雨强对工程堆积体侵蚀规律和细沟发育的影响

以陕西杨凌周边开发建设项目弃土堆积体表层土壤为试验材料,模拟野外最常见的散乱锥状堆积体的形成过程和堆置形态。在室内模拟降雨的条件下,设计了七组降雨强度(1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5mm/min),研究了雨强对物质组成为全土的锥状工程堆积体的产流产沙规律和细沟发育的影响。结果表明:1降雨强度对径流率和侵蚀速率的变化规律有着显著的影响,在不同的降雨条件下,径流率和侵蚀速率随时间的变化规律不同;2各雨强条件下,细沟长度、宽度和深度的变化趋势不同,其中细沟长度与侵蚀速率之间存在着显著的正相关关系;3在产流初期(0~10 min),侵蚀速率随雨强的增大呈现出一条较为平缓的曲线,产流时间10 min后,侵蚀速率随雨强的增大呈现出指数增大的趋势;4总侵蚀量与雨强之间存在着明显的指数关系。     

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。     

坡面各侵蚀分带的侵蚀特征对降雨雨型的响应

以不同侵蚀带的径流小区为研究对象,统计试验地附近土壤侵蚀观测站6年降雨、径流泥沙观测资料,对浅沟坡面不同侵蚀带侵蚀产沙对降雨雨型的响应,结果表明:随着降雨强度的提高,不同土壤侵蚀分带的径流量均呈增加趋势,且短历时、高强度暴雨在片蚀带、细沟侵蚀带和浅沟侵蚀带的径流量与土壤侵蚀量均最大;不同侵蚀分带径流产沙量呈显著的线性关系;随着降雨强度的增加,浅沟侵蚀带径流产沙量逐渐增大,不同降雨强度下,片蚀带径流产沙量均较小,表明发生坡面侵蚀的主要原因是由于沟蚀的径流产生引起的。在不同降雨雨型下的线性函数方程中,均以A1降雨雨型下三个侵蚀分带回归方程的斜率最大,且土壤侵蚀量与降雨强度之间呈显著的正相关关系。     

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。     

神府矿区土质道路侵蚀及其与径流特性的关系

为明确神府矿区土质道路土壤侵蚀特征,采用野外模拟降雨的试验方法,研究了不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mm/min)条件下矿区3°和6°土质道路土壤侵蚀过程及其与径流特性的关系。结果表明:道路侵蚀速率随降雨历时呈突增—波动—稳定的变化过程,且雨强和坡度越大,侵蚀过程的波动程度就越高;相同雨强条件下,6°坡侵蚀速率是3°坡的2.61~3.46倍,两坡度道路侵蚀速率与雨强和径流率均成极显著的线性函数关系(显著性水平P0.01)。回归分析表明,侵蚀速率与径流深成极显著的幂函数关系(P0.01),与径流剪切力、径流功率、单位径流功率均成极显著的线性函数关系(P0.01),道路发生土壤侵蚀的临界径流剪切力、径流功率、单位径流功率分别为0.80 N/m~2、0.056 W/m~2、0.005 8 m/s。     

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。     

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。     

上方来水来沙对细沟水流水力学参数的影响

利用供沙土槽和细沟土槽双土槽径流小区系统 ,定量分析了粘黄土陡坡地在 5 0、90和 1 30mm h降雨强度下上方来水来沙对坡下方细沟水流水力学参数变化的影响。结果表明 ,上方来水的汇入和降雨强度的增大 ,可使细沟水流流态由层流转变为紊流。上方来水来沙使细沟水流的流速、雷诺数、弗罗得数明显增大 ,而阻力系数明显减少 ,从而导致细沟侵蚀产沙量增大。定量分析了细沟水流流速、雷诺数和阻力系数与上坡来水引起坡下方净细沟侵蚀产沙量的关系 ,建立了一定条件下净细沟侵蚀产沙量与流速相对增量、雷诺数相对增量和阻力系数相对减量的数学统计模型     

黄土区生产建设工程堆积体石砾对侵蚀产沙影响

以黄土区工程堆积体概化下垫面为对象,采用人工模拟降雨方法,研究石砾含量对径流产沙的影响。结果表明:在坡度小于25°时,石砾存在增强坡面径流路径弯曲度,延缓径流形成;平均流速、平均径流率随雨强增大而递增,剔除坡度、雨强影响,平均流速随石砾含量增加呈线性递减;随着坡度递增,平均径流率减少24.50%~32.96%;雨强、坡度对平均侵蚀速率影响显著,雨强为1.0时平均侵蚀速率仅为2.5mm/min时的2.19%~23.42%,35°时的平均侵蚀速率是15°的1.50~3.91倍。石砾存在可延缓坡面径流形成时间且有效减少土壤侵蚀。     

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。     

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。     

坡沟系统侵蚀时空分布特征试验研究

依托水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室的水土流失试验厅,采取高精度三维激光扫描技术获取坡沟系统不同侵蚀发育阶段的地形Grid数据,借助Arc GIS软件中Arc Toolbox的3D Analyst工具和数据管理工具模块的分析功能,从时间和空间角度分别对坡沟系统侵蚀发育过程进行量化分析。研究表明:1坡面侵蚀和沟坡侵蚀对坡沟系统产沙量贡献率的大小受降雨历时和侵蚀发育阶段影响,降雨初期的面蚀阶段以沟坡侵蚀为主,继而向坡面侵蚀为主转化。在雨强85 mm/h、降雨历时60 min的模拟试验条件下,降雨过程的前20 min面蚀阶段坡面与沟坡侵蚀贡献率之比约为3∶7,降雨过程的后20~60 min的细沟和切沟侵蚀阶段坡面与沟坡侵蚀贡献率之比约为7∶3;2径流含沙量与地表侵蚀空间不同步,试验条件下径流含沙量峰值区约滞后于侵蚀强度较大部位2个断面(2 m)。     

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.     

砾石作用下松散红壤堆积体坡面产流产沙特征

为了探究松散红壤工程堆积体在不同降雨条件下的径流产沙特性,基于野外调查统计结果构建堆积体试验槽模型,通过模拟降雨试验研究不同降雨强度下纯土和20%砾石含量堆积体的径流产沙的差异。结果表明：(1)砾石作用延缓堆积体坡面径流发生时间的平均滞后效益为299.56%;2种堆积体径流率随产流历时呈递增变化,随降雨强度增大,平均径流率递增34.48%～244.83%,土石混合堆积体平均径流率相较于纯土减少6.54%～45.83%,平均流速减少13.76%～30.54%。(2)降雨强度≤1.5 mm/min时堆积体侵蚀速率随产流历时总体缓慢递增或趋于稳定,土石混合堆积体平均侵蚀速率比纯土减少80.39%～84.95%;但在强降雨条件下（2.0 mm/min）纯土堆积体侵蚀速率呈快速增大后递减变化,土石混合堆积体侵蚀速率波动递增,且土石混合堆积体平均侵蚀速率比纯土增大20.04%。(3)降雨强度和砾石均会改变堆积体坡面径流产沙和流速,差异显著（P<0.05）且呈“水大沙多”的特点。研究结果可为堆积体水土流失防治措施布设提供指导,为建立工程堆积体土壤侵蚀预测模型提供基础数据。     

模拟降雨条件下工程堆积体产流产沙特征研究

试验选取江西红壤为研究对象,设计四种降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5mm/min)与四种砾石含量百分数(0%、10%、20%、30%)相组合,在室内通过降雨试验对坡顶平台有车碾压堆积体在降雨过程中的流速、径流含沙量和侵蚀速率的变化规律进行了研究。结果表明:堆积体坡面径流流速在整个降雨过程中大体上处于稳定波动状态,是降雨强度和砾石含量共同作用的结果,并得到了流速与降雨强度和砾石含量的关系式;径流含沙量随时间变化曲线可被描述为"先增大—再小幅度减小—再稳定—再急剧减小—最后小幅度上升"的趋势,同时分析得到了坡顶平台有车碾压堆积体出现二次侵蚀的临界时间为降雨后48min左右;侵蚀速率随着降雨强度和砾石含量的增大均会增大,拟合了侵蚀速率与降雨强度和砾石含量的关系式。     

坡沟侵蚀水沙搭配关系的阶段性特征研究

坡沟系统是侵蚀产沙规律研究和水土保持生态治理的基本单元,研究坡沟系统侵蚀水沙搭配关系的时段特征,对于因地制宜适时布设水土保持措施具有重要意义。采取人工降雨模拟试验方法,分析了3种不同雨强下坡沟系统土壤侵蚀的产流产沙过程和侵蚀过程中水沙搭配关系的阶段性特征。结果表明:一定的下垫面条件下,在坡沟系统土壤侵蚀过程中存在雨强临界点,小于临界雨强时,产流产沙量随雨强的增大而急剧增大,雨强越大,侵蚀发育阶段进展越快,超过临界雨强时产流产沙量随雨强的增大和侵蚀发育的演进均有所减弱;雨量和雨强均为影响侵蚀产沙过程的重要因素,试验条件下,雨强对产流速率和产沙速率的作用系数分别是累计降雨量对其作用系数的2.1倍和2.2倍,说明雨强对产流产沙的影响更大;准浅沟侵蚀阶段的坡沟侵蚀水沙搭配关系明显不同于面蚀和细沟侵蚀阶段,同一径流量下,准浅沟侵蚀阶段的产沙量明显增大。     

降雨过程中黄土坡面微地形因子与侵蚀关系研究

以断续降雨过程中不同阶段的黄土坡面栅格单元地形信息为研究对象,通过12段30 min、 60 mm/h雨强的降雨进行模拟降雨试验,对微坡度、微坡向与黄土坡面侵蚀过程、细沟形态演变的相互影响进行研究。研究结果表明：坡面微坡度与微坡向的变化主要集中在降雨初始阶段(0～30 min),后续阶段(30～360 min)变化幅度较小,微坡度和微坡向变化与坡面时段侵蚀量显著正相关。细沟网络形成后,微坡度<15°区间和45°以上区间栅格占比缓慢上升,且主要产生于细沟内部,细沟内部在发育过程中会产生泥沙堆积的平台和坡度较大的陡坎。细沟的发育过程是细沟内径流的剥蚀和边壁不稳定土体的坍塌共同作用的非均匀发育过程,径流的剥蚀和土体的坍塌互相促进,加速了细沟的发育过程,从而造成了侵蚀量的波动。细沟侵蚀过程中坡面微坡向以坡面坡向为主导,坡面坡向栅格占比在30 min后保持不变,而细沟总表面积逐渐增加,说明微坡向与坡面同向的细沟栅格数增加。细沟会产生有一定宽度的沟底,沟道的横截面由“V”形向“U”形过渡。除北向外,其余微坡向栅格数变化与细沟密度、细沟割裂度、细沟复杂度、细沟累计长度和细沟平均宽度显著相关,微...     

黄土坡面侵蚀产沙分配及其与降雨特征关系的研究

本文根据天然降雨径流小区资料,研究了陕北黄土丘陵区坡面不同侵蚀带的产沙分配,以及降雨因素对其影响.结果表明,细沟浅沟侵蚀带是沟间地泥沙的主要来源;各侵蚀带产沙量随雨量、雨强的变化趋势一致,但在不同强度级降雨下,各侵蚀带产沙盈随雨强变化的幅度相差很大.经分析得出了各侵蚀带侵蚀量与30min最大雨强的关系模型,提出了不同侵蚀带侵蚀发生的临界雨量和临界雨强值,以及反映雨强影响作用规律的两个特殊雨强值.     

不同因素对重庆紫色土坡面细沟侵蚀产沙过程的影响研究

为揭示重庆紫色土坡面细沟形态、降雨强度和坡度对侵蚀产沙过程的影响,通过室内模拟人工降雨试验,定量分析不同降雨强度、不同坡度、细沟形态变化和不同降雨方式对细沟侵蚀产沙过程的影响,探讨细沟侵蚀强度在不同试验条件下的变化特征。结果表明：重庆紫色土坡面细沟侵蚀径流量和产沙量均随着坡度和降雨强度的增加而增加;坡面的水沙过程与细沟在形成和发育时关系密切,产沙量和侵蚀速率与细沟形态参数有显著的对数关系（r＞0.7）。研究结果可以为紫色土耕地细沟侵蚀防治提供理论支持。     

黑垆土坡面细沟形态演变规律试验研究

为探究黒垆土坡面细沟形态变化规律,运用三维激光扫描技术和人工模拟降雨方法,以黑垆土为对象,选取60 mm/h雨强对面积为15 m~2的20°坡面进行历时均为1 h的三场模拟降雨试验,分析了黑垆土坡面细沟发育过程。结果表明:(1)前两次降雨坡面以断续细沟为主,侵蚀方式主要为溯源侵蚀,第二场降雨结束时,细沟累积长度、平均宽度、平均深度分别为38.17 m、0.19 m、0.10 m,坡面细沟总面积占试验土槽面积的19.8%;第3次降雨坡面以连续细沟为主,细沟溯源侵蚀作用减弱,细沟沟壁崩塌和沟底下切增强,细沟累积长度减少5.66%,细沟平均宽度、平均深度、总面积分别增加了26.32%、60%、24.24%。(2)细沟平均宽度、平均深度、等高线偏离度沿斜坡长呈先增后减再增的波动现象,随着降雨场次的增加,细沟形态参数在沿坡长4～6 m处的最大值出现上移。径流能量的消长对坡面细沟形态演变规律具有明显影响。(3)细沟宽度和细沟深度在前两场降雨随距细沟沟头长度的增加呈先增后减趋势,在第三场降雨呈先增后减再增的趋势。细沟深度随细沟宽度的增加而增加,在当细沟深度到达犁底层后,细沟深度增加变缓,细沟宽度增加变快。