伊犁河谷草地坡面3种水平沟措施减流减沙效果的比较

设计结构参数合理的水平沟措施以充分拦截径流、降低泥沙,是目前伊犁河谷生态建设中亟待解决的关键问题.通过2019年5-9月在伊宁县皮里青径流观测场开展野外自然降雨实验,比较了自然草地坡面3个水平沟措施的减流减沙效果.结果表明,观测期最大日降雨量为15.4 mm,最小降雨量为1.2 mm.不同处理坡面径流小区总径流量大小为...     

工程堆积体坡面工程措施减流减沙效应

针对工程堆积体坡面工程减流减沙问题,以长沙城市生产项目施工堆积体为例,根据施工堆积体特点以及生态保护临时性措施的落实情况等现场数据,并根据长沙历年自然降水强度,通过概化设计的室内人工模拟降水试验方法,探究临时苫盖和拦挡措施在不同降水强度和坡度条件下对施工堆积体边坡表面的降流减沙影响。结果表明,单一临时拦挡与苫盖措施平均径流率较裸土条件降低幅度分别为22.46%～38.22%和-20.59%～38.34%,其减流效应随降雨强度的增大而减弱,且两者减流效应大体相当。     

北洛河上游生态建设的水沙调控效应研究

采用双累积曲线法和Mann-Kendall检验法，确定了19802004年北洛河上游流域的径流、输沙变化趋势和时段，并结合不同时段的气候特征和生态建设资料，分析了流域水沙变化的驱动因素。在此基础上，利用双累积曲线法、径流\输沙系数还原法和统计系列对比法计算了生态建设的水沙调控效应。结果表明：（1）19802004年间，北洛河上游流域径流量和输沙量的变化可划分为19801994年、19952000年和20012004年3个阶段。其中，20012004年为生态建设的水沙调控效应期；（2）以19801994年为基准期，20012004年间，在年均降雨量、年均侵蚀降雨量和年均降雨侵蚀力分别增加14.0%、25.2%和46.1%的气候背景下，由于生态建设的水沙调控作用，流域年均径流量和年均输沙量分别减少2 432.5万m3/a和2 009.1万t/a；（3）排除气候因素的影响，生态建设4年间累计减少流域径流13 808.0万m3、减少流域输沙14 250.8万t，实现减水、减沙效应31.11%和65.14%。单位面积生态建设的年均减水、减沙能力分别达4.7万m3/(km2•a)和4.8万t/(km2•a)。     

黄河干支流骨干枢纽群对水沙过程的调控效应

以分析黄河干流龙羊峡、刘家峡、三门峡以及小浪底4座典型水库不同运行时段径流与泥沙变化为基础,从单个水利工程与水利工程群组两个维度对黄河水沙过程的调控效应进行探析。结果表明：单个水库的调节作用使年际间径流变化更加均匀,且龙羊峡的出库流量频率向低流量过程单极化发展,小浪底的出库流量频率向两极化方向发展;小浪底水库拦沙初期发挥了“拦粗排细”作用,在拦沙后期该效果有所减弱;相比单一水库,水库群组使得下游河道年际间来水量更加均匀,进一步增大了水库排沙比,但水库“拦粗排细”的级配调整功能因三门峡运用方式的特殊性而有所减弱。研究结果对丰富黄河流域水沙调控理论,指导黄河水沙调控工程实践具有借鉴意义。     

草被覆盖对坡面水沙关系的影响分析

研究自然修复草被坡面的侵蚀产沙过程对认识生态修复措施的减水减沙作用和黄河水沙锐减原因具有重要意义。采取野外标准径流小区冲刷模拟试验的方法,研究不同立地类型下的坡面产流产沙过程和水沙搭配关系,结果表明:1与裸坡相比,自然修复草被坡面的减水减沙效益分别达到88.0%和99.9%,人工草被坡面的减水减沙效益分别达到47%和97.6%;2自然修复草被措施对坡面水沙关系影响明显,自然修复草被小区呈现水少沙少现象,水沙搭配关系与裸坡和人工草被坡面明显不同;3对于自然修复草被来说,土壤入渗率的显著提高是其发挥减水减沙作用的重要原因。     

不同坡面径流调控措施的筛选试验研究

缺水与水土流失并存是制约黄土高原地区经济社会可持续发展的重要限制性因子,通过坡面径流调控手段消除水土流失动力,同步实现水土流失防治与雨水资源化,是解决上述问题的一个有效途径.本文利用人工降雨的模拟方法,以不同坡面径流调控与优化配置各种地表径流调控为主要研究内容,筛选出集成化、高效、低成本的坡面径流措施.     

北洛河上游生态建设的水沙调控效应

采用双累积曲线法和Mann-Kendall检验法,确定了1980—2004年北洛河上游流域的径流、输沙变化趋势和时段,并结合不同时段的气候特征和生态建设资料,分析了流域水沙变化的驱动因素。在此基础上,利用双累积曲线法、径流输沙系数还原法和统计系列对比法计算了生态建设的水沙调控效应。结果表明:(1)1980—2004年间,北洛河上游流域径流量和输沙量的变化可划分为1980—1994年、1995—2000年和2001—2004年3个阶段。其中,2001—2004年为生态建设的水沙调控效应期;(2)以1980-1994年为基准期,2001—2004年间,在年均降雨量、年均侵蚀降雨量和年均降雨侵蚀力分别增加14.0%、25.2%和46.1%的气候背景下,由于生态建设的水沙调控作用,流域年均径流量和年均输沙量分别减少2432.5万m3/a和2009.1万t/a;(3)排除气候因素的影响,生态建设4年间累计减少流域径流13808.0万m3、减少流域输沙14250.8万t,实现减水、减沙效应分别为31.11%和65.14%。流域尺度内,生态建设的减水、减沙能力分别达4.7万m3(/km2·a)和4.8万t(/km2·a)。     

人工降雨和放水冲刷条件下紫色土坡面产流产沙特征分析

采用可变坡的3 m×1 m土槽进行人工降雨和放水冲刷试验,在不同坡度(5°~20°)、不同雨强(0.6~2.5mm/min)和放水流量(1.6~7 m3/s)情况下,对紫色土坡面的产流产沙特征进行了研究。结果表明:放水冲刷试验中径流流速从坡上到坡脚表现出先增加后减小、逐渐增大和逐渐减小3种趋势,而人工降雨试验则恰恰相反,径流流速从坡上到坡脚表现出逐渐增大的趋势;15 min是2种试验方法产流过程稳定的临界时间;人工降雨试验径流含沙量稳定的时间介于5~50 min之间,放水冲刷试验含沙量稳定的临界时间为20 min。试验成果可为后续紫色土侵蚀相关研究提供数据支持。     

黄土坡面水沙过程及水流阻力变化试验研究

为明确复杂地表产流产沙规律及其与水流阻力的关系,采用间歇性人工模拟降雨实验,开展了黄土高原的裸坡、人工掏挖、鱼鳞坑、等高沟垄四种典型坡面在五场降雨条件下的水沙演化过程、阻力来源及阻力规律研究。结果表明:鱼鳞坑、人工掏挖两种措施均以降雨时间到达55 min为临界点,继续降雨则其蓄水拦沙的作用失效。各地表水流阻力均来源于降雨阻力、颗粒阻力、形态阻力的叠加。地表输沙率与水流阻力之间均表现出负相关,输沙率随水流阻力的增大而下降。鱼鳞坑、等高沟垄措施在一定的降雨历时范围内均具有显著的减流减沙效应,而较之鱼鳞坑,等高沟垄在延缓径流,控制侵蚀方面具有更好的效用。     

红砂岩侵蚀区典型水土流失治理模式减流减沙效应

阐明小区尺度下不同水土流失治理模式的减流减沙效应,可为大尺度上的水土流失治理提供科学依据。以红砂岩侵蚀劣地为研究对象,采用野外径流小区长期定位试验的方法,分析自然降雨下典型水土流失治理模式的减流减沙效应及其对降雨要素、降雨雨型的响应规律。结果表明:试验观测期间,裸露地表径流系数为0. 66,土壤侵蚀量为0. 07 t/hm2,生态或经济开发治理后减流减沙效应均能达90%以上。地表裸露坡面产流产沙受降雨量、雨强影响显著,生态恢复模式降低了降雨要素对坡面产流产沙过程的影响,经济开发模式受降雨量影响显著。大雨强、短历时的降雨雨型是坡面产流产沙的主要雨型,对裸露坡面产流产沙的贡献将近50%,生态或经济开发治理后该雨型对产流产沙的贡献明显提高,增幅以经济开发模式大于生态恢复模式。因此,生态恢复和经济开发均是治理红砂岩水土流失的有效途径,应将生态恢复和经济开发治理相结合,使水土流失治理模式不仅具有水土保持功能,同时提升生态服务价值,促进当地的经济发展。     

不同坡长下的坡面流水力学特性研究

坡面流亦即薄层水流,指的是降雨或融雪形成的,并在重力作用下沿坡面流动的薄层水流,它是地表径流的初始阶段,提供了侵蚀的主要动力。坡度相同、降雨强度相同时,随着坡长的增加,流速逐渐增大。在相同降雨强度下．坡长对流速有一定的影响,二者呈良好的指数关系;流量随坡长的增长而逐渐增大,二者呈良好的幂函数关系。2m水槽基本能够反映出坡面流的水力学参数的变化。随着坡长的增加,相同流速下,雷诺数逐渐增大．且增长速度亦逐渐增大。     

植被覆盖下坡面流的水流特性实验研究

为研究柔性植被和刚性植被覆盖下坡面流的水流特性,用水槽模拟坡面,PVC塑料薄膜模拟植被,通过调节水槽的坡度和柔性、刚性植被覆盖度对坡面流的水流流态、流速、水流深度进行了研究。经过多组实验得出了大量植被覆盖下的坡面流水力特性数据,并通过数据分析,总结了在不同植被覆盖、不同坡度条件下坡面流流速的变化规律。最后得出,通过减小坡面流流速、增加水流水深、控制水流流态、选择刚性植被覆盖坡面,可减少对坡面土壤的水力侵蚀。实验结果对控制流域非点源污染和选择水土流失防治措施有参考作用。     

Combined analytical solution of overland flow and sediment transport

With reference to the kinematic wave theory coupled with the hypothesis of constant linear velocity for the rating curve, rising limb analytical solutions have been calculated for overland flow, over an Hortonian-infiltrating surface, and sediment discharge. These analytical solutions are certainly easier to use than the numerical integration of the basic equations and they may be used to obtain an initial evaluation of the parameters of more complex models generally devised for complicated cases.Notation a exponent of the Horton law [T^–1] - b exponent of the rill erosion equation - B inter-rill erosion coefficient [ML^–m–2T ^m–1] - c sediment concentration [ML^–3] - c _o reference sediment concentration [ML^–3] - E _I inter-rill erosion [ML^–2T^–1] - E _R rill erosion [ML^–2T^–1] - f _c final infiltration rate of the soil [LT^–1] - f _o initial infiltration rate of the soil [LT^–1] - h flow depth [L] - h _o reference flow depth [L] - i infiltration rate [LT^–1] - k rill erosion coefficient [ML^–1–b T^–1] - K integration constant - L() Laplace transformation - m exponent of the inter-rill erosion equation - n Manning's coefficient [L^–1/3T] - p rainfall intensity [LT^–1] - q water discharge per unit width [L²T^–1] - q _s sediment discharge per unit width [ML^–1T^–1] - t time [T] - t _p ponding time [T] - x distance along the flow direction [L] Greek Letters coefficient of the stage-discharge equation [L^2–T^–1] - exponent of the stage-discharge equation - rill erosion coefficient [L^–1]     

植被排列方式及坡度对坡面流Fr影响的试验研究

为探究植被的排列方式及坡度大小对坡面流弗劳德数Fr的影响,以期揭示坡面流弗劳德数Fr的内在规律。利用人工模拟试验,系统研究了6个坡度、3种植物排列方向与水流方向呈不同走向角的条件下Fr与单位底面积的空间摩阻表面积K值的特征关系。表明在非淹没状态下,Fr与K值的关系为随K值的增大Fr呈现先减小后趋于平稳的趋势;Fr的取值随坡度的增大而增大;在一定的坡度范围内,同一坡度下,当Fr1时,同一K值下,走向角越大对应的Fr值越小,当Fr1时则相反;同一走向角下,在同一K值下,坡度越大对应的Fr就越大。得出在坡度一定的条件下,坡面植被的排列方式不同,弗劳德数Fr的取值也不相同;坡度是影响Fr取值范围的重要因素之一。     

晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征试验研究

为了探讨晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征,本研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对降雨条件下坡长对该区坡面径流雷诺数、弗劳德数、径流量、产沙量与输沙率进行量测与分析。结果表明:在雨强30~125mm/h、坡长1~5m的情况下,坡面薄层径流为层流,且为急流;径流流态对坡面水流侵蚀力有显著影响,产沙量与雷诺数呈良好幂函数关系;雨强与坡长的增大可增强径流紊动性,输沙率随二者的增大呈增加趋势,当雨强大于60 mm/h、坡长由3 m延长到4 m时,输沙率增量较2~3 m与4~5 m时小;输沙率与径流量的关系可用幂函数描述。该研究结论能够为黄土陡坡面水土流失治理和水土保持措施的布设提供一定的依据。     

赣北红壤区坡面水系工程截流拦沙控污效应分析

坡面水系工程能有效解决山丘区水土流失与面源污染问题。针对赣北第四纪红壤区气候、地形、土地利用条件以及坡面水土流失特点,选取典型坡面构建坡面水系工程,通过对两场不同降雨条件下径流、泥沙及养分的观测、取样和室内分析,研究了坡面水系工程截流拦沙控污效应。结果表明,经过坡面水系工程改造的坡面截流效应明显,可延长径流时间、控制泥沙流失、防治面源污染,其中降雨雨型对坡面水系工程上述效应的发挥有重要影响。研究结果可为江西水土流失重点治理和水土保持规划编制提供技术支撑。     

三维土工网护坡坡面流水动力学特性试验研究

采用室内变坡水槽,通过组合不同坡度(5o、10o、15o、20o、25o和30o)、不同流量(1 m3/h、1.5 m3/h和2 m3/h)室内模拟放水冲刷试验,对三维土工网护坡坡面流水动力学特性进行了研究。结果表明,坡面流流态为紊流,流型为急流;坡面冲刷深度—坡度、阻力系数—坡度及阻力系数—雷诺数呈正相关的幂函数关系;阻力系数—弗汝德数呈负相关的幂函数关系。研究成果对深入揭示三维土工网护坡坡面侵蚀的水动力过程具有重要的理论意义。     

The experimental study of hydrodynamic characteristics of the overland flow on a slope with three-dimensional Geomat

The hydrodynamic characteristics of the overland flow on a slope with a three-dimensional Geomat are studied for different rainfall intensities and slope gradients. The rainfall intensity is adjusted in the rainfall simulation system. It is shown that the velocity of the overland flow has a strong positive correlation with the slope length and the rainfall intensity, the scour depth decreases with the increase of the slope gradient for a given rainfall intensity, and the scour depth increases with the increase of the rainfall intensity for a given slope gradient, the overland flow starts with a transitional flow on the top and finishes with a turbulent flow on the bottom on the slope with the three-dimensional Geomat for different rainfall intensities and slope gradients, the resistance coefficient and the turbulent flow Reynolds number are in positively related logarithmic functions, the resistance coefficient and the slope gradient are in positively related power functions, and the trend becomes leveled with the increase of the rainfall intensity. This study provides some important theoretical insight for further studies of the hydrodynamic process of the erosion on the slope surface with a three-dimensional Geomat.