坡面水蚀动力因子与土壤剥蚀率灰色关联分析

为了确定何种水蚀动力因子能准确地描述径流剥蚀土壤的过程，本文在坡度为3°到30°和流量为2.5L/min到6.5L/min范围内采用土槽径流冲刷试验，运用灰色关联分析法，系统地研究了坡面水蚀动力因子(流量、单宽径流能耗、水流剪切力、水流功率和单位水流功率)与土壤剥蚀率之间的关联度。结果表明：流量相同时，水流剪切力与土壤剥蚀率关联度最大，呈幂函数关系；坡度相同时，单宽径流能耗与土壤剥蚀率关联度最高，两者呈线性关系。     

关中平原区细沟水流侵蚀产沙研究

为了研究关中平原区坡面细沟侵蚀过程,利用定水头冲刷试验,系统研究了6个坡度(2°、4°、6°、8°、10°、12°)、5个流量(8L/min、16L/min、24L/min、32L/min、40L/min)工况下的细沟水流含沙量及其与各水动力学间的耦合关系。结果表明:不同流量和坡度下,细沟断面流速随细沟断面的增加而呈波动性增加。断面流速与流量及断面呈显著性相关,而与坡度和平均含沙量相关性不大;不同流量和坡度条件下,含沙量随冲刷历时的增加,先急剧降低,然后呈微小波动趋势,最终归于稳定。含沙量与流量和坡度呈显著幂函数关系增加;挟沙饱和系数K变化范围为10.17~295.66,对应的不淤保证率约为73%。K随流量和坡度的增大逐渐增加,但增加的趋势逐渐减缓。由此可知,挟沙水流的剥蚀能力是有限度的。     

人工降雨和放水冲刷试验下红壤坡面径流与泥沙特征分析

南方红壤丘陵区是我国水土流失最严重的区域之一,严重的水土流失会导致土壤退化,也会影响农业生产的可持续发展,因此,研究红壤坡面侵蚀规律对南方红壤丘陵区水土流失防治意义重大。以红壤坡面为研究对象,应用人工降雨和放水冲刷试验,选择5°,10°,15°,20°四个坡度,设计0.8,1.2,2.1,2.6 mm/min四种降雨强度(相对应的放水流量分别为1.4,3.0,5.7,7.0 L/min),对红壤坡面的径流和泥沙特征进行了研究。结果表明:2种试验条件下,红壤坡面初始产流时间均随着坡度和降雨强度(放水流量)的增大而减小,尤以5°坡和0.80 mm/min降雨强度(1.40 L/min放水流量)下变化幅度最为明显,且在坡度较小时(5°和10°),人工降雨试验产流快;2种试验条件下红壤坡面径流量稳定时间为15~20 min,人工降雨试验红壤坡面泥沙量稳定时间为10~15 min,放水冲刷试验红壤坡面泥沙量稳定时间为15~20 min;径流和产沙总量随降雨强度(放水流量)和坡度增加而增大,在降雨强度(放水流量)和坡度较小时变化幅度较大;降雨试验的径流总量超过放水试验,产沙总量在降雨强度(放水流量)和坡度较小时,放水试验多,但随着降雨强度(放水流量)和坡度的增加,降雨试验多;5°坡在不同的降雨强度和放水流量下,径流和泥沙总量变化幅度最大,故应重视5°坡的水土流失预防。研究结果有助于全面了解红壤侵蚀规律,并为南方红壤丘陵区开展土壤侵蚀治理提供数据支撑。     

典型红壤区输变电工程堆积体边坡细沟侵蚀特征

为科学治理典型红壤区输变电工程堆积体水土流失问题,采用室内人工模拟降雨试验,设计了雨强(2、2.5、3 mm/min)和坡度(10°、15°)2个处理方式,研究了红壤堆积体坡面土壤侵蚀过程,分析了雨强、坡度、侵蚀产沙特征以及细沟形态特征参数(密度、割裂度、复杂度和宽深比)之间的关系。结果表明：不同雨强红壤堆积体坡面产流量随降雨历时的增加而增大,入渗率和输沙量随降雨历时的增加呈减小趋势;细沟密度、细沟割裂度、细沟复杂度和细沟宽深比分别为0.77～1.35 m/m²、0.04～0.08、0.93～1.40、1.01～2.39;细沟宽深比随着雨强和坡度的增大而减小,细沟密度、割裂度以及复杂度的变化与之相反。细沟形态特性指标与坡面侵蚀速率之间的相关性排序为：细沟复杂度>细沟割裂度>细沟密度>细沟宽深比。研究成果可为典型红壤区输变电工程水土流失防治提供技术参数和依据。     

紫色土和红壤坡面径流分离速度与水动力学参数关系研究

土壤剥蚀是土壤侵蚀、搬运和沉积过程中的一个重要子过程,对其定量研究是建立具有明确物理意义侵蚀模型的理论基础.采用放水冲刷法,在3.0m长、1.0m宽的土槽上,通过4个不同坡度(5°、10°、15°、20 °)、5个不同放水流量(1.31/min、3.01/min、5.5L/min、6.5L/min、8.5L/min)的组合实验,对红壤和紫色土坡面径流分离速度与径流剪切力、单位水流功率、水流功率、过水断面单位能量之间的关系进行了研究.结果表明:在一定的坡度条件下,分离速度随放水流量的增大而增大,而对于相同的放水流量,分离速度呈现出先增大后减小,然后趋于稳定的趋势,且有随放水流量的增大达到峰值的时间有提前趋势.径流剪切力、单位水流功率、过水断面单位能量及水流功率四个参数与分离速度均存在着明显的线性关系,但相对而言,水流功率更能准确反应坡面分离速度的变化情况.实验条件下,红壤坡面土壤剥蚀的临界水流功率值为0.0083N/(m·s),紫色土坡面土壤剥蚀的临界水流功率值为0.062N/(m·s).     

红壤开挖面坡面径流特征研究

为了研究坡面径流特征,采用上方人工放水实验模拟坡面水流,研究不同放水流量强度、不同坡长及不同坡度条件下红壤坡面径流过程特征.结果表明:(1)不同放水流量强度条件下,坡面径流率随径流历时的变化总体上呈先逐渐增大,后趋于稳定的变化过程,且放水流量强度越小,坡面径流率的增长速度反而越大;(2)不同坡长条件下,坡面径流率随径流历时的变化过程总体上先逐渐增大,后趋于稳定,且随坡长的增大,坡面径流率越小;(3)不同坡度条件下,坡面径流率随径流历时大部分先逐渐增大,后趋于稳定,对于两个较陡坡(50°和65°)且放水流量较大的坡面,坡面径流率随历时先逐渐减小,后趋于稳定.     

基于人工模拟降雨的黄潮土坡面侵蚀规律研究

为探讨不同坡度和雨强条件黄潮土坡面侵蚀及入渗规律,采用人工模拟降雨实验方法,选择4种坡度和3种雨强坡面产流量、侵蚀量和土壤入渗实验研究.结果表明,相同雨强坡面产流量随着坡度的增加先增大后减小,坡度9°时产流量最大.40 mm/h雨强坡面侵蚀量随坡度的增加而逐渐增大,60、80 mm/h时侵蚀量随坡度增加表现为先增大而后...     

多沙粗沙区细沟流水动力学试验研究

为探求多沙粗沙区沙黄土坡面细沟侵蚀发生过程中的水动力学特性,研究了3种坡度(3°、9°、15°)、5种流量(2.4L/min、3.6L/min、4.8L/min、6.0L/min、7.2L/min)组合冲刷试验的坡面细沟水力要素的变化规律。结果表明,沙黄土细沟水流平均流速和放水流量与水力坡度间存在幂函数关系;试验床面形态属于动平床过渡区,土壤黏粒含量愈大,沟床愈趋向于低能态区延伸,随着中值粒径的增加水流愈向高能态区发展。弗劳德数变化在0.96~1.30之间,水流流态多属于急流;雷诺数主要在307~1 465之间变化,属于过渡区范畴;阻力系数与雷诺数之间并无显著关系,主要与床面中值粒径或者黏粒含量有关,与明渠水流中紊流粗糙区的阻力特征比较类似,根据阻力特征分析,含沙水流已进入阻力平方区。     

黄河下游低含沙水流挟沙力研究

冲积河流在低含沙水流冲刷后，床面粗化使水流挟沙能力下降现象十分明显。三门峡水库蓄清排浑运用后，黄河下游河道汛期淤积、非汛期冲刷，同样由于断面展宽，床面粗化及悬沙组成也变粗，使得水流挟沙力急剧下降。因此讨论低含沙水流冲刷条件下的水流挟沙力是评估水库下泄大流量冲刷下游河道效果的关键问题。通过试验及野外资料提出的低含沙水流挟沙力公式，它形式简单，与已有公式不同的是，它反映了河道边界条件(即坡降、床沙粗细及断面形态)及泥沙特性对挟沙力的影响。经黄河下游实测资料验证满意，可用以定量估算下游大流量低含沙量时冲刷的减淤作用及艾山-利津河段不淤(或微冲)需要的临界流量。     

水流挟沙力计算公式比较分析

泥沙输移是流域土壤侵蚀、搬运和沉积过程中一个很重要子过程,而水流挟沙力表征在一定条件下水流挟带泥沙能力的综合指标,也是径流分离土壤、输移泥沙控制参数之一.本文对目前被广泛采用的坡面和沟道水流挟沙力计算公式的建立件和理论基础进行了简要阐述,比较分析了各公式的应用可能性和局限性.     

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。     

模拟降雨条件下开挖面土壤侵蚀测算模型研究

为科学治理工程开挖坡面水土流失问题,采用野外人工模拟降雨试验,设计了5种雨强(30,60,90,120,150 mm/h)和3种坡度(10°,20°,30°),系统分析了不同情景下雨强、坡度、径流率、径流流速、水流剪切力及水流功率同坡面剥蚀率之间的关系。结果表明:工程开挖坡面剥蚀率Di与坡度S相关性不显著(p 0.05),与雨强I、坡度和雨强的交互作用(I×S)呈极显著相关(p 0.01);采用3种常用的细沟间侵蚀模型来计算工程开挖坡面土壤剥蚀率,就拟合效果而言,幂函数型坡度因子指标更适用于工程开挖坡面土壤剥蚀率的计算;采用径流流速、水流剪切力和水流功率为代表的水动力学参数来计算土壤剥蚀率,就拟合效果而言,水流功率是描述其细沟间侵蚀动力过程的最理想水力参数。研究成果可为建立工程开挖坡面水土流失量预测模型提供技术参数和依据。     

坡面土壤颗粒组成对雨强和坡度变化的响应研究

土壤颗粒组成对坡面产流、产沙有着重要影响。为了研究黄土坡面土壤颗粒组成对降雨强度和坡度变化的响应,开展了60、90、120mm/h降雨强度和10°、20°坡度组合条件下的降雨实验,并运用土壤颗粒组成的分形维数对坡面土壤颗粒的变化进行了量化。研究结果显示:所有实验场次降雨后坡面土壤颗粒组成均为砂粒含量上升,粉粒含量下降,而黏粒含量虽有下降,但变化很小;分形维数变化排序的结果反映出坡度变化对土壤粗化程度的影响大于雨强变化产生的影响;随着雨强的增加,不同坡度的坡面土壤颗粒组成变化趋势不一致,而同雨强条件下,随着坡度的增加,土壤颗粒组成变化趋势也不一致;土壤颗粒组成变化的趋势不一致现象提示可能存在影响坡面土壤颗粒组成变化的临界坡度或者临界雨强,有必要开展坡面土壤颗粒组成变化临界条件及其作用机理的研究。     

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.     

黑土区坡地土壤NO_3-N运移规律及模型验证

为了研究黑土区坡地土壤NO_3-N运移规律,采取在径流槽内坡面土壤开展人工模拟降雨的试验方法,探讨不同降雨强度和坡度对土壤中NO_3-N运移过程的影响。试验结果表明:坡度从3°增大到9°时,降雨强度对坡面土壤降雨平均入渗率影响变小,降雨强度对坡面土壤NO_3-N流失影响较大,不同降雨强度和坡度条件下坡面径流中NO_3-N浓度从开始产流迅速变小并逐渐稳定,降雨强度越大,径流中NO_3-N浓度越小。模型模拟表明产流初期完全混合模型和不完全混合模型拟合度不高,不同降雨强度条件下相关系数不完全混合模型高于完全混合模型。     

不同植被密度下坡面径流能量变化试验研究

为了解坡面水蚀规律，并从根本上研究水土保持机理，通过室内水槽试验模拟在不同种植密度下坡面径流在坡面上的能量变化。分析了自然种植密度下5个坡位处径流断面能量随坡长、流量、坡度的变化规律。对比了不同断面能量在4种坡度、3种种植密度及种植方式下（单排行带式、加密平均分布行带式及加密间隔分布行带式）的变化特点，得出不同坡度、流量条件下合理的种植方式。为水土侵蚀防护和保护工作提供理论依据。     

细沟侵蚀特征及其产流产沙过程试验研究

在不同坡度(15°、20°、25°)和降雨强度(1.5mm/min和2.0mm/min)条件下,利用室内模拟降雨试验,研究了杨凌塿土和安塞黄绵土的坡面细沟发育过程、形态特征及水沙关系.结果表明,不同降雨强度和坡度下,塿土坡面的细沟发育规律基本一致,主要由沿坡面方向呈线状分布的跌坎链相互连通而成,表现为沟头溯源侵蚀和沟道下切侵蚀,细沟宽深比随雨强及坡度增加而变小,细沟密度则随之而增加;黄绵土的跌坎形状为长条状,细沟主要由单个跌坎发育而成,发育过程中溯源侵蚀和边壁崩塌现象更为明显,细沟的宽深比较大.相比黄绵土,塿土的产流和达到稳定径流量的速度较快,相同降雨强度条件下,不同坡度间径流量的差异性较小;不同降雨强度和坡度条件下,塿土的含沙量变化过程较为一致,最终会趋于一个稳定值,黄绵土含沙量的变化过程较为复杂.另外,两种土壤从含沙量开始较快增加至达到最高值的时间段与其细沟形成及发育的时间段大体吻合,相比之下塿土更易发生细沟侵蚀.     

前期土壤含水量对坡面产流产沙起始时间的影响

以水稻土为研究对象,采用室内降雨模拟试验方法,通过控制坡地不同的前期土壤含水量和坡面坡度,研究了3种降雨强度(I1≈0.6 mm/min,I2≈1.2 mm/min和I3≈3.0 mm/min)下水稻土的前期土壤含水量对坡面产流产沙起始时间的影响。结果表明,水稻土的土壤饱和含水量不随坡面坡度的变化而改变,而是维持一个常量;坡面坡度越小,幂函数对于前期土壤含水量与坡面产流产沙起始时间拟合的相关性越显著;前期土壤含水量在36.49%～50.93%时的水稻土最早发生水力侵蚀。研究成果可为湿润半湿润地区的水土资源管理提供基础理论依据。     

坡面流挟沙力计算公式及其评价

坡面水流挟沙能力的计算是土壤侵蚀过程中最为重要的一环,它是判别坡面是否发生冲淤的依据。本文总结了现有的坡面流挟沙力计算公式,并利用实验数据对各公式的适用性和局限性进行了评价。结果表明:Low和Abrahams公式只有在不考虑降雨的情况下可以较好地预测坡面流挟沙力;Shih公式虽然考虑了降雨影响,但只适用于特定的水力条件;Guy公式将挟沙力分为坡面流贡献和降雨贡献两部分,用实验数据重新率定参数后,能更好地预测坡面流挟沙力。此外,临界Shields数作为泥沙颗粒启动的判别条件在降雨影响下不再适用于坡面流。     

多沙河流水流输沙能力的研究

河道中出现的高含沙量水流绝大部分属于非均质两相水流，和低含沙水流一样，同样存在水流挟沙力问题.但由于高含沙水流性质的改变，其挟沙能力关系式与低含沙水流存在着较大的差别.本文分析了国内应用最为广泛的水流挟沙力关系式所存在的一些问题，提出了以水流紊动支持泥沙悬移为基础的水流挟沙力公式，并通过水槽输沙试验得到了含沙量较高(S>40kg/m3)时的一种新型挟沙力公式.该公式通过黄河下游、洛惠渠等实测资料的验证，结果令人满意，可应用于计算不同河槽形态的河道输沙能力，水流阻力.