地表覆盖对坡面流流速影响的模拟试验

植被覆盖对坡面流流速的影响,会引起坡面输沙特征的改变,但在陡坡条件下盖度与流速的响应关系尚不明确.针对目前国内外研究的不足,本研究采用变坡实验水槽在较大坡度(5°～ 25°)、流量(0.25 ～2 L/s)和盖度(0％～25％)范围内,系统研究了坡面流平均流速与盖度、坡度、流量之间的关系.结果表明:坡面流流速在0.15～ 1.35 m/s内变化,流速与盖度、坡度和流量关系密切.随着地表模拟盖度的增加,水流克服覆盖物的阻碍作用而消耗的能量越多,水流流速随之减小.随着坡度和流量的增加,坡面流重力势能与水流动能增加,因此流速随坡度和流量呈幂函数增加.通过统计回归发现,盖度对流速的影响最大,占45％左右,坡度和流量次之.三个因子可以较好模拟陡坡、定床条件下水流流速(R2 =0.93).研究结果有助于认识陡坡地表覆盖下坡面流的水动力学特性,为建立土壤侵蚀过程模型提供理论基础.     

染色法测量坡面流流速的最佳测流区长度研究

染色法是测定坡面流流速最常用的方法,但对测流区长度的选择没有统一标准.统一测流区长度不仅能减少流速测定误差,还能提高不同试验间的可比性.本文采用室内变坡水槽试验,用染色法测量表面最大流速并计算平均流速时,选择6个常见测流区长度,以流量法计算的平均流速为参照值,选取5个统计参数(RRMSE、RE、NSE、R2、MAE)作为评价指标,将不同测流区长度下染色法与流量法所获得的平均流速进行比较,分析染色法测量坡面流流速的最佳距离.研究结果表明:当测流区长度为2m和3m时,RRMSE都较小;在2m处,RE、MAE达到最小,NSE、R2最接近1,此时染色法测定的流速与流量法计算的流速最为接近.因此,用染色剂法测量坡面流速度的最佳距离应选在2m.     

坡面含沙水流水动力学特性研究进展

坡面流是坡面侵蚀的主要动力之一,具有独特的水动力学特性。本文对坡面含沙水流的流态、阻力系数、流速的测量与计算、径流能量以及含沙量对以上参数的影响进行了系统深入的论述。表征坡面流流态的参数有雷诺数与弗汝德数,雷诺数研究的分歧点一般存在于对其“层流”的界定上,降雨扰动是造成其流态特殊性的主要原因,一般认为裸土上的清水坡面流弗汝德数大于1,较少的研究含沙水流流态的资料表明,目前对含沙水流雷诺数的观点不一,但多数学者认为含沙水流属于缓流范畴;不同坡面试验所获得的阻力系数值不同,影响阻力系数的因素有雷诺数、水深、弗汝德数、含沙量等,在含沙水流中,阻力系数与雷诺数、水深的关系复杂,与弗汝德数呈负相关,随含沙量的增加而增大;测量坡面流流速的方法很多,各自存在优缺点,精密仪器暂不适合量测含沙水流,用染色剂法测量坡面含沙水流的流速具有一定的可行性,常采用坡度、流量的幂函数计算坡面流流速,一般认为流速与含沙量呈反比;能量是坡面流水动力学特性的综合体现,一般认为随着含沙量的增加,坡面流能量消耗呈增加趋势。在此基础上提出了目前研究中存在的不足之处,为分析坡面侵蚀机理、完善坡面侵蚀模型提供理论依据。