黄土坡面沟蚀发生机理的水动力学试验研究

本文通过试验观测及理论分析．首次从理论上探讨了坡面侵蚀过程中．侵蚀方式发生演化的水动力学机理。计算及测试结果都证明了坡面侵蚀由面状侵蚀向淘状侵蚀发展的内在原因是由于坡面径流在顺坡流动过程中，径流受边界干扰所形成的急流冲击波影响的结果。由于急流冲击波的作用．在水流方向上的冲击波交汇点．不仅水深出现局部增加，而且也会导致径流流速增大以及水流紊动增强。最终在水流纵向上出现径流侵蚀切应力的激增点。在这些切应力激增点处．水流急剧地侵蚀搬运表土，形成导致侵蚀沟发育的沟头。     

坡面径流侵蚀量随坡度变化规律初探

在分析限坡面径流侵蚀机理的基础上，根据河流动力学的原理，分析了坡面上的沁在径流作用下的受力情况、导出了坡面径流非均匀沙侵蚀的临界坡度为３ψ／４。最后用湖北省一径流实验站某次实测资料对坡面径流量随直的变化规律作出完整的描述。     

黄土坡面侵蚀产沙沿程变化的模拟试验研究

坡面侵蚀产沙的沿程分布规律研究是认识土壤侵蚀规律，进行有效水土保持的理论基础。为了揭示坡面侵蚀产沙的铅程分布规律以及不同坡长下细沟的发育规律。我们进行了不同坡长（2.5,5,7.5,10m)和不同雨强（0.72,1.16,1.4,2.0,2.4mm/min)的室内模拟降雨实验。结果表明，在实验条件下，黄土坡面侵蚀产沙从坡顶向下依次增大，但在不同雨强条件下变化趋势有所差异。当雨强小于2mm/min时，坡面侵蚀在5-7.5m坡段急剧增加；雨强大于2mm/min时，发生急剧变化的坡段上移至2.5/5m。上方来水是影响坡面侵蚀产沙的重要原因。短坡条件下，坡面侵蚀量与上方来水量成直线关系。细沟密度是描述细沟发育程度较好的指标。其大小随雨强以及坡长呈线性增加。     

植被坡面产流特征及其侵蚀动力研究进展

植被覆盖变化状况直接影响流域水文过程,通过对黄土高原植被坡面产流特性已有研究成果进行总结,以期为评价植被对水沙调控的作用提供参考。从黄土高原生态建设和水土保持效益评价的需求出发,回顾了植被作用下坡面产流特征和侵蚀动力学特性研究的主要进展,包括植被增强土壤入渗能力和减缓径流的作用、植被对坡面产流的影响、植被作用下坡面流侵蚀动力学特性;明确了需进一步深化研究的主要方向,包括植被作用下坡面降雨-入渗非线性过程、坡面产流机制发生胁变的被覆临界、不同产流机制的侵蚀动力参数特性等。     

上方来水来沙对细沟侵蚀泥沙颗粒组成的影响

土壤中细颗粒的流失是土壤质量恶化的重要表现之一。利用试验土槽和供沙土槽双土槽径流小区系统,分析了黄土坡面在不同降雨强度、不同含沙水流汇入条件下的细沟侵蚀泥沙颗粒组成变化特征,探讨了降雨强度、坡面上方不同含沙水流汇入、细沟水流流速对细沟侵蚀泥沙颗粒组成变化的影响及其机理。结果表明,上方水流的汇入使侵蚀泥沙中<0 001mm的粘粒含量呈增加趋势,0 05～0 001mm的粉砂粒呈减少趋势,而降雨强度对侵蚀泥沙颗粒组成的影响不甚明显;同时,侵蚀泥沙中粘粒含量随细沟水流流速和细沟侵蚀产沙量的增大而增加。     

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。     

坡度对三峡库区紫色土坡面径流侵蚀的影响分析

基于运动波理论,在紫色土坡面径流侵蚀力和径流侵蚀能力的影响因素分析基础上,对三峡库区紫色土坡面土壤侵蚀的临界坡度进行了分析,分析结果表明:(1)坡面径流流量、水深和流速均随降雨强度的增大而增大,坡面径流流量和坡面径流水深随坡度的增大而减小,而流速随坡度的增大先增大再减小,在坡度为33.21°时达到最大值;(2)坡面径流侵蚀力随着降雨强度的增大而增大,而坡度对它的影响较为复杂,这个特定坡度随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,对紫色土坡面而言,在37.14°～46.19°之间;(3)坡面径流侵蚀能力在临界坡度处达到最大值,临界坡度是一个变量,随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,紫色土坡面径流侵蚀的临界坡度在35.93°～40.78°之间.     

坡面侵蚀破坏对黄土边坡稳定性影响分析

分析了斜坡坡面遭受天然降水与人类活动的侵蚀破坏对坡体稳定性的影响,认为坡面裸露的黄土边坡在长期的雨水冲刷与入渗情况下,坡面侵蚀破坏成为滑动面位于土层中的黄土边坡渐进破坏的诱发与促进因素。并对其失稳机理进行了探讨。     

径流侵蚀功率理论在不同尺度坡面侵蚀产沙中的应用

基于次暴雨洪水过程中径流深、洪峰流量模数2个的重要水文特征参数,提出了用以描述坡面次暴雨水蚀动力的径流侵蚀功率的概念,并以岔巴沟流域团山沟不同空间尺度径流场历年实测次暴雨径流泥沙资料为基础,分析了径流侵蚀功率与坡面径流场次暴雨侵蚀模数之间的相关性,提出了适用于坡面次暴雨侵蚀产沙计算的基于径流侵蚀功率的坡面次暴雨水沙响应关系.研究结果表明:径流侵蚀功率与坡面次暴雨侵蚀模数之间存在极显著的幂函数相关关系,径流侵蚀功率可以较好地表征坡面次暴雨水力侵蚀动力.本研究成果可为黄土高原坡面次暴雨侵蚀产沙模型侵蚀动力因子的确定提供参考.     

侵蚀泥沙颗粒中137Cs的含量特征及其示踪意义

通过对黄土丘陵区典型小流域—燕沟的林地、坡耕地与沟口洪水泥沙的颗粒组成分析 ,发现其颗粒组成有明显的差异 ,表明该研究区在侵蚀过程中发生了一定程度的颗粒分选 ,而在泥沙输移过程中颗粒分选不明显 ,在应用1 37Cs示踪流域侵蚀速率或利用沟口泥沙推算流域侵蚀模数时应适当进行颗粒校正。通过对坝地沉积泥沙1 37Cs含量进行分析 ,结果表明 ,1 37Cs含量、沉积厚度与次降雨侵蚀强度、侵蚀类型之间存在密切关系 ,同时运用沉积样中核素含量特征可望解决流域尺度坡面侵蚀与沟谷侵蚀的比重关系这一研究难题。     

长江科学院水土保持专业研究进展

长江科学院水土保持专业以服务治江事业为宗旨,立足长江、面向南方,紧密围绕土壤侵蚀机理,水土流失与江湖泥沙、地质灾害、面源污染等关系,水土保持共性关键技术等,积极开展基础科研与技术咨询,切实履行长江流域水土保持科技支撑职责,积极承担相关社会公益责任,为治江事业和国家生态文明建设做出了应有的贡献。经过10 a的发展,取得的主要研究成果有:首创移动式坡面水土流失高精度快速测评系统、完善创新以长江上游“排水保土”为代表的长江流域水土保持基础理论、区划理论首次用于中国山洪灾害防治领域、建立泥石流监测预报预警系统,且提出并解决了以工程开挖面与堆积体水土流失测算技术和水利行业标准《南方红壤丘陵区水土流失综合治理技术标准》为代表的水土保持共性关键技术。     

含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究

降雨是诱发边坡失稳的重要因素,为此开展了含砾量分别为10%,20%和40%的含砾土坡的坡面降雨和坡脚浸泡的模型试验。利用体积含水率和吸力传感器测试了含砾土坡的水土特性,观测了边坡湿润锋的发展过程,利用PIV技术研究了边坡的位移变形过程;通过控制坡脚水位及坡顶后续加载研究了坡脚浸泡作用下土坡的沉降变形规律。试验结果表明:降雨条件下,含砾量越高,土坡坡面侵蚀发育越缓慢,边坡的细粒土越容易达到完全饱和状态;坡土饱和后,含砾量10%的土坡主要以坡面侵蚀和变形为主,不易发生整体破坏,含砾量20%和40%的坡土均发生了整体滑移破坏。坡脚浸泡过程中,含砾量越高,边坡变形量越小,在水位下降过程中基质吸力恢复越快,在浸水过程中边坡吸力丧失范围越小。在坡脚浸泡及后续坡顶加载作用下,含砾量10%的土坡会产生较大变形,含砾量20%的土坡最容易发生破坏,含砾量40%的土坡稳定性良好。     

坡面水蚀过程与地形演变关系试验研究

采用径流冲刷试验的方式对坡面水蚀过程进行研究,记录了在不同坡度和不同冲刷流量工况下坡面侵蚀量、侵蚀沟宽和溯源速度的变化。结合坡面侵蚀沟头溯源速度、断面侵蚀沟宽度等的变化曲线,分析了水蚀过程中坡面侵蚀量与地形形态变化的关系。结果表明:流量和坡度是水蚀过程的动力因素;溯源速度、沟壁的坍塌展宽及细沟的横向合并是导致坡面侵蚀量出现波动、峰值大小以及出现时间早晚的根本原因;坡面侵蚀方式与地形演变过程有着密切的关系。     

折线河岸边坡稳定性的研究

河流水流因素、河岸几何条件、河岸岩土体性质及边坡坡顶裂缝的产生是河岸边坡失稳的重要影响因素。通过建立河岸边坡在临坡水位升降、坡趾淘刷、车辆荷载、偶然作用等多因素影响下失稳的概化理论模型,采用极限平衡法,计算了折线边坡在多因素条件下的边坡抗滑稳定系数。重点分析了临坡河流水位、坡趾淘刷及裂隙水位对于边坡抗滑稳定系数的影响。结果表明：边坡抗滑稳定系数随着临河水位的升高先减小后增大,在这过程中存在一个最不利的水位;同时,随着裂隙水位的增高,边坡抗滑稳定系数逐渐变小;边坡坡趾淘刷对于河岸边坡抗滑稳定性非常不利,随着淘刷高度及切入深度的增大,边坡抗滑稳定系数逐渐变小。     

干湿循环下红黏土边坡响应的模型试验

针对降雨/干燥过程中边坡破坏问题,为了解干湿循环过程中红黏土边坡失稳机理以及内部响应过程,以贵州红黏土为研究对象,通过室内堆砌边坡模型,在模型内部不同位置埋设传感器进行了降雨/干燥试验,分析红黏土边坡在干湿循环过程中内部含水率、位移、孔隙水压力变化特征,并观察试验过程中边坡表面破坏发展,探讨红黏土边坡的失稳机理。试验过程中含水率、孔隙水压力皆随着降雨过程而增大,干燥期间逐渐减小,且随着边坡的深度增加,受外界气候变化影响越小,位移在循环过程中逐渐缓慢增加。边坡破坏形式分为降雨过程中面蚀、冲沟,干燥阶段裂缝发育。结果表明:边坡失稳主要是由于整体含水率的增加,导致孔隙水压力上升,土体有效应力下降,横向位移逐渐增加,最终导致滑坡发生,而降雨期边坡表面的破坏以及干燥期裂缝的发育更加剧了这一过程。     

基于坡面冲刷的荆江典型岸坡稳定性分析

针对荆江典型二元结构的岸坡,采用横向冲刷计算公式探讨了不同水位升降阶段中,水流流速和含沙量对岸坡横向冲刷速率的影响以及岸坡断面形态的变化规律。在此基础上基于饱和-非饱和渗流理论,利用SEEP/w程序建立了二维非稳态渗流模型,模拟了其渗流场在水位升降条件下的变化过程,并基于摩根斯坦法计算分析了在考虑与不考虑坡面冲刷2种条件下岸坡稳定性的变化规律。结果表明:在水位上升期,当不考虑坡面冲刷时,岸坡稳定性是随水位上升而增大的,但当考虑坡面冲刷后,岸坡坡度逐渐增大,岸坡稳定性随水位上升而减小;在水位下降期,岸坡稳定性随水位下降而减小,且考虑坡面冲刷的安全系数下降速率明显大于未考虑冲刷时的情况。因此洪水期与水位下降末期是岸坡失稳的危险期,需重点监控。     

新疆则克台堰塞湖稳定性分析

则克台堰塞湖是加郎普特滑坡地质灾害发生后形成的,严重威胁着下游则克台镇人民的生命财产安全。在分析堰塞湖的地质环境条件和成因机制的基础上,从渗透稳定性、抗冲刷稳定性和抗滑稳定性三个方面对其进行稳定性分析。结果表明:堰塞体目前处于相对稳定状态,发生整体失稳和管涌潜蚀失稳的可能性很小。在地震工况时,下游坝坡发生局部塌滑的可能性较大,但不影响坝体整体稳定,坝体可能的失稳方式为漫顶冲刷破坏。     

三峡库区紫色土坡耕地细沟发生的临界坡长

采用人工暴雨试验发现：相同土壤含水量条件下,10 °,15 °,20 °,25 °紫色土小区在 130 mm/h 雨强降雨下细沟发生的临界坡长平均值分别为 6.13, 4.12, 2.72, 1.55 m ,细沟发生的临界坡长与坡度呈二次抛物线关系;土壤含水量变幅为 16 ％～ 26 ％条件下细沟发生临界坡长先增长后变短。据此总结了采用地埂防治坡耕地细沟侵蚀的治理模式,针对不同坡度地块细沟发生的临界坡长,采用地埂或者分割地块,并在地埂上种植经济效益高的植物篱,既控制了细沟的发生,又弥补了地埂占地导致的农业减产;同时在旱季和雨季分别调整边沟的尺寸,调整地块土壤含水量从而控制细沟因含水量变化导致的细沟发生临界坡长缩短。     

土壤侵蚀与地表坡度关系研究

本文阐述了坡度影响土壤侵蚀机理，并对土壤侵蚀临界坡度进行了初步探讨，分析其存在的原因，指出临界坡度与土壤内在性质、植被、泥沙粒径、降雨特性、入渗等因素有关，并不是一个常数。最后结合小区径流场试验资料分析了坡度对土壤侵蚀的影响。     

中国坡面水蚀预报模型研究

基于我国坡面水蚀预报模型研究成果,考虑浅沟侵蚀对坡面侵蚀产沙的重要影响,建立了我国坡面水蚀预报模型,给出了模型参数降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀影响因子的算法和采用数值。指出今后应加强土壤可蚀性因子、覆盖—管理因子和水土保持措施因子的研究与集成。利用自然坡面径流小区实测资料对模型进行验证,表明模型具有较高的预报精度,在有浅沟和无浅沟的坡面上,预报精度达88%以上。