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.     

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。     

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.     

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。     

坡面沟蚀及其分形特性试验研究

随着降雨击溅及坡面径流的持续冲刷,坡面侵蚀将由面蚀向沟蚀转化,并形成复杂的坡面微地形,坡面微地形又将改变坡面侵蚀方式。通过降雨及直接径流冲刷条件下的坡面侵蚀试验,研究了坡面侵蚀过程和冲刷流速(量)、侵蚀率与坡面微地形分形特征之间的关系,结果表明:侵蚀坡面地形分维值与冲刷流量和坡度存在明显的相关关系,把流速和坡面侵蚀率作为坡面地形演变的直接指标,均存在分维值随其先增大后减小的规律。     

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

根据黄土高原高含沙水流的特点,认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示,关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上,以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区,其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明,治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系,被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力,且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀,使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充,达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为,在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下,治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明,在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。     

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。     

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。     

坡长在坡面侵蚀产沙过程中的作用

通过对陕西北部子洲径流站坡长分别为20m,40m,60m径流小区实际观测资料的分析,揭示出坡长在黄土高原丘陵沟壑区的坡面侵蚀产沙过程中的一些规律和侵蚀机理.当径流小区坡面产流量相同时.20m坡长小区单位面积侵蚀率最大,随坡长增加,侵蚀率递减.当实测的降雨条件类似时,虽然累积径流量,侵蚀产沙量随坡长增加而增加,但一般在20～40m坡段,径流系数最大,单位面积侵蚀率最高.当坡长为60m左右时,水流含沙量基本趋于稳定.当最大30min雨强较小时,会出现“径流退化”现象.     

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。     

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。     

黄土坡面地表径流挟沙能力研究综述

地表径流挟沙能力是研究黄土坡面侵蚀演变和坡面侵蚀产沙预测预报的基本参数,对坡面侵蚀控制具有十分重要的意义。本文在对国内外坡面地表径流挟沙能力的相关研究进行分析总结的基础上,提出了黄土坡面地表径流挟沙能力研究中急需解决的一些关键问题。     

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。     

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.     

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。     

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。     

生草覆盖条件下不同降雨强度对紫色土坡面侵蚀产沙的影响

造林种草,增加植被覆盖度是防止土壤侵蚀的重要措施.通过人工模拟降雨试验,探讨生草覆盖下紫色土坡面侵蚀产沙的动态变化.结果表明,有生草覆盖的坡面径流含沙量较裸地的径流含沙量更快达到稳定状态;坡面侵蚀产沙率随覆盖度增加呈指数型递减,且坡下种草的减沙效果最好;覆盖度与降雨强度对坡面侵蚀产沙量的影响存在对比消长关系,但生草覆盖度对产沙量的影响小于降雨强度的变化对产沙量的影响.     

降雨条件下不同土壤类型的坡面径流侵蚀产沙试验研究

利用人工模拟降雨试验,研究我国最具代表的4种侵蚀性土壤,即红壤、紫色土、黑土和黄土,降雨雨强和坡度对坡面径流侵蚀产沙的影响以及坡面径流与侵蚀产沙的相关性,结果表明,4种土壤的坡面平均产沙强度均随降雨雨强和坡度的增大而增大,其抗侵蚀能力大小依次为紫色土、红壤、黑土和黄土;对人工模拟降雨试验坡面平均产沙强度进行二因素方差分析,计算所得的P值均小于0.05,说明降雨雨强和坡度对坡面侵蚀产沙强度的影响显著;分析4种土壤坡面侵蚀产沙与径流的关系,得出坡面产沙强度随径流强度的增大而增大,且两者之间存在较好的幂函数关系。     

细沟侵蚀过程的双土槽试验研究

利用位于坡面上部的供沙土槽和坡面下部的试验土槽的双土槽径流小区，定量分析了不同降雨强度下上方来水来沙对陡坡地细沟侵蚀产沙过程的影响及其细沟水流水力学特征参数与坡上来水引起的坡下方净侵蚀产沙量的关系，建立了细沟水力学参数与坡下方净细沟侵蚀产沙量的统计模型。     

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。