岔巴沟流域次暴雨坡面土壤侵蚀经验模型

坡面土壤流失预测、水保效益评估,无不需要坡面侵蚀模型。本文以岔巴沟流域坡面径流场降雨水文资料为基础,建立了次侵蚀性降雨坡面土壤侵蚀模型、次降雨坡面细沟侵蚀模型,并对各模型的精度进行了分析。结果发现模型具有较好的预报精度,对大侵蚀产沙事件预测很准;坡度、最大10分钟雨强、植被覆盖度是影响次侵蚀性降雨主要因子,坡度、最大10分钟雨强、降雨量是影响细沟侵蚀主要因子,植被覆盖对细沟侵蚀产沙影响很小。     

坡面侵蚀过程中细沟水流动力学参数估算探讨

细沟侵蚀是坡面侵蚀的主要方式 ,在坡面侵蚀产沙及其输移过程中占有重要的地位和作用。通过放水冲刷试验 ,测定并研究了坡面细沟中径流的水力要素特征及其相互关系。试验中坡度采用 6° ,10°,12°和 15°共 4级 ,径流流量变化控制在 40～ 5 0 0ml/s之间。结果表明 ,黄土陡坡上细沟径流的流速、过水断面宽度 ,以及径流深都能表示成径流量和坡度的函数。在确定坡面细沟流各水力要素间关系指数的基础上 ,探讨了用径流量和坡度因子估算细沟径流水力参数的方法。经用实测资料验证 ,在实验土壤及流量、坡度条件下 ,用文中提出的方法估算的细沟径流深具有一定的精度。     

紫色土坡面降雨侵蚀试验研究

坡面水蚀的主要侵蚀动力来自降雨及其产生的地表径流,将坡面水蚀过程分为降雨侵蚀和径流侵蚀,可以从侵蚀动力、侵蚀特征差异与侵蚀规律等方面研究坡面水蚀过程与机理。应用人工模拟降雨及微小区测定技术,以大田紫色土为研究对象,模拟和测定不同雨强与不同坡度条件下降雨侵蚀过程和侵蚀量,揭示以降雨为主要动力的土壤降雨侵蚀特征和规律。研究结果表明：(1)小雨强(＜67．26 mm/h)下,紫色土坡面降雨侵蚀率具有稳定性,随着降雨历时的增加变化微小；大雨强(106．57 mm/h)下,降雨侵蚀率随降雨历时增加呈上下波动；(2)紫色土降雨侵蚀率与降雨强度呈线性相关,随降雨强度增加而直线增加；(3)降雨侵蚀率与坡度符合二次抛物线关系,随坡度的增加出现临界坡度,且临界坡度随雨强的变化而改变。在中小雨强(18．06～67．26 mm/h)条件下,临界坡度SK的变化范围在17°～19°。在大雨强条件下,临界坡度有逐渐增大的趋势；(4)当坡度与雨强共同影响产沙效应时,坡度对降雨侵蚀的影响较小,雨强能掩盖坡度对产沙的贡献。     

典型黄土坡面土壤侵蚀特征及径流流速空间变化试验研究

为了明确土壤性质对坡面侵蚀方式作用机制的影响,本研究采用室内模拟降雨试验,选取黄土高原典型暴雨强度,在不同坡度条件下,对两种黄土的坡面侵蚀方式、形态特征、产流产沙过程及其相应径流流速的变化规律进行了研究。结果表明,绥德土径流量明显高于安塞土,10º、15º和20º时前者的平均径流量分别比后者高出51.1%、55.5%和63.0%,且前者更易形成细沟,使得其平均含沙量和平均产沙率分别是后者的1.14~3.59倍和2.50~8.48倍。在片蚀阶段,与绥德土相比,安塞土的含沙量较高,后者的平均含沙量是前者的1.24~1.73倍,但两种土壤的含沙量和产沙规律相同,均表现为先快速增加到最大值,然后逐渐降低到相对稳定状态,该现象证明片蚀的初期阶段主要受控于径流输沙能力,后期受径流的剥蚀能力控制。在细沟侵蚀阶段,绥德土细沟发育以沟头溯源侵蚀为主,崩塌作用频繁,该侵蚀形式不仅控制着细沟形态的总体特征,也导致含沙量和产沙率均急剧增加,该阶段平均含沙量是相应片蚀阶段的3.25~4.34倍。细沟沟口下方坡面存在明显的泥沙沉积带,表明细沟集中水流的搬运能力远高于坡面漫流,细沟侵蚀主要受径流输沙能力控制。两种土壤的径流流速均表现为坡面下部高于坡面上部,径流稳定后高于径流稳定前,总体来看,绥德土和安塞土上坡和径流稳定后的平均流速分别是下坡和径流稳定前的1.4倍、1.25倍和1.75倍、1.29倍,此外细沟侵蚀或侵蚀强度与微地貌形态之间的互馈作用对径流流速也有较大影响。     

黄土坡面发育平稳的细沟流水动力学特性

由于天然降雨存在间歇性,常会出现前期降雨已经发育成型的细沟又经历了二次降雨的情况,但目前对这一条件下细沟流水动力学特性的研究还很少。本文采用室内人工模拟降雨的方法,通过间隔24 h两场不同雨强的降雨,研究黄土坡面经过第一场降雨形成比较稳定的细沟之后,在第二场较小雨强降雨过程中,细沟发育平稳时的流水动力学特性。研究结果表明:①细沟流速大小受坡长影响并不显著,相同坡度下不同坡长的细沟流平均流速差别不大;细沟流速受细沟形态影响较大,25°坡面比20°坡面细沟密度大,流速相对较小;②剪切力大小受流量和坡度共同作用;雷诺数与水流剪切力呈显著正相关关系,弗洛德数与水流剪切力则呈显著负相关关系;③随着距坡顶距离的增加,阻力系数呈增大趋势;第二次降雨强度相同,坡度大的坡面上阻力系数也较大,可见阻力系数与径流量和坡度的关系十分紧密;阻力系数与雷诺数之间呈显著正相关关系,雷诺数的增加意味着平均流速增大,水流强度增大导致细沟形态更为复杂,水流受到的阻力增大;虽然雷诺数增加同时也意味着水流深度增大,但从试验结果可见,陡坡条件下阻力系数受流速的影响较大。     

坡面径流冲刷及泥沙输移特征的试验研究

通过室内放水冲刷试验,对坡面细沟侵蚀发生的临界条件、细沟发展过程中的侵蚀产沙特征、以及影响细沟侵蚀产沙的因素进行了分析研究,得出了试验土条件下产生细沟的临界流量与坡面坡度的关系式.在分析产沙变化的基础上,探讨了细沟侵蚀量随径流量和坡面倾斜度的变化规律.     

黄土坡面不同侵蚀带侵蚀产沙关系及其机理

黄土梁峁坡面土壤侵蚀具有明显的垂直分带性,不同侵蚀带具有各自的侵蚀产沙特点,且彼此相互影响,坡面侵蚀产沙分配受降雨强度和降雨能量的制约,随着雨强和降雨能量的增加,坡面侵蚀产沙量的最大部位由细沟侵蚀带向浅沟侵蚀带过渡,坡面侵蚀产沙强度变化的本抽为侵蚀方式的演变,坡面复合侵蚀带的径流模数明显小于对应的单一侵蚀带径流模数,而其侵蚀模数则明显大于对应的单一侵蚀带侵蚀模数,溅蚀片蚀带的来水来沙可吏细沟侵蚀带     

降雨作用下红土型坡面径流特性与土壤侵蚀的关系研究

针对云南红土型坡面和一定的雨强、坡度,运用人工模拟降雨水槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法,揭示降雨作用下云南红土型坡面径流的水动力学特性及红土干密度、坡面侵蚀模数与坡面径流剪切力之间的关系。结果表明:(1)坡面径流平均流速随坡面径流历时呈先逐渐增大后趋于稳定的变化趋势,且坡面径流的平均流速随红土干密度的增大而显著增加。坡面径流平均流速与单宽流量呈幂函数关系(R~2=0.996)。(2)坡面径流平均水深随径流历时也呈先上升而后趋于稳定的变化过程,且干密度越大,平均径流水深也越大,平均径流水深与单宽流量也呈幂函数关系(R~2=0.996)。(3)在试验条件下,坡面径流流态属层流急流流态。(4)在试验条件和干密度一定的条件下,坡面侵蚀模数随径流剪切力的增大而增大,二者之间呈线性关系,当干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4 g/cm~3时,R~2最小为0.816,最大为0.945;坡面红土的临界剪切力分别为0.482,0.510,0.556,0.586,0.656 Pa。坡面径流特性受多种因素的联合作用,坡面侵蚀模数及红土临界剪切力与坡面径流特性和土壤自身特性密切相关。     

细沟侵蚀影响因素和临界条件研究进展

细沟侵蚀是坡耕地时常发生的一种侵蚀形式.细沟侵蚀对坡面土壤侵蚀产沙有重要贡献,而且是坡面侵蚀由面蚀向沟蚀发展的过渡.本文分析了细沟侵蚀影响因素和临界条件研究取得的进展和存在的不足.影响细沟侵蚀的主要因素有降雨径流、土壤、地形、土壤表面特征和土地管理等因素,其中,前4者有多种指标来表征其效应,而土壤表面特征的影响还处于定性研究阶段.坡面需要达到特定的临界条件才可能发育细沟,细沟发生临界条件的研究主要从临界径流条件、临界土壤条件和临界地形条件等角度出发,各临界条件并非定值,而是关乎其他因素的综合指标.最后,本文对今后细沟侵蚀影响因素和临界条件研究可能的研究内容和方向进行了展望.     

不同坡面植被空间布局对坡沟系统产流产沙影响的实验

植被在有效控制水土流失、改善生态环境中具有重要作用。为探讨坡面不同植被覆盖度、不同植被空间布局对坡沟系统侵蚀产沙的影响,以4 m长坡面(坡度为20°)和3 m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统为研究对象,采用不同放水流量(3.2 L/min、5.2 L/min)的放水冲刷实验,研究了不同放水流量、不同植被覆盖度、不同植被布设部位对坡-沟系统及沟坡侵蚀产沙的影响。结果表明,在实验条件下,不同植被布设部位在相同放水流量、相同植被覆盖度条件下对坡沟系统侵蚀产沙有明显影响,而对产流量无明显影响;沟坡部分侵蚀产沙量不随坡面植被覆盖度的增大而减小,相反呈增大趋势。说明在实验条件下,对坡沟系统而言,仅在坡面部分布设植被,尽管能在一定程度上减少坡沟系统侵蚀产沙,但并不能有效减小沟坡部分的侵蚀产沙,甚至引起沟坡部分侵蚀产沙的增大。因此,水土流失治理过程中采取有效措施进行坡沟兼治将是减少水土流失的有效手段。     

紫色土坡耕地细沟发育的形态演变

研究细沟发育的形态演变规律是认识细沟发生机理的前提,本研究通过人工降雨与微地貌扫描相结合的方法,调查了紫色土坡耕地细沟发生过程的形态演变特征.采用三维激光扫描仪扫描不同降雨时段坡面,生成高精度坡面DEM图像,统计各时段不同坡段等高线偏离度,量算坡面凹陷区的表面积、周长、直径以及沟头下切深度;结果表明,等高线偏离度越大细沟发育越完全,有细沟发生坡面等高线偏离度是无细沟坡面的1倍以上;凹陷区的表面积、周长、直径相对于单位降雨量的扩展速率均在细沟贯穿时段出现最大值;跌坑位置与坡面水平起伏关系不明显,统计的3条沟头分别发育于水平方向起伏的最高点、中间点和低点;跌坑下切深度及其单位降雨量的扩展速率在跌坑贯穿形成细沟时段出现最大值,之后逐渐降低,说明跌坑的形成是细沟造床的关键.     

细沟侵蚀中泥沙含量及其粘粒流失量的试验

通过室内模拟试验，对细沟侵蚀中不同坡度和不同流量条件下一定坡长的泥沙含量及其粘粒含量进行了测定。分析试验结果表明，含沙量随着坡度增加而增加，而流量影响极小；随沟长的延伸，由于径流速度趋于稳定，含沙量增加幅度减少。粘粒流失量分布是坡度、流量、细沟发育过程、流速的垂直分布等因素共同作用的结果；粘粒迁移伴随着土壤剥蚀和粘粒沉降，使得不同流量的粘粒流失量相近，粘粒流失量沿细沟沟长呈波状分布。     

黄土坡面细沟侵蚀过程的REE示踪

利用REE示踪技术探讨了坡面细沟侵蚀的发育过程。试验结果表明：在细沟发育过程中，各坡段细沟侵蚀量呈动态变化趋势；细沟发育过程可以分为起始、发展、稳定3个阶段，在不同阶段，侵蚀方式、发育特征迥异。总的看来，在坡顶部、上部、中部、下部4个坡段上，细沟发育过程中，坡面下部的侵蚀量较大。但随着放水流量的增加，坡面上部侵蚀量的比重增加。由于溯源侵蚀，最下部坡段的相对侵蚀量从92％减少到37％，呈显著下降趋势，其它3个坡段则分别从4．7％、0．25％、2．14％增加到29％、17％和23％。试验结果还表明，REE示踪法不仅可定量测定不同坡位的侵蚀量，还可以揭示冲刷过程中各坡位相对侵蚀量的变化趋势。     

黄土坡面细沟侵蚀发生的临界条件

通过玻璃水槽试验和径流冲刷试验，研究了坡面径流的流速分布和坡面细沟侵蚀发生的临界条件。研究表明：径流在坡面上并非是以均匀流形式运动，而是以滚波的形式运动的，同时本文运用能量守恒原理分析了坡面土壤侵蚀率（Dr）与径流能耗（△E）之间的关系，建立了给定土壤条件下坡面土壤侵蚀率估算模型：Dr=0.0026（In△E-2）。结果表明坡面土壤侵蚀的发生具有一定的临界能量条件，当径流能耗大于7.38（J）时坡面开始有细沟侵蚀发生。     

一种基于线结构光技术的细沟形态测量系统

细沟侵蚀形态的准确测量对解释坡面侵蚀产沙机理、促进侵蚀预报模型发展具有重要意义。基于线结构光技术在实验室可移动水槽上设计了方便组装拆卸、扫描配置灵活、亚毫米级精度的细沟侵蚀形态快速测量系统,摄像机-激光器夹角、扫描速度灵活可调。本研究中,有效测量范围为4.6 m×1.0 m,当摄像机-激光器夹角为25°、扫描速度为10 mm/s时,横断面方向、扫描方向、垂直方向实测分辨率平均分别为0.44 mm、0.50 mm、0.51mm,横断面、垂直方向测量值绝对误差平均值分别为0.22 mm、0.16 mm,测量性能优于前人研究结果。同时,坡面细沟测量实例表明本系统测量结果准确、可靠,在土壤侵蚀相关领域中具有较高的实用价值。     

人工模拟降雨下细沟与细沟间流速的沿程分布

径流流速不仅是坡面径流的重要水动力学特性,而且是计算其他水力特性及侵蚀产沙的重要参数,本文目的在于研究坡面细沟流和细沟间薄层水流流速沿坡面的变化过程,比较细沟和细沟间径流流速的差别。实验选取1m、2．5m、4m、5．5m、7m、8．5m和10m共7个坡长的小区（均为5。）,装填粉壤土,采用历时2h、总雨量121mm的变...