原状砒砂岩坡面产流产沙规律试验研究

为深入了解砒砂岩坡面的侵蚀产沙特征,在野外建立了人工原状砒砂岩坡面,通过放水冲刷试验对比研究了白色和红色原状砒砂岩坡面的产流、产沙过程。结果表明:白色砒砂岩坡面水分入渗率为18.9 mm/h,小于红色砒砂岩坡面的47.0 mm/h;白色和红色原状砒砂岩坡面水流平均流速与流量呈幂函数关系,相同冲刷流量条件下红色砒砂岩较白色砒砂岩产沙量及坡面水流含沙量大、抗侵蚀性弱;受水分入渗率和砒砂岩颗粒分离速度的控制,两种坡面土壤剥蚀率与单宽流量之间呈向下弯曲的二次曲线关系;两种砒砂岩坡面土壤剥蚀率与水力学参数的相关关系相似,说明其侵蚀产沙的水力学机制是一致的。     

W-OH固化剂防治砒砂岩坡面侵蚀的临界量研究

利用室内径流试验方法,研究W-OH固化剂控制砒砂岩坡面侵蚀的临界浓度和喷洒量。通过对不同浓度、不同喷洒量W-OH处理坡面的径流量、产沙量、径流流速研究得出:W-OH喷洒量为1.5 L/m~2,浓度为2%、3%、4%时,具有明显的减沙效益,其中浓度为4%时具有明显的减水效益;为有效减轻砒砂岩坡面的径流冲刷,W-OH的喷洒浓度控制为4%、喷洒量控制为1.5 L/m~2较为适宜。     

工程堆积体土石质边坡径流特征及其产沙效应

工程堆积体边坡侵蚀产沙是生产建设项目区新增水土流失的主要来源之一。通过室内模拟降雨试验,以土质边坡为对照,研究了不同雨强(1. 0 mm/min、2. 5 mm/min)不同砾石质量含量(10%～30%)条件下风沙区工程堆积体土石质边坡径流强度与流速特征及其对产沙的影响。结果表明:(1)各雨强下径流强度随砾石含量增大先减后增,10%砾石含量堆积体边坡径流强度较土质边坡降低3. 3%～38. 6%,20%～30%砾石含量堆积体坡面径流强度较土质坡面增加7. 7%～94. 7%。(2)含砾石边坡流速较土质边坡降低0～45. 8%。1. 0～2. 0 mm/min雨强下,流速随砾石含量增大变化趋势与径流强度一致,而在2. 5 mm/min雨强下则持续减小。(3)土质边坡流速与径流强度关系可通过幂函数描述(P 0. 01),而砾石含量越高,雨强越大时,二者之间的关系转变为开口向下的二次函数形式(P 0. 01)。(4)次降雨产沙量与径流流速、径流强度及其二者交互项呈极显著线性相关关系,其中,流速可作为预测风沙区工程堆积体土石质边坡次降雨侵蚀产沙量的最优选指标。研究结果可为工程堆积体土石质边坡侵蚀产沙预测提供一定的参考。     

人工降雨条件下扰动坡面土壤侵蚀规律研究

应用人工模拟降雨实验,拟定3种不同雨强对砂土、粉壤土、石质土和黏土4种`不同土壤质地扰动坡面产流产沙规律进行研究。结果表明：地表径流的产流开始时间随着雨强的增加缩短,在3.3~24.9min之间变化;坡上、坡中、坡下的径流流速呈现递增的趋势,但是整个坡面的单位水流功率在降雨过程中变化不大;石质土和黏土的产沙量最大,且在降雨过程中呈现先增后减的趋势,而砂土和粉壤土的产沙量不大且呈现增加的趋势;同一坡度同样降水量情况下产沙量呈现石质土>粉壤土>砂土的规律;黏土坡面的产沙量随着雨强的增大而增大。     

水蚀风蚀交错区不同坡长坡面产流产沙过程

通过野外径流冲刷模拟试验,研究了水蚀风蚀交错区不同坡长坡面产流产沙过程。结果表明:1坡面径流起始时间、止流时间随着坡长的增加而增加,起流阶段坡长每增加一倍,起流时间不呈比例增加,但止流阶段坡长每延长一倍,止流时间呈比例增加;2在整个冲刷过程中,4、8、16 m坡长的平均流速分别为0.165、0.170、0.177 m/s,随着坡长的增加,平均流速略有增大,瞬时流速最大值发生在8 m坡长的坡面,4、8 m坡长的坡面径流流速总体上随着冲刷历时波动幅度比16 m坡长的剧烈;34、8、16 m坡长的平均侵蚀速率分别为54.15、75.32、23.02 g/(m2·min),随着坡长的增加,侵蚀速率呈先增大后减小的变化趋势,冲刷过程中4 m和8 m坡长的侵蚀速率陡涨陡落,16 m坡长的变化相对平缓;4坡面产流3 min之内,不同坡长坡面径流的含沙量均出现峰值,进而出现不同程度的下降,而且随着坡长增加,含沙量呈现先增大再减小的变化趋势。     

多场次降雨条件下覆沙坡面的径流产沙特性试验研究

基于可控坡面进行多场次降雨试验,对覆沙坡面的产流产沙特性进行研究,以期为揭示黄土高原风蚀水蚀交错区风水复合侵蚀机理研究提供科学依据。结果表明:覆沙坡面的初始产流时间远大于裸坡,相对延迟了5.3~11.2倍,多场次降雨条件下,产流时间显著提前。首场降雨下,覆沙厚度为1cm,当雨强由1mm/min增加到1.5mm/min,覆沙坡面径流量、产沙量分别增加了0.87倍、0.85倍;雨强为1.5mm/min时,当覆沙厚度由0.5cm增加到1cm,首场降雨的径流量、产沙量分别减小了9.6%、12%。相对于裸坡,覆沙坡面产沙量较大,产沙过程较剧烈,首场降雨产沙量占总产沙量的70%以上,是裸坡的8.9~10.8倍,但在多场次降雨条件下,产沙量显著减小,并趋于稳定。研究结果表明坡面覆沙在一定程度上加剧了土壤侵蚀,可为揭示风蚀沉积物对水蚀过程的作用机理研究提供参考。     

模拟降雨条件下黄土区边坡植物护坡效应

为研究寒旱环境下草本和灌木植物固土护坡作用,以西宁盆地作为研究区,采用野外模拟降雨试验装置,分别对自建试验区草本植物垂穗披碱草和细茎冰草、灌木植物柠条锦鸡儿和霸王以及裸坡开展模拟降雨试验。试验结果表明:在降雨强度为35 mm/h、降雨历时为90 min时,裸坡坡面单位面积累计产流量与累计产沙量均相对较大,分别为4 816.52 m L/m2、30.10 g/m2,霸王与柠条锦鸡儿边坡的分别为4 082.79 m L/m2、18.58 g/m2与4 329.01 m L/m2、21.70 g/m2,垂穗披碱草与细茎冰草边坡的分别为3 693.18 m L/m2、13.92 g/m2与3 469.35 m L/m2、10.20 g/m2;裸坡雷诺数(平均值为132)与弗劳德数(平均值为0.11)比灌木与草本植物边坡的大,反映了裸坡坡面水流侵蚀现象最严重;草本植物边坡阻力系数比灌木边坡的大,说明草本阻滞坡面径流作用比灌木的大。     

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.     

冲蚀条件下砒砂岩坡面细沟侵蚀特性分析

通过室内变坡角水槽冲刷试验,发现砒砂岩产沙率随冲刷历时先增大再减小最后趋于稳定,峰值出现在2~4 min。随坡角不断增大,产沙峰值出现时间逐渐提前,且含沙量明显增大,15°~35°之间存在临界值,该值附近产沙率较大。借助土壤水蚀预报模型(WEPP)得到砒砂岩冲蚀条件下的可蚀性参数K_r及临界抗剪切应力τ_c。研究结果表明:坡角为5°时砒砂岩的可蚀性参数为0.002 0 kg/(N·s),远小于其他坡角的,因此坡角小于5°的砒砂岩难以发生冲蚀,而10°、15°、25°、35°四种坡角的砒砂岩坡面可蚀性参数均值为0.048 2 kg/(N·s)。建立了砒砂岩冲蚀条件下细沟侵蚀产沙预测模型,验证了该模型的适用性。     

不同雨强和坡比条件下黄土边坡降雨入渗研究

降雨诱发滑坡是我国黄土地区的主要地质灾害之一,为了给黄土边坡防护设计提供参考,采用室内边坡降雨模型箱,开展了2种降雨强度(中雨7.00 mm/d、大雨10.75 mm/d)和2种坡比(1∶0.5、1∶1)条件下的模型边坡降雨试验,实测边坡土体含水率、基质吸力及边坡形态变化情况,比较了不同降雨强度和坡比条件下降雨入渗的差异。结果表明:黄土边坡降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨入渗速率坡顶最高、坡脚次之、坡中最低,雨水的入渗能力随着入渗深度增加而减弱;降雨结束后边坡湿润锋深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,即降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨强度越大边坡湿润锋深度越大,坡比越大边坡坡中降雨入渗深度越小;不同降雨强度和坡比条件下,边坡不同位置处基质吸力稳定值坡中最大、坡顶次之、坡脚最小,降雨强度越大基质吸力稳定值越小、相应的含水率越低、降雨入渗速率越高,坡比越小边坡坡中降雨入渗速率越高、入渗深度越大;降雨初期坡面未产生径流,随着降雨历时的延长,表土逐渐饱和、坡面产生径流现象,降雨强度和坡比越大边坡表层土体剥落越严重、坡面径流深越大。