不同长度小麦秸秆覆盖下黄土耕地坡面流水动力学特性

为了系统研究秸秆长度对坡面流水动力学特性的影响,利用室内人工模拟冲刷定床阻力试验,在4个坡度、5个流量条件下分别对3~5、8~10和13~15 cm长度秸秆覆盖坡面流水动力学参数变化特征进行分析,阐明不同长度秸秆覆盖坡面水流阻力与雷诺数的关系。结果表明,秸秆长度对坡面流水动力学参数影响显著。不同长度秸秆覆盖条件下,坡面流雷诺数变化范围为166~558,当流量≤7.5 L/min时,坡面流态为层缓流;流量为9.0 L/min时,坡面流态为过渡缓流。秸秆覆盖条件下,坡面流具有较小的流速和较大的水深、Darcy-Weisbach阻力系数及曼宁糙率系数。随着秸秆长度增加,坡面流流速随之增加,而水深、Darcy-Weisbach阻力系数及曼宁糙率系数随之降低。随着秸秆长度和水力坡度增加,流态指数值总体呈现降低趋势。当秸秆长度由3~5 cm增加至13~15 cm时,流态指数平均由0.716降至0.501。研究可为秸秆覆盖条件下水土流失阻控机理研究提供科学依据。     

小麦秸秆长度、覆盖量对坡面产流产沙的影响

为定量研究小麦秸秆覆盖对坡面产沙产流过程及减水减沙效益的影响,采用室内人工模拟降雨试验,研究在降雨强度为90 mm/h时,不同秸秆长度和秸秆覆盖量下的坡面产流产沙特征和产流产沙过程规律,结果表明:(1)在相同秸秆长度下,随秸秆覆盖量增加,产流量产沙量极显著减少(p0.01)。相同覆盖量水平下随秸秆长度增加,产流量显著增加(p0.05),在4.5 t/hm~2覆盖量下产沙量极显著增加(p0.01)。(2)秸秆覆盖坡面的初始产流时间较裸露坡面延迟6.23倍,产流量平均下降19.5%,产沙量下降31.6%。覆盖措施通过保护土壤的结构有效抑制了细沟侵蚀过程向切沟侵蚀发展。产流产沙过程受秸秆长度和覆盖量的交互作用影响,交互效应对产流过程的影响更突出。(3)随覆盖量增加,减水减沙效益极显著增加(p0.01);随长度增加,减水减沙效益分别减少为17.26%,27.97%。不同覆盖条件下的坡面产流量、产沙量和减水、减沙效益均与秸秆长度、秸秆覆盖量呈二元线性关系。(4)在当前试验条件下,当秸秆长度为3～5 cm,覆盖量为4.5 t/hm~2时达到最优减水减沙效益。     

砾石覆盖对紫色土坡面流水动力学参数的影响

地表砾石覆盖可以促进降雨入渗,减少土壤侵蚀。然而,砾石覆盖对紫色土坡面流的影响尚缺乏深入研究。通过室内模拟冲刷试验,在3个冲刷流量(2,4,6 L/min)下,研究不同砾石覆盖度(0,10%,20%,30%和40%)对紫色土坡面流水动力学特性的影响。结果表明:(1)随着砾石覆盖度的增大,流速和弗劳德数呈减小趋势;径流深、水流剪切力、阻力系数和曼宁糙率系数呈增大趋势,雷诺数变化不明显。(2)坡面总侵蚀量随着砾石覆盖度的增加呈负指数减少,且砾石覆盖在冲刷流量较小的情况下,对坡面侵蚀量的减少效果越明显。(3)冲刷流量的大小并不影响砾石覆盖度和坡面总侵蚀量之间的关系。研究结果为探究紫色土坡面流侵蚀过程及机理研究提供一定的理论基础。     

植被覆盖度与空间格局对坡面流水动力学特性的影响

为研究植被覆盖度与空间格局对坡面流水动力学参数的影响,采用室内定床冲刷试验,以圆柱体模拟树木定量研究了4种覆盖度、3种空间格局的植被在5个坡度、6个流量下坡面薄层流水力要素及阻力的变化特征,探讨了植被覆盖度、空间格局对坡面流水动力参数的影响,并分析了植被覆盖度和空间格局对流速和阻力的影响指数。结果表明,在5种坡度下流速的变化范围在0.2~1.4m/s之间,流速最小的是覆盖度为6.1%角尺度为0的坡面条件,最大的是裸坡(对照)。各坡面条件的流态指数变化在0.7~0.8,表明水流以克服阻力做功为主。覆盖度对流速的影响在各流量下皆大于空间格局对流速的影响,且空间格局的影响效果只有覆盖度的50%。坡面阻力系数随着覆盖度的增加而增加,在各坡度下,达西阻力系数在0~0.16间变化,角尺度为0时的阻力系数大于其它角尺度下的。覆盖度对坡面流阻力系数的影响大于空间格局对阻力系数的影响。在缓坡(10°以下),空间格局对坡面流阻力的影响是覆盖度对坡面流阻力影响的50%以上,而在陡坡(15°以上)空间格局对坡面流阻力的影响仅仅是覆盖度对坡面流阻力影响的20%左右。     

斑块状植被覆盖下坡面流水动力学特性

为阐明斑块状植被随机覆盖下坡面流水动力学特性,通过5个覆盖度、6个坡度和7个流量组合条件下的室内放水冲刷试验,系统研究了斑块状植被覆盖下坡面流的流型流态及阻力机制.研究结果表明:1)该试验工况下,坡面水流位于虚拟层流区和过渡流区,水流流态发育受覆盖度和坡度相互制约.2)在虚拟层流区,综合阻力系数与雷诺数呈负相关,而在过...     

植被类型对河岸带坡面流水动力特性的影响

为了研究河岸带植被类型对坡面流水动力学特性的影响,通过野外简易径流小区放水冲刷试验,在3种流量(4,6,8 L/min)和6种不同坡面类型条件下对河岸带坡面流水动力学参数变化进行了分析。结果表明：(1)坡面植被的存在具有明显降低径流流速的作用,裸坡坡面平均流速(0.276±0.065 m/s)显著高于其他植被类型(p<0.05),坡面平均径流流速随着来水流量的增加而增加;(2)雷诺数随着放水流量和放水时间的增加而增加,所有河岸带边坡流型都属于层流;弗劳德数随着放水时间先减小后趋于稳定,各坡面流均属于急流状态(弗劳德数大于1);(3)植被覆盖能够明显减小坡面径流雷诺数和弗雷德数,裸坡的雷诺数(128.53)和弗雷德数(4.0)显著高于其他坡面类型(p<0.05)。狗牙根坡面的Darcy-weisbach阻力系数(3.71)以及曼宁糙率系数(0.062)均最大,表现出对坡面流流速最好的阻滞效果。     

模拟刚性植被盖度及配置方式对坡面流水动力参数及紊动特性的影响

[目的]揭示不同植被配置方式对坡面流水动力及其紊动特性的影响,为植被坡面土壤侵蚀机制和植被资源的合理配置提供科学依据。[方法]采用室内水槽冲刷试验的方法,模拟刚性植被近地表盖度（8.9%,4.5%,2.2%,1.1%,0.6%,0.3%）、乔灌配置方式（灌木、乔灌结合、乔木）与空间分布形式（均匀、随机、聚集）在6组不同流量条件下坡面流水动力参数、水流阻力的总体变化特征,并重点关注不同配置因子对坡面流影响程度的大小和局部尺度的促紊作用。[结果]（1）植被覆盖使坡面相较于裸坡平均水深雍高了1.3～2.3倍,平均流速降低了16%～48%。不同植被配置方式壅水降速效果为密集>中等>稀疏、灌木>乔灌结合>乔木、随机>均匀>聚集,3种配置因子对坡面流的影响为植被盖度>乔灌配置>空间分布形式。（2）植被的体积阻力系数随着植被盖度的增大呈现线性增大趋势（R2>0.90）,且随流量增大,该趋势渐缓;紊流强度随综合植被配置参数的增大呈幂函数关系（R2>0.99）。流速相同条件下,随着盖度增加,植被坡面相较于裸坡有产生尾涡增加紊动的作用;水力坡度相同条件下,植被坡面紊动能水平与裸坡相比,出现先增加后减小的变化特征。[结论]植被盖度对于坡面流阻力及紊动特性的影响要大于乔灌配置方式与空间分布形式。随着盖度增加,植被通过局部促紊作用与宏观增阻作用的相互制衡,共同决定了坡面流紊动能占总动能的比例。     

刚性植被空间配置模式对坡面流水动力学特性的影响

通过室内人工模拟不可入渗光滑下垫面径流冲刷试验,讨论了5种刚性植被空间配置模式(行状、品字状、上部密集型、下部密集型、随机型及裸坡对照)的坡面水动力学特性。试验共在10组流量(0.2,0.3,0.4,…,1.1L/s)下冲刷,结果表明:植被的配置对坡面流水动力学参数影响显著。各刚性植被对坡面流流速抑制最大的是品字状的配置(平均流速0.689m/s),效果最差的是下部密集型的配置(平均流速0.568m/s)。坡面流阻力最大的是品字状配置(f=1.181)。各种配置类型下坡面流流态为过渡流-紊流态,配置模式不同对雷诺数影响远远小于流量对雷诺数影响。各配置模式下水深与流量的关系呈显著线性正相关(R20.99),流速随流量的变化关系为对数增加(R20.9),雷诺数与流量呈线性增加(R20.98),弗汝德数随流量的增加呈对数减少的趋势(R20.88)。     

秸秆覆盖对三峡库区坡面侵蚀的影响

[目的]分析农作物秸秆不同覆盖处理对坡面产流、产沙影响,为三峡库区坡耕地水土保持措施优化提供技术支持。[方法]利用人工模拟降雨技术,分析了5种不同雨强下不同秸秆覆盖处理的径流、泥沙过程。[结果]坡面覆盖秸秆能推迟坡面初始产流。在小雨强时,秸秆覆盖推迟初始产流显著,但随着雨强的增加,推迟初始产流的作用降低。在坡面下坡段覆盖秸秆推迟初始产流效果优于在坡面上坡段覆盖秸秆。对于产流产沙而言,在坡面上坡段覆盖秸秆与无覆盖差异不显著,但在坡面下坡段覆盖秸秆时径流模数和侵蚀模数为无覆盖的61.57%~69.1%和14.54%~18.31%,且减少地表径流和泥沙流失效果优于在坡面上坡段覆盖。秸秆覆盖后土壤流失比(SLR)介于0.022~0.611之间,且随着覆盖率的增加而降低,在坡面下坡段覆盖秸秆SLR值在上坡段的1/4。[结论]合理选择农作物秸秆在坡面覆盖的坡位及覆盖度,能有效降低坡面产流与侵蚀产沙,产生较好的水土保持效应。     

坡面流水动力学参数对土壤分离能力的定量影响（简报）

利用变坡试验水槽,在较大流量（0.5～2.0 L/s）和坡度（0～50%）范围内,详细研究了水深、平均流速、雷诺数、佛汝德数和阻力系数对土壤分离能力的定量影响,旨在得到估算土壤分离能力最简单的方法。研究结果表明：坡面流土壤分离能力与水深、平均流速间均呈显著的幂函数关系;土壤分离能力与水流流态密切相关,与水流佛汝德数相比,水流雷诺数与土壤分离能力的关系更密切;土壤分离能力与水流阻力间呈良好的幂函数关系。研究结果表明,平均流速是预测土壤分离能力的最佳参数。研究结果对于理解土壤侵蚀机理,建立土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。     

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)。     

不同覆盖位置下草地坡面水流路径长度变化特征

为深入探索植被覆盖及其格局的减水减沙的水动力学过程及其机理,该研究利用室内放水冲刷试验,分析了不同植被盖度及其覆盖位置在不同冲刷流量下水流路径长度的变化,以及水流路径长度与植被覆盖度、水动力学参数和产流产沙量之间的关系,探讨坡面水流路径长度作为表征植被格局参数的可行性。结果表明：1）植被覆盖度可有效影响水动力参数的变化,并且随着植被覆盖度的增加,流速和单位水流功率呈线性减小趋势（P<0.01）;而糙率系数、阻力系数和径流剪切力则呈指数增加趋势（P<0.01）。坡面水流受阻可能性增加,动能减弱,进而导致产流产沙量不断减少,并且冲刷流量越大,减小幅度越大。2）在不同冲刷流量下,水流路径长度与植被覆盖度、水动力参数和产流产沙量之间均存在显著的相关关系（P<0.01）。同时随着水流路径长度的增加,一方面,流速和单位水流功率呈对数式上升,坡面水流动能增强;另一方面糙率系数、阻力系数和径流剪切力分别呈对数式和指数式减小,坡面阻滞能力下降,水流侵蚀力增强。最终导致坡面侵蚀状况发生变化,产流产沙量呈对数式增加。因此,水流路径长度可作为反映植被减水减沙的动力学过程和预测坡面产水产沙的参数之一。该研究为深化理解植被格局与水文连通性的作用关系,建立合适的植被格局表征和植被减蚀效应评价提供依据,以期增强地区生态环境的质量和稳定性,为现代化农业发展,特别是保障农业生产环境做出贡献。     

草被覆盖下坡沟系统坡面流能量变化特征试验研究

坡面侵蚀是水流能量作用的结果．草本植被对坡面流能量的作用有重要影响．研究坡沟系统坡面草被不同盖度及空间配置下坡面流能量的变化过程与特征．对于揭示草被减蚀作用机理有重要意义。本文利用实验土槽和放水冲刷试验方法．研究了2种流量（3．2L／min和5．2L／min）．坡面5种草被盖度（0,30％,50％．70％和90％）及3种空间配置（坡上部、坡中部、坡下部）下,坡沟系统坡面径流能量的变化过程与特征。结果表明,有草断面比无草断面下的径流动能、势能普遍偏小．变化幅度也较平缓;各断面能耗时间上呈下降一稳定的变化趋势．空间上随着径流流程的增加呈显著增加趋势;坡面流能耗变化过程与径流含沙量变化过程基本一致,裸坡情况下二者关系更为密切。     

黄土丘陵沟壑区浅沟水流水动力学参数实验研究

浅沟侵蚀是黄土丘陵沟壑区重要的侵蚀类型,浅沟水流的水动力学参数研究是建立浅沟侵蚀物理模型或概念模型的基础。以黄土丘陵沟壑区延安市燕儿沟小流域的坡地为对象,通过野外放水冲刷实验,对浅沟水流的水动力学参数变化特征进行研究。结果表明：浅沟水流属于紊流范围,大多数情况下是急流;在坡度18°左右时,携沙水流的流速最小,阻力最大,此时水流的能量分配在侵蚀与携沙之间达到平衡;浅沟水流在坡度26°左右时流速达到最大,水流功率达到最大,最利于浅沟侵蚀的发生和发展。研究结果可为黄土区浅沟侵蚀物理模型的建立提供理论支撑。     

黄土坡面细沟形态变化及其与流速之间的关系

研究细沟的形态变化特征是认识细沟侵蚀的重要基础,细沟发育过程中细沟形态变化与水流动力学特性之间存在相互影响和相互作用的关系,研究细沟发育过程中细沟形态与水动力学之间的关系,有利于更好地了解细沟侵蚀过程和侵蚀机理。该研究通过室内人工模拟降雨试验,对黄土坡面细沟发育过程中的细沟形态变化及其与流速的关系进行了研究。结果表明:坡面侵蚀过程呈明显的阶段性,坡面细沟形态变化过程与坡面径流含沙量的变化情况基本一致;坡面跌坎发生的临界流速为0.19~0.21 m/s,当坡面径流流速大于这个临界值的时候,坡面会出现跌坎;细沟发育初期,细沟间的距离一定程度上影响细沟的分布,最早出现的细沟之间不会再出现新的跌坎,这一间距范围在12.5~17.5 cm之间;细沟侵蚀过程主要以下切侵蚀和溯源侵蚀为主,沟壁坍塌的侵蚀作用相对较小;细沟流速随时间的变化大致呈先增后减的趋势,细沟流速随细沟宽度的增加而显著减小,这一趋势在4 m坡段尤为明显,二者之间存在显著负相关关系(r=-0.348,P=0.04)。受试验条件所限没有研究细沟深度和流速等其他水动力学参数,以后需要不断改进试验方法来准确测量流速、水深等指标,进一步研究细沟发育过程。     

坡面流侵蚀水动力学特性研究综述

从坡面流的水动力学特性、坡面流水动力侵蚀特性、坡面流侵蚀输沙特性三个方面评述了国内外关于坡面流侵蚀研究的成就与进展、存在的问题和有待突破的研究重点,指出应通过理论分析与试验相结合的方法,加强对坡面流水动力学问题的研究,尤其是对坡面流的流态、坡面流紊动机制以及坡面流流速分布、水流挟沙能力、阻力的理论表达等开展重点研究,以便为坡面径流侵蚀模拟理论与技术的发展提供支撑。     

不同植被盖度下的黄土高原土壤侵蚀特征分析

利用地理信息系统(GIS)技术对黄土高原土壤侵蚀空间数据和植被盖度等级数据进行了空间叠加,研究不同盖度的植被对土壤侵蚀的影响。结果表明:植被盖度等级为1时,黄土高原土壤侵蚀全部为水蚀,占整个土壤侵蚀的100%;植被盖度等级为2时,土壤侵蚀主要以水蚀为主,占整个土壤侵蚀的95.61%;植被盖度等级为3、4、5时,土壤侵蚀仍主要以水蚀为主,分别占整个土壤侵蚀的74.90%、66.68%和58.19%。冻融侵蚀出现在植被盖度等级为4和5时,占整个土壤侵蚀的比例均不大。随着植被盖度的增加水蚀所占比重逐渐减小,而风蚀、水?风混合侵蚀和冻融侵蚀所占比重逐渐加大。植被盖度等级为5时,水蚀、风蚀和水-风混合侵蚀的土壤侵蚀指数均比其他植被盖度等级的土壤侵蚀指数大,分别为657.56、796.68和596.79,土壤侵蚀最严重。黄土高原植被盖度变化对土壤侵蚀状况影响显著。     

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。     

绿肥阻控贵州山区坡耕地水土流失的应用

通过田间试验,研究绿肥阻控坡地水土流失,对土壤覆盖度、土壤侵蚀量、土壤水分及作物产量的影响,探索利用绿肥阻控坡地水土流失规律及技术。结果表明:种植和翻压绿肥能减少地表径流和土壤侵蚀量,提高旱坡地覆盖度,与对照组相比,苕子—玉米+菜豆模式在雨季减少地表径流62.6%,减少土壤侵蚀量78.4%,提高旱坡地覆盖度52.1%~66.7%。与对照相比,苕子—玉米处理玉米籽粒增产35.3%,秸秆增产34.1%,苕子—玉米+菜豆处理玉米籽粒增产25.8%,玉米秸秆增产39.7%,同时收获菜豆814.5kg/hm2,菜豆杆1 006.5kg/hm2。种植和翻压绿肥能够在雨量充沛时,减少水土流失,增强土壤的蓄水能力,雨量较少时能促进土壤提供作物水分,最终使得作物增产。