基于分形维数的坡面侵蚀过程泥沙颗粒变化研究

以红壤为研究对象,选取2个坡度10°、15°和3种雨强60、90、120mm/h进行室内降雨实验,结合单重分形(D)和多重分形(D_(1)、D_(2))理论研究降雨过程中径流泥沙和不同深度土层的泥沙分布变化。结果表明:降雨前30min分形维数的变化可以表征溅蚀、跌坎发育、细沟侵蚀三个阶段;整个降雨过程入渗水流仅改变0~20cm土层的颗粒组成。坡度对径流携沙能力的增加有显著影响,不同深度的土颗粒运移主要受到雨强大小影响。

全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀影响因素及交互作用

为了查明全风化花岗岩地区输油气管道作业边坡坡面水土流失问题,通过野外典型边坡边界条件测量、坡面侵蚀特征冲沟沟深、冲沟截面积数据采集、岩土体取样测试,并结合室内模型降雨试验等方法。结果表明:降雨、坡长、坡度、汇水面积、岩土体特性5种因素均影响全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀。产沙率和产流率随着降雨强度的增大而增大。坡长、坡度、汇水面积与冲沟沟深和冲沟截面积呈正相关关系,且随着坡长、坡度、汇水面积的增大,冲沟沟深和冲沟截面积也在增大。通过取样测试发现,原状土与回填土的颗粒组成相对含量具有较大差异,初始回填土粒度级配为良好土。降雨冲刷初期回填土坡面径流主要携带粉粒和黏粒。5年回填土相对于原状土,孔隙率增加到原来的1.13倍,土体渗透系数增大1个数量级,饱和状态下黏聚力降低为原状土的67.6%,内摩擦角降低为原状土的87.5%。通过查明全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀影响因素及其作用,为后续的边坡治理提供依据。

典型泥石流小流域降雨和土地利用对坡面侵蚀的影响

[目的]揭示泥石流小流域降雨和土地利用对流域内坡面侵蚀的影响和作用,为泥石流的生态治理提供科学依据。[方法]以白龙江流域一级支沟——甘家沟泥石流小流域为研究区,基于该流域已建的5个径流小区(裸地、坡耕地、草地、土坎梯田、经济林地)连续5年的观测资料,利用K-均值聚类法,选择降雨量(P)、降雨历时(D)和最大30 min降雨强度(I30)3个降雨指标,将该流域46次侵蚀性降雨事件划分为3类雨型(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型),以平均径流系数和平均土壤流失量为主要指标,定量化分析了不同降雨雨型和土地利用类型对坡面产流产沙的影响和作用。[结果]径流和土壤流失对降雨的响应存在差异,平均径流系数为Ⅰ型降雨最高,其次为Ⅲ型和Ⅱ型降雨;土壤流失量为Ⅱ型降雨>Ⅰ型降雨>Ⅲ型降雨。最大30 min降雨强度与5种土地利用类型的径流系数和土壤流失量的正相关性最高,其次为降雨量、降雨历时。5种土地利用类型的平均径流系数为裸地>经济林地>坡耕地>草地>土坎梯田,土壤流失量为裸地>坡耕地>经济林地>草地>土坎梯田。降雨和土地利用相互作用下,径流和土壤流失因雨型和土地利用方式不同而存在差异性,且认为在控制土壤侵蚀和减少泥石流坡面物源方面应避免大规模种植油橄榄。[结论]最大30 min降雨强度是影响该流域降雨侵蚀力的关键降雨指标,土坎梯田可较好控制坡面侵蚀,草地的减流减沙效果显著,研究结果可为坡面水土流失和泥石流防治提供科学依据。

红壤表土团聚体粒径对坡面侵蚀过程的影响

以湖北省咸宁市的3种典型红壤为研究对象,利用试验土槽,采用室内人工模拟降雨方法,研究土壤团聚体粒经对坡面径流和侵蚀的影响以及泥沙特性。结果表明,在前期含水量、坡度一致的条件下,随着团聚体粒径的增大其稳定性减小,坡面初始产流时间缩短;侵蚀量也随着团聚体粒径的增大而减小,供试3种土壤中<2mm团聚体侵蚀量最大,依次为3.40、2.55、3.33gm-2min-1。侵蚀泥沙平均重量直径随着坡面表土团聚体初始粒径的增大而减小。研究结果有助于深入了解坡面侵蚀机理,为泥沙输移模型开发提供必要的土壤参数。

红壤表土团聚体稳定性对坡面侵蚀的影响

通过野外人工模拟降雨试验,研究了第四纪红粘土、泥质页岩和花岗岩三种母质发育的红壤团聚体稳定性对土壤坡面侵蚀和侵蚀泥沙特性的影响.结果表明：坡面土壤侵蚀量和径流强度与土壤团聚体稳定性存在显著负相关关系,且不同团聚体稳定性指标与二者相关程度存在差异,其中湿筛团聚体平均重量直径（MWD）和》0.25 mm水稳性团聚体含量（WSA0.25）与侵蚀量和径流强度相关程度最高,快速湿润中1～0.5 mm团聚体和湿润振荡中2～1 mm团聚体标准化平均重量直径（NMWD）与二者的相关性也达到了显著;泥沙粒径与湿筛MWD和WSA0.25之间相关关系（偏相关分析）呈显著正相关（r=0.8283^＊,r=0.8209^＊）;快速湿润中1～0.5 mm团聚体和湿润振荡中2～1 mm团聚体的NMWD与泥沙粒径也存在较好正相关关系（r=0.7458,r=0.6859）.泥沙粒径和水流功率在本研究中未表现出较好相关性（r=-0.1852）.

亚热带地区几种红壤坡面侵蚀泥沙的物质组成特性

以三种母质发育的5个红壤为研究对象，在人工降雨条件下，研究不同降雨动能坡面侵蚀泥沙的颗粒分布特征及物质组成状况。结果表明：侵蚀泥沙的颗粒分布受土壤母质和降雨侵蚀力影响差异较大，相同母质红壤产生泥沙的颗粒组成特征相似，纱网覆盖条件下泥沙中细颗粒（〈0.02mm）相对含量普遍高于裸地，泥质页岩发育红壤（HS）和花岗岩发育红壤（TG1和TG2）泥沙（分散后）表现为黏粒和粉粒的富集，富集率为1.15~3.14，第四纪红黏土发育红壤（HQ1和HQ2）泥沙中（分散后）砂粒富集比较明显，富集率最高为3.84；对于HS、TG1和TG2土壤而言，泥沙中有机质（OM）、游离氧化铁铝（Fed和Ald）主要分布在〈0.05mm粒径中，而对于HQ1和HQ2土壤而言，则主要分布在〉0.25mm和〈0.05mm两个粒级的泥沙颗粒中，其中有机质（OM）富集最明显；泥沙中OM、Fed和Ald之间达到极显著相关（r≥0.82），而且它们与土壤中阳离子交换量（CEC）、Fed、Ald、非晶形氧化硅（Sio）、黏粒含量的相关性也达到极显著水平（r≥0.81），说明泥沙中这些物质间相互影响，而且很大程度上取决于供试土壤的自身物质含量。

不同湿润速率对三种红壤坡面侵蚀过程的影响

以三种典型红壤为研究对象,采用室内人工模拟降雨方法,研究了湿润速率对坡面径流和侵蚀的影响以及泥沙特性。实验结果表明:在坡度为15°、降雨强度为60mmh-1条件下,湿润速率越大,产流时间越慢,稳定径流强度越大。供试三种红壤QP1、QP2和QP3快速湿润时稳定径流强度较慢速湿润分别增加60%、37%和21%。同样,坡面侵蚀量也随着湿润速率的增大而增加,供试三种典型红壤在快速湿润条件下侵蚀量较中速湿润分别增加23%、28%和61%,较慢速湿润分别增加112%、85%和159%。侵蚀泥沙的平均质量直径随着湿润速率的增大而减小。研究结果有助于深入理解团聚体破碎机制以及坡面侵蚀机理,为侵蚀模型提供必要的参数。

坡面侵蚀形态转变过程的REE示踪法研究

利用REE元素示踪法,采取沿坡面垂直分层布设的新的试验布设方法,通过室内模拟降雨试验,研究了次降雨条件下坡面侵蚀形态的转变过程和细沟的发育发展过程。研究结果表明,降雨初期坡面以面蚀为主,细沟出现后,坡面侵蚀将加快加剧;随着降雨时间的延续,累积面蚀量和细沟累积侵蚀量都将逐渐增加,后者的增加速率大于前者,面蚀所占总侵蚀量的百分比随降雨时间呈曲线形式逐渐递减,细沟侵蚀则逐渐增加;试验结束时细沟侵蚀量分别为面蚀量的4～5倍。本研究为定量区分片蚀和细沟侵蚀量以及坡面侵蚀过程中片蚀向细沟侵的转变以细胞侵蚀发生、发育提供了新的思路和解决途径。

WEPP模型在紫色土坡面侵蚀预测中的应用研究

WEPP模型是一种基于侵蚀过程的计算机土壤侵蚀预测模型。本文通过对遂宁市紫色土产流、产沙侵蚀的观测,运用WEPP模型进行单次降雨侵蚀预测,并与实测值进行比较。通过分析比较结果,认为WEPP模型对紫色土侵蚀过程预测合理,为进一步研究WEPP模型对紫色土多年侵蚀预测提供参数参考。

东北黑土区顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程对比

[目的]以无垄作坡面侵蚀过程为对照,研究顺坡垄作坡面土壤侵蚀过程及机理,为东北黑土区坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]基于人工模拟降雨试验,设计了3个降雨强度（50,75和100mm/h）以及1个坡度（即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°）,进行顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程的对比研究。[结果]顺坡垄作坡面径流量和侵蚀量分别较无垄作坡面增加了1.2~1.7和1.3~2.1倍,径流和侵蚀过程也发生了变化。与无垄作坡面相比,顺坡垄沟的集中汇流作用使坡面水流流速增加了1.0~2.3倍,径流剪切力增加了0.7~1.2倍,其坡面侵蚀方式也由片蚀为主转变为以细沟侵蚀为主,细沟侵蚀量可占总侵蚀量的55.3%~65.6%。[结论]坡面水流流速增加和细沟侵蚀发生是导致顺坡垄作坡面土壤侵蚀增加的主要原因。

黄麻土工布控制红壤坡面侵蚀的研究

采用长期室外径流观测和人工模拟降雨的方法 ,在第四纪红色粘土母质发育的红壤上进行黄麻土工布保持水土的研究 ,结果表明 :黄麻土工布具有很好的水土保持效果 ,能推迟初始产流时间 ,减少径流 ,防止沟蚀产生 ,与裸地相比 ,保水效益高达 75 % ,保土效益达 99%。黄麻土工布覆盖并结合营造植物 。

降雨强度和坡度双因子对紫色土坡面侵蚀产沙的影响

利用室内模拟降雨试验研究了降雨强度和坡度双因子对紫色土坡面侵蚀产沙过程的影响。试验结果表明:坡面产沙过程和侵蚀形态的演变与降雨强度和坡度的变化密切相关,降雨强度和坡度增大使径流量很快达到细沟发生的临界流量并加剧细沟形态的演变过程,产沙率由于细沟的产生和发展而急剧增加,并呈现跳跃性的波动。各降雨强度下,在5°～25°范围内,侵蚀量随坡度的增大而增大,30°时开始减小,在25°附近存在坡面侵蚀的临界坡度。降雨强度和坡度两个因子对侵蚀量的贡献率存在对比消长关系。降雨强度和坡度都较小时,坡度对侵蚀过程起主导作用;当降雨强度较大或者达到临界坡度以后,则降雨强度对侵蚀过程起主导作用。

REE示踪研究坡面侵蚀时空演变过程

在室内人工模拟降雨条件下,通过沿坡面垂直分段和分层结合布设不同的稀土元素,研究坡面侵蚀的时空演变规律。结果表明:次降雨条件下在产流开始20min内,坡面片蚀和细沟侵蚀的平均侵蚀加速度、平均侵蚀率和累积侵蚀量之比分别为1∶1,1∶1.5和1∶1.3,坡面下1/3区域的平均侵蚀加速度、平均侵蚀率和累积侵蚀量分别是坡面中部的5,12,13倍;后期细沟平均侵蚀加速度、平均侵蚀率和累积侵蚀量分别为片蚀的43,7,5倍。连续小雨强降雨条件下,产流35min内,细沟侵蚀平均加速度是片蚀的7～10倍,35min后,坡面处于稳定状态;降雨产流10min内,坡面下1/3区域平均侵蚀加速度是坡面中部的5倍,沟头激活后,坡面中部的平均侵蚀加速度达到坡面下1/3区域的4倍;坡顶部存在一个相对稳定区。说明REE示踪技术能够同时量化随时间和空间变化的坡面侵蚀过程。

坡面侵蚀垂直分布特征动态变化过程初步研究

采用稀土元素（REE）示踪法对坡面侵蚀垂直分布特征动态变化过程进行了初步研究。结果表明．坡面侵蚀垂直分布特征在次降雨过程呈动态变化趋势．尽管在产流过程中相对侵蚀量的变化趋势基本相似．但比值差异很大，这主要取决于坡面径流的强度。此外、次降雨侵蚀产沙的垂直分布特征与侵蚀过程中产沙的分布特征差异亦很大，建议应加强侵蚀产沙过程的研究。

黄土坡面侵蚀产沙时空演变的REE示踪技术研究

室内交叉布设不同的稀土氧化物,通过人工模拟次降雨,在同一试验条件下,对坡面侵蚀沿顺坡方向和深度方向的演变过程同时展开研究。结果表明:REE示踪技术对定量研究土壤侵蚀具有较高的精度;降雨前期,片蚀与细沟侵蚀发育程度基本相当;后期细沟侵蚀占据坡面侵蚀的主导地位,其侵蚀平均加速度和平均侵蚀率分别是片蚀的15倍、9倍;试验结束,细沟侵蚀占据坡面总侵蚀的90%;本试验条件下,坡面下1/3区域为侵蚀活跃带。

利用REE示踪技术研究次降雨坡面侵蚀

在室内设立坡面小区,分区布设不同的稀土氧化物,通过人工模拟降雨,定量研究次降雨条件下坡面侵蚀的演变过程,讨论了REE示踪技术对研究坡面侵蚀的可行性。结果表明,REE示踪技术对定量研究土壤侵蚀具有较高的精确度,其对侵蚀量的监测误差<13.5%;降雨前期,片蚀与细沟侵蚀发育程度基本相当,其侵蚀平均加速度、平均侵蚀率之比分别为1∶1.4和1∶2.4;后期细沟侵蚀占据坡面侵蚀的主导地位,其侵蚀平均加速度和平均侵蚀率分别是片蚀的15倍和9倍;试验结束,细沟侵蚀占据坡面总侵蚀的90%;坡面下1/3区域为侵蚀活跃带。

黄土高原农耕地坡面侵蚀过程的^7Be示踪试验研究

定量研究坡面次降雨条件下不同侵蚀类型随时间的变化规律,利用传统研究方法很难解决,利用7Be在土壤表层剖面中呈指数减少的趋势,且主要分布在0～10mm的表层范围内的特点,利用137Cs在耕层土壤剖面中分布比较均匀的趋势,运用复合示踪法定量研究了坡面次降雨条件下不同侵蚀类型的发生、发展。研究结果表明,7Be可以更敏感地反映侵蚀过程中所发生的坡面片蚀状况,并将坡面片蚀和细沟侵蚀类型随时间的变化定量区分开来。另外,利用7Be示踪法计算了细沟侵蚀量,并与传统研究方法得出的结果进行了比较。

燕山土石山区降雨和下垫面条件对坡面侵蚀产沙的影响

为了揭示燕山土石山区水土流失规律,基于坡面径流小区定位观测资料,对坡面尺度一定降雨和下垫面条件下土壤侵蚀产沙状况进行了分析,拟为区域水土流失防治提供参考。研究结果表明:平均降雨强度和产流降雨量是引起坡面土壤侵蚀的主要因素,降雨历时和坡面土壤侵蚀产沙量之间的相关性不明显;坡面径流小区的土壤侵蚀模数随着坡度的增加呈指数增大趋势,当坡度超过20.42°后坡面土壤侵蚀模数呈快速增加趋势;坡面径流小区的侵蚀模数随着坡长的增加呈先增大后减小的趋势,在坡长为22.26 m处达到最大值,说明该区域坡面侵蚀可能存在临界坡长,在22 m左右;坡面土壤侵蚀模数随着植被覆盖度的增加呈减小趋势,但是覆盖度为60%的草地和覆盖度为90%的草地的侵蚀模数差别不大,说明水土流失治理中存在着临界植被覆盖度;梯田、鱼鳞坑、水平阶等整地工程由于改变了下垫面条件,能够有效蓄水拦沙,减弱坡面土壤侵蚀。

激光微地貌扫描仪的开发研制及在坡面侵蚀研究应用初步

利用光线的反射与聚焦成象原理 ,将地表高程转换成不同物象点位置的电信号 ,再经计算机处理成数字高程模型 ,即形成用于获取地表糙度数字高程模型的激光微地貌扫描仪。实验测量得到 :在相同初始条件下 ,不同坡度土槽放水和降雨实验后地表形态的数字地形模型。通过对侵蚀地表形态的分析 ,得出坡度对坡面侵蚀及沟蚀影响的某些初步规律。

坡面流与坡面侵蚀动力过程研究的最新进展

在回顾了坡面流及坡面侵蚀过程研究的简史与现状的基础之上，全面总结了坡面流形成机理及其模式、坡面流水动力学特性、坡面侵蚀动力过程及其侵蚀产沙模型诸方面研究的最新进展，并对坡面流各要素分析及坡面小侵蚀陡坎的形成等进行了一些探讨。最后，提出了坡面流及坡面侵蚀过程研究中存在的主要问题及未来展望。