元谋干热河谷冲沟沟头径流水动力学特性及产沙效应初探

采用原位放水冲刷试验研究不同放水流量下元谋干热河谷冲沟沟头径流水动力学参数、径流泥沙含量和沟头土壤侵蚀量的变化特征,进一步探明沟头的产沙效应。结果表明:(1)各试验流量条件下,1号沟头(沟壁无内凹洞)、2号沟头(沟壁有内凹洞)的集水区、沟床径流雷诺数均远大于500,处于紊流状态,弗罗德数均大于1,处于急流状态;2个沟头的集水区、沟床阻力系数(f)随放水流量增加而减小,径流侵蚀力(径流剪切力、水流功率、单位水流功率)随放水流量增加而增大。(2)相同径流条件下,1号沟头(沟壁无内凹洞)径流泥沙含量和土壤侵蚀量都大于2号沟头(沟壁有内凹洞),表明相同条件下,冲沟沟壁内凹洞的形成起始阶段比沟壁内凹洞后续发育阶段更活跃。(3)冲沟沟头土壤侵蚀量与径流能量损耗、雷诺数、弗罗德数、剪切力、水流功率、单位水流功率呈正相关关系,与径流阻力系数(f)呈负相关关系。

震后小流域重力侵蚀产沙效应——以汶川震中莲花芯沟为例

震后小流域重力侵蚀过程与机制复杂,具有显著的产沙输沙效应,造成强烈的水土流失,严重威胁灾后重建和重大工程安全,是泥石流和土壤侵蚀领域研究的热点与难点之一。本文以震中莲花芯沟为典型研究区,选取2008—2010年的三场泥石流,采用多源遥感和GIS等手段,建立数字坡沟系统,融合D-In SAR和偏移量跟踪技术,生成不同场次泥石流前后的三维地表形变场,研究震后泥石流在不同类型"坡体-沟道-流域"上的多尺度侵蚀产沙特征与物质迁移过程。结果表明:1)2008—2010年三场泥石流,坡体侵蚀总量分别为6.44×10~5m^3、3.36×10~5m^3和3.02×10~5m^3,输入沟道的泥沙总量分别为3.54×10~5m^3、1.56×10~5m^3和5.16×10~5m^3,流域侵蚀总量分别为6.736×10~5m^3、5.217×10~5m^3、5.540×10~5m^3,流域输沙总量分别为3.84×10~5m^3、2.24×10~5m^3、2.96×10~5m^3;2)坡体重力侵蚀产沙量占各级沟道总来沙量的50%以上,是各级沟道泥沙的主要来源,其中以凸凹型坡、凸型坡和混合型坡三类坡体产沙最多,占坡体总产沙量的85%以上,且随沟道级别升高(三级→二级→一级)而呈递减趋势,二级沟道在各级沟道中输沙贡献率最大、达45%,是主沟泥沙重要来源;3)坡体侵蚀量与侵蚀面积及堆积量与堆积面积的比值均存在指数函数关系,坡体产沙量与坡体单元面积的比值呈线性正相关关系,坡体侵蚀量、堆积量、产沙量均随其对应面积的增大而增大;4)震后坡体侵蚀速率呈先减小后增大趋势,最大侵蚀速率在凸凹型坡体单元、达0.24m/次;流域侵蚀速率也呈先减小后增大趋势,同时,存在由低到高逐级递增趋势,其中主流域侵蚀速率最大、达0.39m/次;5)各级流域泥沙输移比随流域级别增高而减小,其中主流域泥沙输移比最低、为0.28,三级流域最高、达0.93。研究结果可以为灾区小流域泥沙调控、重大工程选址选线、河流整治和次生山地灾害风险评估及防治工程设计提供依据和参考,对保障山区公共安全具有重要意义。