花岗岩崩岗区不同土层的侵蚀水动力学特征

土壤剥蚀率是单位时间单位面积水流剥蚀土壤的质量,定量研究崩岗不同土层土壤剥蚀率对预测土壤剥蚀过程及建立崩岗侵蚀物理模型具有重要的理论和实践意义。针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,采用不同坡度(8.8%、17.6%、26.8%、36.4%、46.6%)和不同流量(0.2 Ls^(-1)、0.4 Ls^(-1)、0.6 Ls^(-1)、0.8 Ls^(-1)、1.0 Ls^(-1))相结合的室内放水冲刷试验,分析表土层、红土层、砂土层、碎屑层土体土壤剥蚀率与水动力学参数之间的关系,初步探讨花岗岩崩岗侵蚀的水动力学机制。结果表明:在一定坡度条件下,土壤剥蚀率随径流流量的增大而增大,且各土层土壤剥蚀率存在很大差异,碎屑层土壤剥蚀率最大,砂土层次之,表土层最小;在相同流量条件下,各土层土壤剥蚀率均随冲刷时间的延长逐渐降低并趋于稳定;径流剪切力、水流功率对崩岗各土层土壤剥蚀率的影响均可采用线性方程很好地描述(R^2>0.926),相比用单位水流功率拟合的多项式方程的相关性(R<0.830)要高,径流剪切力和水流功率均可作为描述崩岗各土层土壤侵蚀的水动力学参数。表土层、红土层、砂土层、碎屑层的临界径流剪切力依次减小,分别为0.28Pa、0.13Pa、0.10Pa、0.07Pa,各土层土壤细沟可蚀性参数差异明显,碎屑层的最大,砂土层次之,表土层最小。因此,在崩岗垂直结构上,随着土层深度的增加,土体抵抗径流剥蚀的能力逐渐减弱。

基于三维激光扫描技术的花岗岩风化土体侵蚀表面特征研究

选择湖北通城花岗岩发育较典型、质地差异较大的粘壤土和砂质土为研究对象,设计室内试验小区,进行3场人工模拟降雨,利用三维激光扫描技术对土壤表面侵蚀形态的微观变化及过程进行高精度、实时监测,从形态学上探讨了土壤侵蚀过程及分布特征。结果表明:(1)三维激光扫描仪及其配套的软件能准确地测量降雨前后2个坡面的土表微域DEM。结合ArcGIS软件对DEM进一步分析,计算了降雨后土壤侵蚀体积与土壤流失量,且3场人工降雨试验测得的试验误差均低于5%。经过精度验证表明,三维激光扫描仪可应用于坡面产流产沙研究,且测算精度较高;(2)将DEM导入到ArcGIS中进行分析处理,获取了坡面侵蚀后的微地形坡度变化,分析得出高级别的坡度主要分布在坡底,说明坡底以上土体表面遭受侵蚀的面积较少,在坡底部易形成冲沟;一次降雨后粘壤土和砂质土的1,2级的栅格比例分别减少了19.26%和12.39%,说明砂质土在降雨时土壤的侵蚀速度更快。后2场降雨中侵蚀速度趋于稳定;(3)获取了坡面侵蚀后的微地形粗糙度变化,分析得出在第1场降雨中土壤含水率较小时,粘壤土粗糙度的增幅为14.29%,砂质土则为11.32%,粘壤土的增幅高于砂质土;在第2,3场降雨中土壤含水率达到饱和时,砂质土粗糙度的降幅分别为3.39%,4.24%,粘壤土则分别为3.33%,4.17%,砂质土粗糙度的下降速度较大,侵蚀速度大于粘壤土。试验定量研究了土壤侵蚀形态的微观变化,可以为花岗岩区域土壤侵蚀监测提供技术支撑。

花岗岩崩岗区不同层次土壤分离速率定量研究

针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,利用钢制变坡冲刷水槽在不同坡度(8.8%,17.6%,26.8%,36.4%,46.6%)和不同流量(0.2L/s,0.4L/s,0.6L/s,0.8L/s,1.0L/s)组合下,研究花岗岩崩岗区不同层次土壤分离速率与流量、坡度的关系。结果表明:花岗岩崩岗区各层次土壤分离速率与流量和坡度均呈线性相关(R^2=0.958),随着流量和坡度的增大,各层次土壤分离速率逐渐增大,且增加速率呈上升趋势;花岗岩崩岗区崩壁垂直结构上,随着土体深度的增加,土壤分离速率逐渐增大,且各层次土壤分离速率差异显著,在一定坡度和流量下,碎屑层的分离速率最大,是砂土层的34.24倍,红土层的76.27倍,表土层的711.58倍;各层次土壤分离速率的流量—坡度模型可以用二元一次函数方程很好的拟合(R^2>0.933),且流量、坡度2个因子的叠加效果对碎屑层分离速率的影响最大,砂土层次之,表土层最小;采用Nash模型效率系数对拟合的流量—坡度模型效果进行检验后发现:各层次的效率系数均较高,预测值与实测值的贴近度较好,研究所得流量—坡度模型能很好的模拟南方花岗岩崩岗区的土壤分离速率。该研究对于解释崩岗侵蚀机理、建立崩岗侵蚀模型具有重要的指导意义。

不同母质类型发育土壤颗粒组成分形特征

为探讨母质类型对土壤粒径分布非均匀性和土壤结构异质性的影响,采用激光粒度分析方法和分形理论,研究了冲积物﹑花岗岩残积物﹑第四纪红黏土及浅海沉积物四种母质类型发育土壤的颗粒组成﹑分形特征及土壤理化性质对颗粒组成及分形参数的影响。结果表明:(1)花岗岩残积物以及浅海沉积物发育的土壤粒径分布范围大,大颗粒含量高,非均匀性较小。冲积物和第四纪红黏土发育的土壤颗粒集中分布在2~200μm的细颗粒区域,异质性较大。(2)从土壤颗粒体积单分形维数(D值)看,母质类型对不同发生层颗粒组成的均匀性影响有所差异。冲积物和花岗岩残积物发育的土壤颗粒分布的不均匀性从A层向C层递减,浅海沉积物发育的土壤从A层向C层,颗粒分布的不均匀性递增,第四纪红黏土发育的土壤三个发生层颗粒分布的均匀性相近;从D0值看,母质类型对不同发生层颗粒组成的分布范围影响较小。(3)不同母质类型土壤的pH﹑CEC﹑游离氧化物﹑蛭石及高岭石含量等与土壤粒径分布的异质性和分布范围表现出的差异一致(P<0.05)。以上结论表明,母质类型对土壤粒径分布及分形特征影响显著。

花岗岩崩岗区土壤可蚀性因子估算及其空间变化特征

土壤可蚀性K值是土壤侵蚀模型的必要参数,研究花岗岩崩岗区土壤可蚀性K值有助于宏观判断和定量分析崩岗区土壤侵蚀的空间变化特征。采集湖北通城花岗岩典型崩岗淋溶层、淀积层、母质层土壤,运用5种土壤可蚀性K值估算方法分析各层土壤可蚀性差异,通过室内人工模拟降雨实验验证花岗岩风化土可蚀性K值的有效性及5种估算方法的灵敏度。结果表明:花岗岩风化土的各层土壤可蚀性差异显著,母质层平均K值最大,是淋溶层的1.20倍,淀积层的1.03倍,且各层土壤的稳定含沙率和各粒径流失量差异显著;诺莫法估算的各层土壤的可蚀性K值与40 min每层土的稳定含沙率之比最接近,诺莫法估算各层土壤可蚀性K值的灵敏度最高,为修正诺莫的1.5倍,EPIC模型法的6倍。因此,针对南方花岗岩风化土可采用诺莫法准确评价土壤可蚀性K值。通过估算崩岗不同层次土壤的可蚀性K值及其空间变化特征,对针对性地研究崩岗形成机制及其治理具有一定指导意义。

花岗岩崩岗不同层次土壤抗冲性及其影响因素

针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的淋溶层(A层)、淀积层(B层)、过渡层(BC层)以及母质层(C层),采用不同坡度(8.8%,17.6%,26.8%,36.4%,46.6%)和不同流量(0.2,1.0L/s)相结合的室内放水冲刷试验,分析崩岗各层次土壤的抗冲性指数,初步探讨花岗岩崩岗不同坡度及各层次土壤主要理化性质对抗冲性的影响。结果表明:(1)湖北通城县崩岗土壤A层、B层、BC层以及C层的理化性质存在较大差异。(2)当流量一定时,随着坡度的增大,土壤的抗冲性指数均表现为减小的趋势;当坡度一定时,大流量条件下土壤的抗冲性指数较小;在相同坡度和流量条件下,土壤的抗冲性指数均由A层向C层递减,说明A层抗冲性能最好,C层最差。(3)各层次的土壤抗冲性指数随坡度呈显著的线性递减关系(p<0.05),土壤的抗冲性能随坡度的增加而减小,其中A层回归方程的系数项绝对值最大,常数项也最大,说明A层的抗冲性随坡度的变化最快,抗流水侵蚀能力最强,土壤流失量最少。(4)土壤抗冲性与粉粒含量、黏粒含量、水稳性指数、渗透系数呈正相关;与土壤干密度、砂粒含量呈负相关,其中和干密度以及水稳性指数的相关性较高,表现为极显著相关;土壤抗冲性与有机质含量、CEC、游离氧化铁呈正相关,与土壤pH呈负相关,其中与有机质含量的相关性系数大于0.9,相关性极显著。

中国南方花岗岩崩岗综合治理模式研究

崩岗侵蚀是中国南方花岗岩区特有的常见的水土流失形式。这种水土流失不仅侵蚀规模大,发展速度快,危害十分严重,而且治理难度大,被称为当今"生态溃疡"。崩岗治理措施分为生物措施、工程措施和耕作措施三种。根据崩岗治理措施的搭配与治理主要目的的不同,通过各地实地调查归纳,分析总结崩岗综合治理模式为生态型治理、经济型治理和综合型治理三大治理模式。生态型崩岗治理主要以生物措施治理为主,辅助必不可少的工程措施,达到减弱侵蚀强度,改善生态环境的目的,注重崩岗治理的生态效益与社会效益;经济型崩岗治理是通过高强度的削坡整平,建立适合工业开发的园区,满足工业发展的需要,产生可观的经济效益;综合型崩岗治理是兼顾生态效益、社会效益与经济效益,在采取各类有效水保措施、提高治理区植被覆盖度、增强生态调节功能时,还有所产出,增加当地农民的收入。崩岗地区可根据实际情况,开展不同模式的崩岗治理,以实现综合治理效益的最大化。