雨强和坡度对嵌套砾石红壤坡面产流产沙的影响

采用人工模拟降雨的方法研究了嵌套砾石红壤坡面的产流产沙特征,分析了雨强(60,120mm/h)和坡度(10°,15°,20°,25°)条件下嵌套砾石和无砾石红壤坡面的产流和产沙过程差异。结果表明:(1)产流开始时间T_(嵌套砾石)<T_(无砾石),60mm/h雨强条件下嵌套砾石较无砾石坡面在10°,15°,20°,25°坡度分别延迟4.20,2.95,2.23,1.03min;(2)坡度相同时,嵌套砾石坡面较无砾石坡面产流率明显减少,但雨强的增大会掩盖嵌套砾石对坡面产流率减小的影响;(3)嵌套砾石红壤坡面在60mm/h雨强、坡度10°条件下平均产流率最小,在120mm/h雨强、25°坡面下平均产流率是前者的4.5倍;无砾石红壤坡面在120mm/h雨强、坡度25°条件下平均产流率最大,为最小平均产流率的4.8倍;(4)各坡面产沙强度、次降雨产沙量随雨强和坡度增大而增大,60mm/h雨强、坡度10°和25°时,嵌套砾石坡面平均产沙强度为无砾石坡面的6.0%和28.4%;120mm/h雨强时,此两个坡度的嵌套砾石坡面为无砾石坡面平均产沙强度的33.9%和25.3%。

嵌套砾石红壤坡面壤中流对降雨强度的响应

为研究嵌套砾石红壤坡面的壤中流动态过程及降雨产流分配,以红壤缓坡(10°)和陡坡(25°)坡面为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(60,90,120 mm/h)和不同砾石含量(0,10%,20%,30%)条件下壤中流的初始产流时间、产流速率和径流过程。结果表明:(1)不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流初始产流时间在雨强60 mm/h时接近15 min,在雨强90,120 mm/h时差别较大;雨强从60 mm/h增大到120 mm/h,不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流量和产流速率基本上表现为降低,其中25°嵌套20%和30%砾石坡面的壤中流产流速率均值分别下降86.7%和89.0%,雨强120 mm/h时壤中流峰值仅为60 mm/h条件下的10.7%和10.2%。(2)10°和25°各试验坡面,雨强60 mm/h时地表径流所占比例为8.0%~66.3%,雨强120 mm/h时地表径流所占比例为76.1%~93.5%,地表径流所占比例均随雨强的增大而提高32.8%~1 009.4%;雨强60 mm/h时壤中流所占比例为7.3%~30.0%,雨强120 mm/h时壤中流所占比例为1.1%~9.6%,壤中流所占比例随雨强增大而减小46.1%~93.9%。(3)回归结果显示,壤中流峰值流量Ip、壤中流系数It、壤中流消退速率K和降雨强度、砾石含量的二元线性回归效果都达到了显著水平(P<0.05);坡度10°时,降雨强度和砾石含量对壤中流过程参数所起的作用是相反的,而坡度25°时,砾石含量和降雨强度对壤中流各参数的作用相同。

不同砾石存在形式红壤坡面侵蚀特征的比较

我国南方红壤丘陵区是仅次于黄土高原的严重水土流失区域,土壤中砾石的存在将对整个水文循环产生影响,现有的研究主要集中在砾石覆盖与产流产沙关系等方面,而降雨强度和坡度对不同砾石存在形式土壤侵蚀的影响研究较少。为研究红壤坡面在不同砾石存在形式下侵蚀特征的差异,作者利用室内人工模拟降雨,结合曹娥江上游地区降雨及坡地特点,研究不同降雨强度和坡度条件下,无砾石(砾石含量0%)、覆盖5%砾石和嵌套5%砾石红壤坡面的侵蚀过程,比较各坡面降雨产流时间、径流率、产流过程、产沙强度等特征。结果表明:1)各研究坡面在10°、15°、20°和25°4个坡度的产流时间均表现出随降雨强度增加而缩短,径流总量和次降雨产沙量均随着降雨强度的增加而增加。2)降雨强度为120 mm/h时,无砾石和覆盖5%砾石坡面在4个坡度的径流率随时间变化过程较接近,而坡度10°嵌套5%砾石坡面的径流率远低于其他3个坡度的。3)各研究坡面在2个降雨强度和4个坡度下,覆盖5%砾石和嵌套5%砾石红壤坡面径流总量、次降雨产沙量均小于无砾石坡面。4)在较小降雨侵蚀力作用下,嵌套于坡面的砾石可以增加地表入渗,阻碍坡面侵蚀;而在较大降雨侵蚀力作用下,由于嵌套砾石坡面裸露土壤相对于覆盖砾石坡面多,从而坡面侵蚀量较高。该研究为非均质土壤坡面水土过程研究、土壤侵蚀预报、坡面水文模型应用等提供基础数据。