基于径流侵蚀功率的流域次暴雨输沙模型研究——以岔巴沟流域为例

流域次暴雨侵蚀产沙模型研究是国内外土壤侵蚀研究的重点领域之一。提出了基于径流深和洪峰流量模数两个流域次暴雨洪水特征参数的径流侵蚀功率的概念;利用岔巴沟曹坪水文站1959至1990年间历年实测的次暴雨洪水径流泥沙资料,系统研究了该流域次暴雨径流侵蚀功率与流域输沙模数之间的相关关系,建立和验证了基于径流侵蚀功率的岔巴沟流域次暴雨输沙模型。结果表明,岔巴沟流域次暴雨径流侵蚀功率与流域输沙模数之间具有极显著的幂函数相关关系;模型验证期的次暴雨输沙模数模拟值与实测值之间具有较好的一致性。     

红壤坡面侵蚀发生的临界条件

采用可移动式降雨侵蚀槽进行放水冲刷试验,研究了红壤坡面侵蚀产沙强度与坡面径流能耗的关系,并分析得到土壤侵蚀发生的临界平均径流能耗值.研究结果表明:运用能量守恒原理得出坡面径流能耗,在4种不同坡度条件下,径流能耗越大,坡面产沙强度也越大;在径流能耗相同的情况下,坡度越大,产沙强度越大;建立坡面产沙强度(Dr)与径流能耗(△E)之间的关系,两者存在良好的线性关系:Dr=2.842 5△E-15.172,可用此进行坡面产沙强度的估算;土壤侵蚀发生存在有一定的临界径流能耗,在试验研究的范围内,可得到红壤坡面侵蚀发生临界平均径流能耗为5.34J/min.     

煤炭开采区废弃物堆置体坡面侵蚀特征的研究

本研究通过野外布设坡面径流小区观测点量测，采用多年平均侵蚀模数来定量描述煤炭开采区废弃物堆置体坡面侵蚀强度。并通过模拟径流冲刷实验研究了煤矸石、自燃煤矸石、煤矸石覆土三种堆置形式坡面产流和产沙过程、侵蚀特征及抗冲性能。以此为依据，提出了煤矸石排放工艺和废弃物堆置体坡面侵蚀防治的一些见解。     

坡沟系统侵蚀产沙及其耦合关系研究

利用变坡度坡沟系统模型和人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下的坡沟系统产流产沙过程,揭示了坡面沟道侵蚀产沙耦合特征。结果表明:坡沟系统累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着降雨时间的增大而增大。梁峁坡面来水径流量与沟坡净侵蚀量之间呈幂函数关系,梁峁坡面来水含沙量与沟坡净侵蚀量之间呈反线性相关。从水力学角度对坡沟系统单位水流功率与单宽输沙率的关系进行了分析,得出试验条件下的临界单位水流功率值为0.0043m/s,输沙率随单位水流功率的增大而增大。     

黄土坡面径流侵蚀泥沙的空间动态及其尺度关系

为认识近自然非治理状态下坡面系统径流侵蚀输沙的空间变化及其尺度关系,以黄土高原丘陵沟壑区团山沟集水区为例,筛选28次全坡面径流侵蚀产沙事件,选取或构建8类径流参量,建立了基于事件的尺度间的水沙关系,对径流泥沙动态进行量化描述。研究结果表明,输沙模数、平均及最大含沙量均在全坡面尺度达到最大值,变异系数则达到最小值。坡面土壤侵蚀防治应重点控制侵蚀能量的增长,改善侵蚀泥沙的输移条件,实现坡面系统的低输出平衡。     

流域侵蚀产沙过程随尺度变化规律研究

寻求不同尺度下侵蚀产沙过程的变化规律和普遍规律,是进行尺度转换的基础。本文以岔巴沟流域及其团山沟径流场实测水文数据为基础,探讨了不同尺度下流域径流过程、侵蚀产沙过程、水沙关系随尺度的变化规律。通过对峁坡、全坡面、毛沟、支沟、干沟的径流和泥沙分析表明,全坡面将流域径流过程、侵蚀产沙过程、水沙关系有机的区分开为坡面和沟道两种类型的变化过程,而全坡面又对毛沟的径流和泥沙起主导作用。     

黄土地区坡度与面状侵蚀产沙的研究

本文分析野外径流场观察资料表明,在其他条件相同或相似时,在暴雨条件下出现低坡度(14.68°)和高坡度(34.33°)面状侵蚀产沙少,介于两者之间的中等坡度(28.68°)面状侵蚀大的规律.在一些非暴雨的特殊性降雨条件下,出现了与之相反的规律,高坡度和低坡度坡面面状产沙较中等坡度的大的规律.根据黄土地区表层实际颗粒存在形式可建立三种面状产沙模式.这三种面状产沙模式理论上可以解释上述规律.     

黄丘区坡沟系统不同时间尺度下的侵蚀产沙特征

以黄土丘陵沟壑区桥沟流域坡沟系统为原型观测对象,利用流域内布设的不同地貌单元大型径流场定位观测设施,分析了坡沟系统不同地貌单元在年、次降雨时间尺度下的侵蚀产沙特征。结果表明,在年时间尺度上,不同地貌单元的侵蚀模数表现为：上半坡<下半坡<梁峁坡<沟谷坡<坡沟系统,水沙在不同地貌单元之间的传递中,径流输沙量往往小于径流输沙能力,径流侵蚀产生多少沙,就能输送多少沙;在次降雨时间尺度上,不同地貌单元侵蚀产沙的峰值可能出现在下半坡、沟谷坡或者坡沟系统,说明黄土丘陵沟壑区不仅在流域尺度上存在着非平衡输沙过程,在坡沟系统同样存在非平衡输沙现象。     

粗糙度对坡面侵蚀及泥沙分选性影响试验研究

为进一步揭示土壤侵蚀的内在规律,以某一试验小区为例,通过模拟不同地表粗糙度,分析了不同雨强条件下的坡面侵蚀产沙及泥沙颗粒粒径变化特征。结果表明:相同雨强和降雨历时下,粗糙度对坡面径流率、水流功率、径流含沙量和产沙率有显著影响;侵蚀泥沙的搬运形式与雨强和粗糙度均有关,而不同泥沙颗粒搬运方式是引起不同粗糙度坡面侵蚀产沙分异的重要原因。因此,坡面侵蚀产沙模型中应综合考虑地表粗糙度和泥沙粒径信息。研究成果可为水土保持规划设计和水土保持措施优化配置提供一定依据。     

坡面调控措施下的水沙输出过程及减流减沙效应研究

为了了解坡面调控措施对其产流、产沙过程的减流减沙效应,通过坡面上方放水冲刷实验,研究不同放水流量下20聚流坑调控措施和裸地坡面产流、产沙过程以及径流携带泥沙的作用机制,运用起流时间、调控度、产流速率、输沙率定性指标阐明了调控坡面减流减沙效应,建立了次降雨输沙模数与径流量之间的水沙关系。本研究提出了"用水减沙比"概念与计算式,定性描述了调控措施拦截的径流量与减少的侵蚀量之间的复杂关系,揭示聚流坑工程措施在调控坡面径流的同时对侵蚀产沙的影响机制。     

基于重塑黏性土冲刷试验的冲刷模型参数研究

黏性土体冲蚀特性研究是预防水工建筑物破坏的关键。采用冲蚀函数测定仪(EFA)对重塑黏性土进行冲刷试验。根据试验结果,对Wilson模型和过剪应力模型中冲刷参数之间相关关系进行了研究,并分析起动切应力与含水量、干重度和黏聚力之间的关系。此外,使用决定系数R²和归一化目标函数NOF对2种模型的拟合优度进行了评价。试验结果表明:2个模型的冲刷参数之间具有较好的相关性;已知一个冲刷参数,即可通过回归方程得到其余冲刷参数;并且起动切应力与含水量、干重度和黏聚力呈线性关系。Wilson 模型的R²和NOF优于过剪应力模型,因此Wilson模型预测黏性土的合理性和准确性均高于过剪应力模型。     

论黏土起动机理

首先从切应力和吸应力的角度,通过受力分析发现散体泥沙起动的主导因素是切应力;随后基于对黏性土起动现象的观察和对黏性土起动的试验研究,采用概化试验的方法试图诠释黏土与散体沙起动机理上的区别。试验证明了黏土起动中吸应力的存在,得到了垂线平均流速与吸应力的关系,并测得吸应力最大可达切应力的 941 倍。可认为吸应力是黏土起动的外在主导因素,黏土本身的抗拉强度是其抗起动破坏的内在因素。     

坡面颗粒侵蚀的水力学机理

坡面流作用下的颗粒侵蚀不仅导致严重的水土流失,同时也可能诱发严重的重力地质灾害如滑坡、泥石流等。研究其发生发展的机理以及内部理论规律对减灾防灾具有至关重要的作用。以水动力学公式为基础,从坡面颗粒侵蚀的水分环境角度入手,分析了浸泡状态下松散颗粒和固定颗粒的侵蚀机理,揭示坡面水流与坡面颗粒间的相互作用关系,给出各类型侵蚀发生所对应的临界条件。最后,通过实例计算验证了理论的合理性。     

水轮机沙粒磨损问题研究

在调查国内水电站水轮机沙粒磨损情况的基础上,对沙粒磨损水轮机的机理及影响磨损程度的因素进行了分析,并提出了预防沙粒磨损的措施。     

水库下游河床冲刷下切问题的探讨

建坝后水库下泄水流挟带的床沙质含沙量减少，坝下游河床出现冲刷。作者利用26条河流坝下游冲刷的资料，建立了深泓最大冲刷深度与建坝前后多年平均洪峰流量变化的关系。它可用来粗估坝下游河床的冲刷深度。     

黄河中游岩土侵蚀地质环境及侵蚀类型分析

通过岩土侵蚀地质环境条件及侵蚀类型调查研究，分析了黄河中游岩土侵蚀的主要地质环境特征，包括自然地理特征、易侵蚀岩土特征、地貌特征等。在此基础上，依据自然地理、地质环境特征及侵蚀动力特征，将黄河中游岩土侵蚀分为风蚀沙丘草滩型、风蚀水蚀盖沙黄土梁峁沟壑型、重力侵蚀水蚀风蚀片沙石质丘陵型、水蚀重力侵蚀黄土地貌型、重力侵蚀基岩山地型、河谷川道型、人力侵蚀矿业开采型等7种类型。     

倒虹吸管道腐蚀评估方法

倒虹吸是华北地区某输水明渠系统中的一个重要构筑物，倒虹吸管为钢结构，影响其使用寿命和可靠性的主要因素是腐蚀。结合我国华北地区地下倒虹吸管道腐蚀特点，提出了钢管腐蚀的分析方法。腐蚀面积的计算采用精确面积法、等效面积法和有效面积法。腐蚀面积的估算采用蒙特卡罗法。一般地可以利用管道历年来腐蚀缺陷尺寸数据(主要是腐蚀深度数据)，统计出管线的腐蚀速率分布，并基于可靠性理论对埋地管道的腐蚀剩余寿命进行预测。而管道剩余强度的计算则可依据文中公式计算。并进行了实例计算分析，在此基础上提出相应防护措施和建议。     

土壤侵蚀模数的移置与修正

在小流域水利工程设计计算中,普遍存在的问题是小流域上缺乏实测泥沙资料的情况.现介绍一种无资料地区水利工程设计泥沙侵蚀量计算方法,在移用泥沙资料时,首先对设计流域和参证流域的土壤性质、地形和植被等土壤侵蚀因子进行对比,对土壤侵蚀模数影响较大的因子进行修正.使移用的泥沙资料更符合设计流域的实际情况,可提高小流域设计中泥沙计算的精度,保证水利工程设计的质量.     

侵蚀劣地美化治理技术

侵蚀劣地的治理是山区科学治理的重中之重，本文以水土保持学、水土保持径流调控理论为指导，通过各种侵蚀劣地美化治理技术体系的研究，建立了治理侵蚀劣地与山区特色产业、绿色产业同步发展理论，综合治理后优化了农村产业结构，提高了土地生产率，推动了科技成果的产业化。