山前洪积扇坡面细沟侵蚀跌坑特征的试验研究

跌坑的出现是坡面侵蚀过程中的重要现象,标志着细沟侵蚀正在发育,跌坑的贯穿标志着细沟的形成。采用土槽冲刷模型试验,选取流量、坡度、冲刷时间和坡面形态作为影响跌坑发育的因子结合正交试验调查了不同试验条件下跌坑发育特征及影响因素。结果表明：影响跌坑发育的因素主次为冲刷时间、流量、坡面形态、坡度;跌坑沿坡面连续分布,深度具有波动性,沿坡向下呈现先增大后减小的趋势,最大值一般发育在坡面中部;根据跌坑的发育特征将坡面细沟侵蚀划分为片蚀、细沟雏形、细沟发育和细沟调整四个阶段;坡面细沟侵蚀跌坑深宽积与土壤侵蚀量具有较显著线性关系。研究结果对输油管线水毁及水土流失防治具有一定的参考价值。     

紫色土坡面水流跌坑形态特征及其成因

跌坑的形成是坡面侵蚀过程中的重要一环,是细沟开始出现的临界形态,跌坑的贯穿标志着细沟的形成。本研究采用模拟降雨与微地形测量相结合的方法,调查了不同雨强下紫色土坡面跌坑的发育过程及其形态分布。试验结果表明,降雨初期紫色土坡面水流跌坑边界模糊,横断面上跌坑基本在相同水平线上,与紫色土颗粒组成较粗有关;1.83～2.33 mm/min的雨强下,顺坡跌坑平均间距变化于8.2～9.4 mm之间,跌坑深度顺坡分布呈现较大的波动性,平均深度介于1.4～1.8 cm,总体上随雨强呈增大趋势;横断面上跌坑宽度变化相对较大,平均宽度介于9.4～16.3 cm,随雨强变化趋势不明显;跌坑水平间距除边界外相对稳定,地势低洼处优先形成跌坑,但也并非尽然;基于运动波理论分析认为,紫色土坡面跌坑的连续分布是坡面流运动波的能量周期性波动作用形成。     

黄土陡坡裸露坡耕地浅沟发育过程研究

根据黄土陡坡地浅沟地形特征参数,在室内人工建筑浅沟发育初期的雏形模型,研究浅沟发育不同阶段沟头溯源侵蚀、沟壁扩张和沟槽下切变化规律,分析浅沟侵蚀对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明,浅沟发育不同阶段对应于不同的浅沟侵蚀过程。浅沟发育初期,沟头溯源侵蚀、沟壁扩展和沟床下切均相对活跃,且溯源侵蚀速率大于沟壁扩张速率和沟床下切速率;浅沟发育中期,以沟槽下切和沟壁扩张为主;浅沟发育后期,以沟壁扩张为主,但沟壁扩张速率明显小于浅沟发育的初期和中期阶段。浅沟发育初期和中期阶段,浅沟侵蚀量占总坡面侵蚀产沙的58%;浅沟发育后期,浅沟侵蚀量占总坡面侵蚀产沙的26%~59%。     

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。     

坡长对坡耕地侵蚀产沙过程的影响

模拟降雨试验结果揭示出随着坡长增加,径流与侵蚀产沙量越大。当坡长小于１５ｍ时,累积侵蚀模数与降雨历时关系明显呈线性,其斜率随坡长增加而渐陡,当坡长大于１５ｍ时,累积侵蚀模数与降雨历时明显是非线性关系;坡长是导致细沟侵蚀的重要因素。细沟发育时,其侵蚀产沙量大约是坡面或细沟间的２－５倍;当细沟趋于稳定时,与无细沟发育的坡面水流含沙量值类似。在４０ｍ坡长小区,其单位时间侵蚀模数与２５ｍ坡长小区无明显差异,水流含沙量并无明显增加,显示出当坡长大于临界坡长时的变化过程规律。利用等高植物篱或等高地梗减少坡长有效值,可以大大降低单位面积上的土壤流失量。     

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.     

紫色土坡地侵蚀产沙过程的~7Be法初探

利用环境放射性核素示踪技术研究土壤侵蚀是传统土壤侵蚀监测技术的重要补充手段。宇宙成因核素7Be具有半衰期短和在表土分布浅等特点,能够用于指示短时间尺度的坡面侵蚀堆积过程。采用7Be技术与泥沙颗粒分析相结合,定量判读了模拟降雨下紫色土坡面侵蚀过程演变。结果表明,对于20°坡面,7Be法指示的坡面侵蚀方式转折点与侵蚀泥沙颗粒变化得到的结果基本一致。7Be在表征侵蚀过程演变时具有独特的优势,可以将坡面片蚀发育过程随降雨时间的变化明显地识别出来。这对防治坡面侵蚀,特别是细沟侵蚀的发生具有重要意义。     

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。     

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     

Water table control on rill initiation and implications for erosional response

On sloping sandy agricultural soil sites near Toronto, Canada, summer storms adequate to generate runoff occur frequently, but rill development occurs mainly in spring when snowmelt or rainfall-induced runoff occurs above frozen subsoil. This suggests that on low and moderate slopes on these soils rill initiation is controlled primarily by hydraulic impedance close to the surface, rather than critical hydraulic conditions in runoff. Laboratory flume experiments were carried out on 10 m slopes at 1.5°, 5° and 9° with loamy sand/clay composite soil sample to test this hypothesis. Runoff with hydraulic conditions adequate for rill initiation occurred rapidly in most tests, but on 1.5° and 5° slopes little knickpoint scour or sediment transport occurred before water table development. This coincided with reduced surface soil strength, knickpoint scour and marked increase in sediment discharge, particularly on 5° slopes where increase was 20- to 30-fold. Further increase in sediment discharge occurred when water tables reached the surface. On 9° slopes runoff occurred more quickly, with higher hydraulic values. Significant rill incision and sediment discharge occurred well before water table development, and ultimately reached much higher values than on lower slopes. Results show that soil erodibility can change dramatically over short time periods during storms due to soil moisture conditions, and that the presence of a hydraulic impedance close to the surface which causes a perched water table to develop can strongly influence rill incision and sediment transport. The influence is unlikely to be marked on soils which are very erodible regardless of moisture conditions, or on extremely resistant soils. It will also be limited on very gentle or steep sites, but can be a significant factor in rill development on intermediate slopes.     

灌丛沙堆的研究进展与意义

灌丛沙堆是一种重要的风积地貌类型。在阐明灌丛沙堆分布规律、基本特征的基础上,着重论述了沙源、植被、风况等三个主要因素在灌丛沙堆地貌发育过程中所起的作用,总结了灌丛沙堆形成演化各阶段的地貌特征。随着灌丛沙堆地貌研究的不断深入,灌丛沙堆在土地荒漠化监测与评价、区域环境演变研究等方面的应用日益被国内外学者所关注。     

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。     

Soil erodibility and processes of water erosion on hillslope

The importance of the inherent resistance of soil to erosional processes, or soil erodibility, is generally recognized in hillslope and fluvial geomorphology, but the full implications of the dynamic soil properties that affect erodibility are seldom considered. In Canada, a wide spectrum of soils and erosional processes has stimulated much research related to soil erodibility. This paper aims to place this work in an international framework of research on water erosion processes, and to identify critical emerging research questions. It focuses particularly on experimental research on rill and interrill erosion using simulated rainfall and recently developed techniques that provide data at appropriate temporal and spatial scales, essential for event-based soil erosion prediction. Results show that many components of erosional response, such as partitioning between rill and interrill or surface and subsurface processes, threshold hydraulic conditions for rill incision, rill network configuration and hillslope sediment delivery, are strongly affected by spatially variable and temporally dynamic soil properties. This agrees with other recent studies, but contrasts markedly with long-held concepts of soil credibility as an essentially constant property for any soil type. Properties that determine erodibility, such as soil aggregation and shear strength, are strongly affected by climatic factors such as rainfall distribution and frost action, and show systematic seasonal variation. They can also change significantly over much shorter time scales with subtle variations in soil water conditions, organic composition, microbiological activity, age-hardening and the structural effect of applied stresses. Property changes between and during rainstorms can dramatically affect the incidence and intensity of rill and interrill erosion and, therefore, both short and long-term hillslope erosional response. Similar property changes, linked to climatic conditions, may also significantly influence the stability and resilience of plant species and vegetation systems. Full understanding of such changes is essential if current event-based soil erosion models such as WEPP and EUROSEM are to attain their full potential predictive precision. The complexity of the interacting processes involved may, however, ultimately make stochastic modelling more effective than physically based modelling in predicting hillslope response to erodibility dynamics.     

临界细沟水力几何形态问题的研究

从分析细沟床面上切应力出发，在细沟全断面泥沙处于临界起动条件下，导出了细沟临界断面方程并讨论其水力几何要素的变化，进一步提出用细沟密度去分析坡地的土壤侵蚀程度．     

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。