超渗产流方式及溅蚀―片蚀―细沟侵蚀的侵蚀发展过程。     

不同雨强和覆盖度条件下崩积体侵蚀泥沙颗粒特征

崩积体坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征及过程研究是揭示崩岗崩积体侵蚀机理的关键。基于崩岗崩积体土质疏松、粗颗粒含量高、极易被侵蚀的特性,通过室内人工模拟降雨试验,研究30°坡度条件下,不同覆盖度(0,25%,50%,75%,100%)和雨强(60,90,120 mm h-1)组合坡面侵蚀泥沙颗粒特征。结果表明:降雨过程中,坡面径流优先搬运的是粒径较小的泥沙颗粒;侵蚀泥沙中粗颗粒(砾石和粗砂)泥沙含量随着覆盖度的增加呈先减小后增大趋势;侵蚀泥沙颗粒的平均重量直径(MWD)与覆盖度之间呈极显著相关;当覆盖度达到50%时,坡面粗颗粒泥沙的减少效果最明显,75%覆盖度坡面较容易发生崩塌。以上结果表明,侵蚀泥沙颗粒的大小与坡面秸秆覆盖度的高低密切相关,50%左右的秸秆覆盖度可以达到较好的减沙效果。     

模拟降雨条件下坡度和降雨强度对桂南崩积体侵蚀产沙的影响

[目的]探究坡度和降雨强度对崩岗崩积体坡面侵蚀产沙特征的影响,为桂南地区崩积体水土流失预测及其防治提供科学依据。[方法]采用室内模拟降雨试验,研究不同坡度(15°,20°,25°)和降雨强度(60,90,120 mm/h)条件下崩积体坡面侵蚀产沙过程。[结果]各坡度条件下,60 mm/h降雨强度时,崩积体坡面侵蚀速率变化过程较为稳定,且侵蚀速率多低于5.0 g/(m²·s),并呈现出一定的下降趋势;90～120 mm/h降雨强度下,侵蚀速率呈先波动增大后波动减小的变化趋势。降雨过程中侵蚀速率最大值随降雨强度和坡度的增大而增大,侵蚀速率最大值出现的时间集中在0～25 min内,且随坡度的增大有提前的趋势。次降雨产沙量(3.64～48.07 kg/m²)随降雨强度和坡度的增大而增大,与降雨强度和坡度之间的非线性回归结果(幂函数)优于线性回归结果。次降雨产沙量与坡度和降雨强度的交互项相关性最为显著,二者呈极显著线性函数关系。[结论]次降雨产沙量对降雨强度的敏感系数要高于对坡度的敏感系数,降雨强度对次降雨产沙量的影响强于坡度,崩积体侵蚀防治中建议做好...     

模拟降雨条件下侧柏林地枯落物对坡面产流产沙的影响

以北京山区人工侧柏林地坡面为研究对象,基于2个2m×5m径流小区,设枯落物覆盖自然坡面与裸露坡面2种处理、大小2种雨强(126,70mm/h),通过对比分析2种处理下坡面产流产沙过程,揭示林下枯落层覆盖对北京山区坡面产流产沙的影响。结果表明:(1)与裸坡相比,枯落物覆盖自然坡面产流产沙分别减少了67.0%和90.6%,其中,减沙效益大于减水效益。(2)无论是枯落物覆盖自然坡面还是裸坡,坡面产流过程均表现为先增大后趋于稳定的变化规律,但枯落物覆盖坡面产流趋于稳定的时间较裸坡有所提前。(3)枯落物覆盖坡面70,126mm/h降雨平均产沙速率分别为2.8,80.8g/min,裸坡分别为51.4,872.7g/min,枯落物覆盖坡面产沙率显著小于裸坡(p0.05)。当地表有枯落物覆盖时,产沙速率与含沙量随产流历时均波动变化不大,坡面产沙是一个基本稳定的过程;于裸坡而言,产沙速率与含沙量在小雨强条件下呈现先增加后趋于稳定的变化规律,而大雨强条件下,两者随产流历时先急剧增加后波动降低。(4)枯落物覆盖坡面产沙量与产流量为线性关系,而裸坡产沙量随产流量的增加呈幂函数急剧上升。研究结果可为评价北京山区人工林恢复水土保持效益提供理论依据,同时增进了对北京山区林地坡面产流产沙机制的认识。     

模拟降雨条件下秸秆编织地表覆盖物对土壤侵蚀和小麦产量的影响

通过自制土壤冲蚀槽,并进行人工模拟降雨试验,研究了稻秆编织地表覆盖物对坡地土壤侵蚀和小麦产量的影响。结果表明:在坡度为27°,每次降雨强度为0.5~0.8mm/m in,小麦整个生育期降雨量为672mm条件下,与无覆盖等高种植和顺坡种植相比,应用秸秆编织地表覆盖物分别减少地表径流量28.36%~44.49%和25.26%~36.74%;分别减少土壤侵蚀55.66%~85.44%和12.13%~47.43%;增加小麦产量36.08%和27.95%。     

模拟降雨条件下植被调控坡面水沙输出过程研究

为研究不同植被覆盖对坡面水沙输出过程调控效应,本文通过人工模拟降雨试验的方法,对3种典型的乔木灌木草本植被即构树、荆条和黑麦草,在坡度10°、降雨强度30 mm/h和坡度20°、降雨强度30 mm/h条件下的水沙输出的过程进行了试验研究,并对结果进行了综合分析。研究结果表明:3种植被整个产流过程的径流量均呈现先上升后逐渐稳定的趋势,产沙量呈先上升后下降,再逐渐保持稳定的趋势;构树、荆条和黑麦草均对坡面产流产沙过程有良好的调控能力,能够减少径流量和产沙量,其中黑麦草对产流和产沙均表现出较强的调控力,其次是构树,荆条最差。在对坡面径流流速的调控方面,流速整体呈现先增加后稳定的趋势,三者对径流流速的调控能力:黑麦草荆条构树。     

植被空间配置对凸型坡侵蚀及泥沙颗粒分选的影响

针对黄土高原水土流失严重的问题,结合该地区缺水的现状,在有限的植被措施条件下,以凸型坡为研究对象,将草带布设在上坡面5种不同位置,利用室内放水冲刷试验对不同植被空间配置下坡面侵蚀过程和泥沙颗粒分选特征进行了研究,阐明了植被能够有效发挥水土保持功效的作用,并初步提出在低植被覆盖度下植被发挥水土保持功效的最优植被空间配置。结果表明:(1)不同植被空间配置的产流强度Cv值为10.26%～15.50%,产流强度的波动程度较小,其中配置A的产流强度与配置B和配置F的产流强度表现为显著性差异(p0.05),不同植被空间配置的产沙强度Cv值均在26.00%以上,配置A的产沙强度与其他配置的产沙强度均表现为显著性差异(p0.05),在坡面布设草带对产沙过程的影响大于对产流过程的影响;(2)在凸型坡的上坡面种植植被后,总产流产沙量与裸坡(配置A)相比均有不同程度的降低,其中配置F的减水效益达到19.65%,配置B的减沙效益高达70%以上;(3)不同植被空间配置下泥沙颗粒平均重量直径(MWD)的平均值表现为配置A配置F配置D配置E配置C本底物配置B,MWD的平均值随着产流时间的延长逐渐稳定并接近于本底物,在有植被覆盖坡面的水力侵蚀条件下,侵蚀颗粒以细颗粒为主,粉粒含量较高,砂粒含量相对较小,并且植被布设位置距离坡顶越远更容易侵蚀0.002～0.05 mm的粉粒。研究结果有助于加深植被空间配置对坡面侵蚀产沙作用机理的理解。