裸露砒砂岩区坡面侵蚀过程中地表粗糙度与水力侵蚀特征参数的关系

坡面地形起伏状况是影响土壤侵蚀状况的重要因素,深入了解地表粗糙度和产流产沙以及水动力参数之间的关系是研究坡面土壤侵蚀过程的基础。采用野外原位模拟冲刷试验,使用三维激光扫描仪结合ArcGIS提取地形因子参数,研究了裸露砒砂岩区坡面侵蚀过程中地表粗糙度与侵蚀特征参数的关系。结果表明:(1)冲刷强度的增大使得阻力特征参数逐渐降低,且随着冲刷时间的增加,弗劳德数也呈现降低趋势,其他水力学参数呈增大趋势。冲刷强度<200 L/h时,坡面径流处于层流状态,随着冲刷强度增大,流态呈现出缓流向急流转化的趋势。(2)地表粗糙度随着冲刷流量的增大变化规律不明显。当冲刷强度较小时(<100 L/h),地表粗糙度与产流产沙特征参数的关系较为密切。(3)流速与地表粗糙度呈显著的幂函数关系(R2>0.561),是反映地表粗糙度变化的最优参数。(4)通过Mantel相关分析发现,随着冲刷强度的增大,地表粗糙度的变化规律由产流产沙特征向水动力参数特征转变。研究结果旨在揭示地表粗糙度与土壤侵蚀过程特征参数的关系,为裸露砒砂岩区坡面土壤侵蚀模型的构建提供理论依据。