砾石作用下松散红壤堆积体坡面产流产沙特征

为了探究松散红壤工程堆积体在不同降雨条件下的径流产沙特性,基于野外调查统计结果构建堆积体试验槽模型,通过模拟降雨试验研究不同降雨强度下纯土和20%砾石含量堆积体的径流产沙的差异。结果表明：(1)砾石作用延缓堆积体坡面径流发生时间的平均滞后效益为299.56%;2种堆积体径流率随产流历时呈递增变化,随降雨强度增大,平均径流率递增34.48%～244.83%,土石混合堆积体平均径流率相较于纯土减少6.54%～45.83%,平均流速减少13.76%～30.54%。(2)降雨强度≤1.5 mm/min时堆积体侵蚀速率随产流历时总体缓慢递增或趋于稳定,土石混合堆积体平均侵蚀速率比纯土减少80.39%～84.95%;但在强降雨条件下（2.0 mm/min）纯土堆积体侵蚀速率呈快速增大后递减变化,土石混合堆积体侵蚀速率波动递增,且土石混合堆积体平均侵蚀速率比纯土增大20.04%。(3)降雨强度和砾石均会改变堆积体坡面径流产沙和流速,差异显著（P<0.05）且呈“水大沙多”的特点。研究结果可为堆积体水土流失防治措施布设提供指导,为建立工程堆积体土壤侵蚀预测模型提供基础数据。     

砾石对赣北红土工程锥状堆积体侵蚀规律的影响

以赣北红土为研究对象,通过组合不同砾石质量百分数(0%、10%、20%、30%)、不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5mm/min)的室内模拟试验,对开发建设项目中散乱锥状堆积体的产流产沙规律进行研究。结果表明,在相同降雨强度下,含砾石堆积体(10%、20%、30%)的产流时间要明显小于不含砾石堆积体(0%)的产流时间;砾石对径流率的影响不明显,但径流率与降雨强度有明显的正相关关系;在降雨强度≥1.5mm/min的条件下,四种砾石含量堆积体的侵蚀速率在一场60min的降雨中主要经历"浮土冲刷"、"形成结皮"、"可蚀性泥沙减少"和"结皮破坏"四个阶段;一场降雨后堆积体总产沙量随砾石质量百分数的变化依次为0%10%20%30%,砾石能够促进堆积体的坡面侵蚀。     

三种土壤质地工程堆积体坡面流速及产沙特征

生产建设项目工程堆积体由于土壤质地、砾石质量分数差异较大,导致侵蚀过程流速及产沙特性发生变化。通过人工模拟降雨试验,研究砂土、壤土及黏土3种土壤质地堆积体的流速与产沙特性。结果表明:①堆积体坡面流速在产流开始3 min内递增,随后趋于稳定;②小雨强时砂土堆积体侵蚀主要发生在产流的中后期,壤土堆积体发生在产流前期和中期,而黏土堆积体的侵蚀发生在整个降雨过程,21 min后的累计产沙量占次降雨总产沙量砂土、壤土和黏土堆积体分别为52.3%~95.6%、29.6%~44.9%和42.1%~50.0%;③产流历时、雨强与径流率、入渗率、流速、产沙率均呈显著相关性;④雨强增加1.5~2.0倍,3种土质堆积体侵蚀量增大1.2~39.8倍。相同雨强下砂土堆积体侵蚀量是壤土的6.0~6.3倍,是黏土的3.2~3.5倍;相同砾石质量分数下砂土堆积体侵蚀量分别是壤土和黏土的5.0~9.8倍和2.7~3.8倍。研究成果对于明确含砾石堆积体侵蚀过程机理具有重要意义,并为建立堆积体侵蚀预报模型奠定基础。     

雨强对工程堆积体侵蚀规律和细沟发育的影响

以陕西杨凌周边开发建设项目弃土堆积体表层土壤为试验材料,模拟野外最常见的散乱锥状堆积体的形成过程和堆置形态。在室内模拟降雨的条件下,设计了七组降雨强度(1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5mm/min),研究了雨强对物质组成为全土的锥状工程堆积体的产流产沙规律和细沟发育的影响。结果表明:1降雨强度对径流率和侵蚀速率的变化规律有着显著的影响,在不同的降雨条件下,径流率和侵蚀速率随时间的变化规律不同;2各雨强条件下,细沟长度、宽度和深度的变化趋势不同,其中细沟长度与侵蚀速率之间存在着显著的正相关关系;3在产流初期(0~10 min),侵蚀速率随雨强的增大呈现出一条较为平缓的曲线,产流时间10 min后,侵蚀速率随雨强的增大呈现出指数增大的趋势;4总侵蚀量与雨强之间存在着明显的指数关系。     

不同植被类型对堆积体坡面径流特性的影响

针对植被防护堆积体侵蚀动力机制的问题,通过野外模拟降雨试验,分析直根系和须根系植被对堆积体径流流速、水力和水动力参数的影响。结果表明:植被削减堆积体平均侵蚀速率达88.34%~92.88%,直根系消减平均流速效益为50.51%,须根系为21.32%~35.61%;裸坡和植被堆积体径流流型均属于层流(雷诺数<40),裸坡径流在降雨强度≤1.2 mm/min时处于急流态,直根系堆积体均处于缓流态,须根系堆积体在急流态和缓流态间变化。直根系对坡面径流的阻滞作用大于须根系;植被防护下堆积体侵蚀速率、水力和水动力参数与裸坡呈显著性差异(P<0.05),径流剪切力和径流功率可用于较好地刻画坡面侵蚀动态过程,呈显著线性关系(R²为0.63~0.96)。研究成果可为生产建设项目工程堆积体水土流失量预测模型的植被因子修订提供科学依据。     

神府煤田弃土弃渣堆积体径流侵蚀特征

为研究神府煤田弃土弃渣堆积体径流产沙规律,采用野外模拟降雨试验的方法研究了不同降雨强度条件下偏石质弃渣体(Ⅰ)、偏土质弃渣体(Ⅱ)及弃土体(Ⅲ)径流侵蚀特征。结果表明:(1)Ⅰ和Ⅱ弃渣体砾石含量分别为69.33%和45.06%,颗粒级配良好,而弃土体颗粒级配不良,以沙粒为主(90.31%);(2)雨强为1.0 mm/min时Ⅰ弃渣体和弃土体径流为层流,其余条件下各堆积体径流均为紊流,各堆积体坡面径流率、雷诺数和单位径流功率均与雨强成显著递增的线性或幂函数关系;(3)Ⅰ和Ⅱ弃渣体侵蚀速率随降雨时间以峰谷交替式的趋势下降至稳定,弃土体则呈增大—减小—稳定的变化趋势,Ⅱ弃渣体侵蚀波动性最强,侵蚀速率最大,Ⅰ弃渣体和弃土体侵蚀速率与雨强和径流率均成显著的指数关系;(4)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ堆积体土壤可蚀性分别为40.713、379.77、93.355 g/m~3,发生侵蚀的临界单位径流功率分别为4.61×10~(-3)、6.26×10~(-3)、5.94×10~(-3)m/s。