退耕草地近地表层特征对坡面流流速的影响

坡面流是坡面土壤分离与泥沙输移的驱动力与载体,退耕还林还草工程实施后,可能导致近地表层特征发生改变,集中体现为植被覆盖率提高、植被茎秆及枯枝落叶层出现、生物结皮发育、根系系统的形成,进而引起坡面流水动力学特性的变化。然而,目前对退耕引起土壤近地表层特性变化对坡面流水动力学特性的影响尚不清楚。因此,通过野外放水冲刷实验（坡度12°-14°;单宽流量0.002-0.006 m^2/s）,系统研究了退耕草地近地表层特征（茎杆-枯枝落叶层、生物结皮、植被根系）对坡面流流速的影响。结果表明：坡耕地撂荒7 a后,土壤近地表层特征对坡面流流速影响显著,随着土壤近地表层特性各作用（如根系、生物结皮、植物茎秆及其枯落物）的依次叠加,水流流速依次递减,分别较黄土母质（T4）减少了12.76%、41.53%和66.78%,且平均流速随枯落物干重、根系重量密度的增大呈幂函数形式下降。研究成果对于理解退耕草地坡面侵蚀动力的变化及其机制,具有重要的意义。

模拟植被地表覆盖率与地表粗糙度对坡面流流速的影响

采用定床冲刷实验,在3个坡度(5°、10°、15°),9个单宽流量(0.2~0.6 L·m^(-1)·s^(-1)),4个地表覆盖率(0、1.7%、3.5%、6.1%)及4个粗糙度(0.009,0.12,0.18,0.38)影响下,系统研究坡面流流速与地表覆盖率、粗糙度、坡度及流量间的关系。结果表明:在实验条件下,坡面流流速的变化范围为0.25~0.60 m·s^(-1),各工况条件下坡面流流速随着流量增加呈幂指数增加,随着坡度的增加而显著增加,随着粗糙度、地表覆盖率的增加而减小。各影响因子对坡面流直接作用的影响程度大小排序为坡度(0.821)>流量(0.358)>粗糙度(-0.287)>地表覆盖率(-0.123)。所有坡面流能量都是以克服阻力做功为主(m>0.5),转化动能为辅。随着粗糙度的增加,坡面流用于克服阻力做功的能量也在增加。当地表覆盖率最大时,能量消耗于阻力做功最多;但在地表覆盖率较小时,能量消耗差异不明显。

地表糙率对坡面流流速影响的试验研究

地表糙率是影响坡面流流速特征及变化过程的重要因素。本研究采用变坡试验水槽在粗糙粒径（d≤10mm）、单宽流量（0.04-0.24 L·s^-1·m^-1）和坡度（2°-12°）范围内,利用定床阻力冲刷试验系统研究坡面流平均流速与粗糙粒径、流量和坡度之间的关系。结果表明：随着地表糙率的增加,水流克服阻力做功增加,能量降低,流速呈指数函数减小。地表糙率不同会导致坡面流速的主要控制因素不同,当粗糙粒径较小（0≤d≤2.5mm）时,糙率、流量和坡度对流速均有显著影响,解释方差分别为19.8%、44.8%和27.8%;当粗糙粒径较大（2.5〈d≤10mm）时，糙率和坡度对流速的影响很小（影响程度分别占8．8％和1．5％），流量为主要影响因素（占84．1％）。经多元回归分析发现，糙率对流速的影响最大（54．6％），流量次之（30．8％），坡度最小（6．6％），三者可以较好模拟定床条件下的水流流速（R^2=0．919），且流速与糙率负相关，与流量和坡度正相关。该研究结果有助于深入了解不同糙率的定床阻力下坡面流流速的时空分布特征，为坡面土壤侵蚀过程物理模型的建立提供科学依据。

降雨条件下秸秆覆盖坡面流水动力过程研究

降雨条件下径流流速对坡面水文和侵蚀过程具有重要影响,是水文和侵蚀模型研究中的重要参数之一。本文采用电解质示踪法,在不同降雨强度、秸秆覆盖量和坡长条件下,测量坡面流平均流速,流速变化范围为0.016~0.108 m/s。试验结果表明,降雨强度和秸秆覆盖量对坡面流流速均有显著影响,流速随降雨强度的增加而增加,且随秸秆覆盖量的增加而减小。径流流速沿坡长呈增加趋势,但增加的速率不断减小,最终达到稳定流速,随着降雨强度和秸秆覆盖量的增加,覆盖坡面流流速达到稳定流速的距离逐渐减小。研究揭示了降雨条件下覆盖坡面流流速的变化规律,可为秸秆覆盖坡面土壤侵蚀机理及相关研究提供基础。

坡面流侵蚀的水动力学研究进展

径流分离土壤是降雨或融雪后坡面水流在特定水动力条件下的一种径流对土壤作用的必然结果,深入理解坡面水动力条件、流水力学特征及侵蚀动力过程是研究坡面水蚀机理的前提,同时也是侵蚀预报模型建立和防治土壤侵蚀的关键。从坡面流流速、分离能力以及挟沙能力等多方面进行系统概述,以期综合目前已有的各种国内外研究经验及研究成果,促进坡面流侵蚀研究的发展与成果应用。