径流冲刷条件下坡地养分随地表径流迁移数学模型

径流冲刷是土壤养分随地表径流流失的重要影响因素之一。为了模拟径流冲刷作用对土壤养分流失的影响,依据饱和土壤条件下有效混合深度概念,建立了径流冲刷条件下坡面土壤养分向地表径流传递的有效混合深度模型。利用试验数据对模型径流养分质量浓度变化过程的效果进行了检验,结果显示不完全混合模型在模拟径流养分质量浓度随放水时间的变化方面效果较好,决定系数均在0.9以上。通过不完全混合模型计算径流养分累计流失量,与实测数据差异很小,当养分为硝态氮时,计算值与实测值之间的相对误差分别为6.6%(柠条)和5.9%(大豆),当养分为水溶性磷时,相对误差分别为1.1%(柠条)和2.3%(大豆),说明模型的模拟精度较高。在选择模型时,应根据计算精度和参数获取方便性等情况综合确定。

黄土坡面径流冲刷侵蚀试验研究

通过径流冲刷试验 ,运用能量守恒原理 ,分析了坡面土壤侵蚀率 (Dr)与径流能耗 (ΔE )之间的关系 ,建立了给定土壤条件下坡面土壤侵蚀率估算模型。结果表明 :坡面土壤侵蚀的发生具有一定的临界能量条件 ,以径流能耗作为土壤侵蚀形成的临界参数具有明确的物理意义 ,当径流能耗大于 7.

人工模拟降雨与径流冲刷试验在水土流失预测中的应用探讨

新增水土流失预测是开发建设项目水土保持方案编制的重要内容 ,也是防护措施布设的关键依据 ,水土流失预测方法及其适用性问题一直受到关注 。

坡面径流冲刷及泥沙输移特征的试验研究

通过室内放水冲刷试验，对坡面细沟侵蚀发生的临界条件、细沟发展过程中的侵蚀产沙特征、以及影响细沟侵蚀产沙的因素进行了分析研究，得出了试验土条件下产生细沟的临界流量与坡面坡度的关系式。在分析产沙变化的基础上，探讨了细沟侵蚀量随径流量和坡面倾斜度的变化规律。

黄土坡地径流冲刷与土壤抗冲动态响应过程研究

黄土坡地径流冲刷与土壤抗冲动态响应过程研究吴普特（中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨陵７１２１００特殊的沉积成壤过程造就了黄土独特的点棱（侧向）接触支架式多孔结构，决定了其抵抗径流冲刷特别弱的固有特性，加之复杂的区域地形为超渗径流的冲刷提供了良好...

输电线路塔基全风化花岗岩坡面径流冲刷侵蚀试验研究

经现场调查发现全风化花岗岩塔基的主要破坏形式之一为坡面冲刷,而目前全风化花岗岩坡面冲刷实验还没有相关报道。通过径流冲刷试验,研究了输电线路塔基全风化花岗岩边坡坡面冲刷的变化规律,并应用侵蚀模数的概念来评价坡面的抗侵蚀能力。同一种土体不同干密度冲刷试验结果表明,对于不同干密度的全风化花岗岩边坡干密度越大冲刷量越小;对于一定干密度的全风化花岗岩冲刷量随着时间的增加而增加,当坡面形成冲沟时冲刷量明显变大并最后趋于稳定;通过不同土体冲刷实验发现了两种极容易冲刷土体。

径流作用下泥石流固体物质冲刷速率试验研究

[目的]探讨泥石流固体物质的冲刷深度随时间的变化规律,以及对应的冲刷速率与不同影响因素之间存在的关系,为泥石流规模预测及防治工程设计提供参考依据。[方法]根据激光测距仪的历时测距原理,借助试验方法分析泥石流固体物质冲刷深度随时间的变化规律以及对应的冲刷速率与不同影响因素之间的关系,包括来流流量、水力半径、沟床纵坡以及细粒物质含量等。[结果]冲刷速率与水力半径间呈指数关系,与来流流量间呈正相关关系,与能坡梯度间呈指数关系;若固体物质为均匀冲刷,冲刷速率与剩余切应力成线性正相关关系;对于初始含水率相对较低的固体物质,冲刷速率随着细粒物质含量的增大呈微小增大趋势。[结论]在薄层径流条件下,能坡梯度对冲刷速率的影响高于水力半径。

大豆脲酶固化土体表面防止径流冲刷实验研究

随着社会经济的快速发展,土质边坡作为常见的工程结构,由于其内部结构复杂,地基条件脆弱等原因,很容易被雨水冲刷侵蚀而产生整体破坏,造成生命财产的巨大损失.微生物岩土作为新型的土体加固技术,具有绿色环保,节能高效以及操作简单等突出优点,在土性改良方面具有巨大的应用潜力.利用大豆脲酶处理液对砂质边坡进行表面的加固处理,证明了加固处理后的土质边坡能够有效地抵抗水流的表面径流侵蚀.实验对比显示,随着加固处理遍数的增加,促使边坡破坏的需水量也不断增加,当处理遍数超过3遍时,砂质边坡表面的土体冲蚀量可降至20 g以下,抵抗径流水蚀的效果十分明显.

降雨和径流条件下红壤坡面细沟侵蚀过程

为明确第四纪黏土发育红壤坡面侵蚀过程特征,采用人工模拟降雨和径流冲刷相结合试验,研究坡度、流量和降雨因素对坡面细沟侵蚀过程影响。结果表明:1)坡面侵蚀过程呈现明显阶段性,试验条件下侵蚀前3 min为层状面蚀为主的初始阶段,细沟出现后转变为细沟侵蚀为主的细沟发育阶段。降雨以及增加坡度和流量能加快细沟发育速度和侵蚀速率;2)各侵蚀阶段平均侵蚀速率关系为初始阶段>细沟发育阶段>细沟稳定阶段。初始阶段侵蚀速率对各水动力学参数响应关系为水流功率>坡度>水流剪切力>单位水流功率=流速>流量。细沟发育阶段平均侵蚀速率与水流功率、水流剪切力和坡度关系密切,而细沟稳定阶段侵蚀速率只与坡度和流量相关;3)水流功率是与初始阶段和细沟发育阶段关系最密切的水动力学参数,侵蚀初始阶段的层状面蚀、单独径流冲刷和降雨-径流作用下细沟侵蚀发生的临界水流功率分别为0.091、0.121、?1.691 N/(m·s)。试验在小尺度条件下初步揭示了红壤坡面细沟侵蚀过程特征,为南方红壤丘陵区土壤侵蚀预报模型和侵蚀防治提供理论参考。

坡面径流剪切力分布及其与土壤剥蚀率关系的试验研究

径流剪切力是建立土壤侵蚀过程模型重要的水动力学参数,研究径流剪切力和土壤侵蚀产沙相关关系具有重要理论和实践意义。以径流冲刷模拟试验为研究手段,研究不同流量和不同坡度组合条件下坡面侵蚀过程中径流剪切力的分布特征,并对应分析土壤剥蚀率与各阶段径流临界剪切力的相关关系。结果表明:不同试验条件下,坡面侵蚀发育各阶段径流剪切力和土壤剥蚀率随冲刷流量的增加而增加,随小区坡度的变化受临界坡度影响;土壤剥蚀率与放水流量、坡度和径流剪切力等多因子呈线性相关,与流量或坡度的大小呈正比,与径流剪切力的大小呈反比;土壤剥蚀率与各径流剪切力单因子呈幂函数或指数函数相关,随径流剪切力的增加呈增加趋势;坡面产生跌坎时的临界剪切力和坡面径流平均剪切力均可以作为土壤侵蚀预测参数。

不同植被格局下凸型坡径流流速时空变化及产沙研究

以凸型坡为研究对象,利用室内径流冲刷试验,研究了不同植被配置下凸型坡水蚀动力的变化过程以及侵蚀产沙的差异。结果表明:裸坡条件下径流流速呈现出极强的空间波动状态,随水力断面与坡顶距离的逐渐增加表现出先减小后增大的空间变化态势,导致侵蚀最为严重的部位出现在上坡上部和下坡上部。将草带布设于与坡顶距离60%～80%位置处对径流流速影响较大,降幅为22%,蓄水效益和减沙效益分别为12%和69%,能够较好地发挥直接拦沙的水土保持功效。不同植被空间配置下的径流量和产沙量均表现出与径流流速相一致的空间变化特征,随着草带距坡顶距离的逐渐增加,径流量和产沙量呈现出先增加后减小的趋势,植被通过调控水蚀动力过程实现了对径流和侵蚀产沙的调控。在此过程中,植被的空间配置方式改变了径流流速时空变化特征,从而对水蚀动力过程起到了很大程度的调控。研究结果有助于加深对植被、冲刷与水蚀动力过程之间耦合关系的理解。

黄土坡面径流侵蚀产沙动力过程模拟与研究

通过室内模拟冲刷试验系统研究了3°-30°坡度范围内坡面径流的侵蚀动力及产沙特征，分析了坡面径流能耗与径流侵蚀产沙之间的关系。结果表明，坡面径流平均流速随坡度和流量的增加而增大，流速与坡度和流量之间存在指数函数关系，坡度对流速的影响大于流量。在3°-21°坡度范围内，坡面径流单宽能耗随坡度的增加而增加，当坡度超过21°时，径流能耗随坡度的增加而降低。坡度对侵蚀产沙的影响也有类似的现象，在3°-21°坡度范围内，坡面径流平均单宽输沙率随坡度的增加而增大，当坡度达到临界极值21°和24°后，坡面径流平均输沙率随坡度增加而减小；在整个试验坡度范围内，径流平均单宽输沙率随流量的增大而增大；流量对坡面径流平均单宽输沙率的影响大于坡度。坡面径流平均单宽输沙率和单宽径流能耗之间存在明显的线性关系，其临界单宽径流能耗随坡度的增加而增加，土壤可蚀性参数随坡度的变化在10．368～30．366的范围变化，试验的土壤可蚀性的平均值为14．61。

黄土坡面径流输沙能力试验研究

为了建立合理的土壤侵蚀评价和预报模型,基于坡面流理论,通过室内径流冲刷模拟试验,以黄土坡面为研究对象,研究了坡面径流输沙能力。研究结果表明,当坡面侵蚀达到相对平衡时,在同一坡度条件下,坡面径流输沙率随流量的增加呈阶梯性增加,即表现为"缓-陡-缓-陡"的变化过程;坡面径流输沙率与坡度和流量之间存在指数函数关系,且流量对输沙率影响大于坡度;坡面径流输沙率与坡面径流切应力、单位水流功率及Re之间均存在着良好的线性关系。

黄土坡面径流输沙过程试验研究

为了建立合理的土壤侵蚀评价和预报模型,基于泥沙运动理论,通过室内径流冲刷模拟试验,以黄土坡面为研究对象,研究了坡面径流输沙过程,推导了坡面径流输沙率理论公式。研究结果表明,不同坡度、流量组合条件下,坡面平均流速和不同时段的产沙比随冲刷历时的变化具有相同的变化趋势;坡度对流速和坡面产沙比的阶段性影响相反;坡面侵蚀输沙变化规律受制于流量和坡度之间的相互对比情况,坡度越陡,坡面流达到侵蚀平衡时刻越早;通过试验数据验证输沙率公式,相关系数为R2=0.799 3。

草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验研究

[目的]研究草地坡面径流侵蚀产沙过程模拟试验。[方法]通过放水冲刷模拟试验对内蒙古自治区达茂旗草原土壤侵蚀特性进行系列分析,研究土壤侵蚀产沙过程和机理。[结果]变坡径流平均流速随径流量和坡度的增大呈波动趋势增加;坡面径流平均输沙率和平均剪切力均随流量的增加波动增加,随坡度的增加而呈抛物线形式变化,临界坡度值出现在25°左右,流量对输沙率的影响大于坡度因素的作用;坡面径流平均输沙率与平均剪切力之间有良好的线性关系。[结论]该研究为建立我国草原区土壤侵蚀预报提供理论依据。

黄土边坡冲刷过程及影响因素分析

为研究黄土坡面冲刷过程规律,分析坡面冲刷产沙的影响因素,通过自制45°木质冲刷槽,选取太原地区黄土为研究对象进行试验。结果表明,径流水量与放水流量呈线性正相关,R2>0.95,稳定时的波幅随径流量的增大而增大;产沙量与径流水量呈显著线性正相关,R2>0.985;随放水流量增大,坡面侵蚀沟发育越明显,坡顶易坍塌,坡面侵蚀沟深、宽比亦增大;坡面水力学特性各参数中,径流平均流速是坡面产沙量的最主要决定因素。

黄土区裸露坡地径流养分流失模型的建立与验证

在自然降雨条件下,黄土区坡耕地土壤表层中的养分会随地表径流流失,从而加剧了土壤质量和生产力的下降并造成严重的农业面源污染,使得准确预测黄土区养分随地表径流的流失过程尤为重要。现有的养分流失模型着重于估算长时段的养分流失总量,且未考虑开始产流前入渗水对交换层养分的稀释作用。根据不同降雨时段的养分迁移特性,将整个降雨过程划分为三个阶段:(1)从降雨开始(t0)至交换层土壤完全饱和(t_(sa)),(2)从交换层土壤完全饱和(t_(sa))至开始产流(t_(p)),(3)从开始产流(t_(p))至降雨结束。在运动波模型近似解析解的基础上建立了综合雨滴击溅、扩散和入渗作用的养分流失近似解析模型;并进行了降雨试验,以率定模型参数和验证模型的可靠性。结果表明:径流及养分的模拟值可与实测值精确匹配(R2>0.8,纳什效率系数NSE>0.347)。养分流失模型中的雨滴诱导水分转移速率e_(r)取值在0.006~0.023 cm·min^(-1)之间,交换层深度d_(e)取值在0.68~1.32 cm之间;雨滴诱导水分转移速率e_(r)可显著影响硝态氮和铵态氮的峰值流失速率,e_(r)的增大使得养分流失过程中流失速率减小阶段的衰减速率更快;而交换层深度de可显著影响硝态氮和铵态氮损失率的总体变化范围,即随交换层深度的增大,养分的峰值流失速率和流失总量也随之增大。因此,应采取植被覆盖或深层施肥等措施,减弱雨滴动能、降低交换层养分含量以达到减少养分流失的目的。

普朗铜矿地表冰碛物径流分选试验研究

降雨是地表冰碛层地区产生径流分选的主要动力因素。采用室内人工模拟降雨试验方法,以香格里拉普朗铜矿地表冰碛物颗粒为研究对象,开展径流坡度32°条件下的不同降雨强度时冰碛物径流分选规律研究。结果表明:冰碛物颗粒在不同降雨强度径流冲刷作用下具有显著的分选效果,且冰碛物径流冲刷颗粒粒径随降雨强度的增强而提高;随着降雨强度的增强,冰碛层坡面冲刷沟发育数量不断增加,冲刷沟面积和沟深也相应增大,坡面径流冲刷侵蚀程度越严重,但径流分选对颗粒粒径的选择性减弱。研究成果可为冰碛物颗粒径流分选的防治制定有效措施,避免径流分选后的细粒冰碛物颗粒进入开采活动范围内,对矿山井下泥石流灾害事故的防控具有重要意义。

雨强和坡度对地表冰碛物径流分选特性研究

降雨强度和地形坡度是地表冰碛层地区产生径流分选特性的两个重要动力因素。以香格里拉普朗铜矿矿区地表冰碛物颗粒为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验方法,开展不同降雨强度(200、400、600 mL/(min·m^(2)))和坡度(10°、21°、32°)工况条件下的冰碛物径流分选特性变化规律研究。结果表明:冰碛物颗粒在不同雨强和坡度径流冲刷过程中具有显著的分选效应;不同雨强和坡度工况条件下,冲刷分选的冰碛物颗粒粒径具有选择性,优先分选粒径较小颗粒,且雨强和坡度越小径流分选的颗粒粒径越细;径流分选颗粒质量占比随坡度增加呈现出先增大后减小的变化规律,显示径流分选颗粒粒径的变化存在着临界坡度。研究成果可为冰碛物颗粒径流分选的防治制定有效措施,避免径流分选后的细粒冰碛物颗粒进入开采活动范围内,对矿山井下泥石流灾害事故的防控具有重要的意义。

连续增大流量作用下泥石流冲刷起动实验研究

连续降水或持续融水径流冲刷土体起动形成泥石流是自然界普遍存在的泥石流现象,不同流量冲刷可诱发不同规模泥石流,然而针对持续增大水流冲刷作用下泥石流起动过程的研究较为薄弱。在对公格尔山地区冰川泥石流调查基础上,基于水槽试验,采用连续增加流量的形式冲刷冰碛土体,以近似模拟冰川泥石流的起动过程,同时监测实验过程中孔隙水压力、含水量和泥沙含量的变化,分析连续增加流量作用下冰碛土形成泥石流的起动机理。研究表明:沟道冰碛土体稳定性受内部水流渗透力和表层径流剪切力共同控制,其稳定系数与流量呈幂函数关系。不同流量冲刷下冰碛土破坏形式和起动过程不同,流量较小(<12L/min)时以渗流潜蚀破坏为主,土体并未发生明显破坏,表层细颗粒下移且渗透性增大;流量持续增大时(16L/min),土体表面出现径流且随持续水流冲刷作用下发生骨架坍塌;流量较大(>56L/min)时,土体破坏以径流冲刷破坏为主,土体表面形成冲沟拉槽现象。水流连续增大冲刷是冰碛土起动形成泥石流的关键外在控制因素,而细颗粒的大量流失降低了泥石流发生的可能性,需在更大流量下才能促使粗颗粒坍塌再次起动形成泥石流。