三峡库区土质道路侵蚀产沙过程的模拟降雨试验

以三峡库区王家桥小流域为研究区,通过野外调查选择了5个典型路段,在1.0mmmin-1模拟降雨条件下研究了土质道路降雨-径流-泥沙关系。结果表明,土质道路被高度压实,但使用强度和管护方式差异致使容重、路面浮土、杂草盖度、饱和导水率等差异显著。土质道路仅需1～3mm降雨就能产生地表径流,7～10mm的降雨使径流趋于稳定,径流系数超过60%,特别是车流量较大干道的径流系数超过70%,平均和峰值径流量达0.69mmmin-1和0.84mmmin-1。土质路面大量浮土致使初始径流含沙量高,然后快速下降并趋于稳定。由于路面浮土量大和在降雨过程中能形成人工细沟的车辙等导致较大车流量干道的土壤流失率是其它路段3～4倍。土质道路的容重和路面浮土与径流系数和土壤流失量呈显著正相关,饱和导水率则呈显著负相关;路面杂草能显著减少径流,防治路面侵蚀。

林区的模拟降雨试验研究

论述的内容分两部分,一是野外人工模拟降雨的试验方法,对侧喷式降雨装置的安装参数,主要的降雨特性以及试验小区的布设与设备进行了介绍。二是对林地与开垦裸露地的降雨试验结果分析,认为,林地具有截流、拦蓄的功效,可以改善降雨径流入渗条件。在不同处理的情况下,林地与新开垦地、撂荒地相比,其效益,可减少径流90%以上,可减少泥沙99%以上。

模拟降雨试验在云南坡耕地治理中的应用

引进了具有经济性、便捷性、可操作性、重现性等优点的模拟降雨试验系统,在云南省坡耕地水土流失综合治理水土保持监测中进行实践和运用,研究坡耕地土壤产汇流规律和侵蚀规律。根据人工模拟降雨试验产汇流情况,统计张毕山、吉科等5个小流域坡地试验小区和坡改梯后梯地试验小区共59场次模拟降雨试验数据,分析坡改梯水土流失综合治理效果。结果表明,坡改梯后梯地土埂发挥了拦蓄雨量作用,强化了降雨入渗,提高了土壤含水量,降低了暴雨地表径流形成,土壤流失量和侵蚀强度得到了明显的缓减,蓄水保土效果较为显著。

土石混合体边坡人工降雨模拟试验研究

降雨入渗是诱发土石混合体边坡失稳的主要因素之一,此类问题一直受到人们的关注,但对此问题的研究不够系统和深入。为了对降雨入渗诱发下土石混合体滑坡的失稳机理有较深的了解及研究边坡性状随时间变化的一些重要特性,在上瑞高速公路贵州段选取了一个典型的土石混合体边坡进行人工降雨模拟试验和原位综合监测。监测成果表明:降雨入渗影响下土石混合体边坡的滑动变形区为坡面以下0～4 m之间,变形量以坡面最大,从坡面到坡体深部逐渐减小;在实施降雨的前2 h,平均入渗百分率为86%,之后,入渗率由于地表径流的增加而随时间逐渐减少,一段时间(6 h)之后,入渗率降到一个相对稳定值(50%);降雨入渗造成土体中孔隙水压力增加,致使边坡土体的抗剪强度由于有效应力的减少及土体吸水软化而降低,降雨入渗的这一双重效应可能是降雨诱发土石混合体边坡失稳的主要原因之一。

强降雨条件下花岗岩残积土滑坡模拟试验及坡体滑移细观规律研究

以花岗岩残积土为代表性土样,制作4种不同坡度的边坡模型,分别进行4种不同强降雨条件下滑坡模拟试验.利用岩土细观变化的图像采集和分析系统,采集大量细观变化图像和照片;再通过计算机编写图像处理程序,获取土体颗粒团的细观运动数据信息和滑移轨迹.经过统计分析,从细观角度研究强降雨条件下残积土边坡模型坡体细观滑移规律,揭示出坡体宏观滑塌破坏形式与细观滑移运动演变之间的关系.

威连滩冲沟砂黄土的风蚀与降雨侵蚀模拟实验

通过风洞与模拟降雨实验,研究了风力与降雨对青海省贵南县威连滩冲沟砂黄土的复合侵蚀作用。实验得出:①风蚀后的降雨使砂黄土表面在风干过程中形成了一层较为坚硬的结壳,增大了土壤的抗蚀性,降低了第二次风洞实验后期的风蚀率;②土壤水分与人为扰动是影响土壤风蚀的两个重要因素。当土壤水分较小时,风蚀率受人为扰动影响巨大;当土壤水分较大时,人为扰动对土壤风蚀的影响较小;③在持续降雨的实验条件下,砂黄土的产流、产沙量随着雨强的变化而改变。这种变化与表土的侵蚀率、可蚀性物质的多少、土壤水分以及土壤的入渗率等都有很大的关系。

含砾石土壤降雨入渗过程模拟

在室内模拟降雨试验的基础上,利用多重相互作用连续体(MINC)组件,对含砾石土壤降雨入渗过程进行了数值模拟,以期深入理解含砾石土壤中的水土过程。研究结果表明,土壤中砾石的存在能够导致土壤水分饱和度增加,使得土壤总入渗量以及降雨入渗深度降低。含砾石土壤中存在一个陡的湿润锋面,在湿润锋面上土壤水分饱和度急剧下降。MINC组件可以很好地模拟含砾石土壤降雨入渗过程,其对含砾石土壤湿润锋和土壤含水率变化的模拟值与实测值吻合较好。降雨期间土壤水分饱和度沿土壤剖面的变化可用来解释含砾石土壤降雨入渗深度降低的原因。

模拟降雨下雨强对石灰岩坡地土壤径流及泥沙含量的影响

通过室内模拟降雨试验研究了降雨强度（简称雨强）对石灰岩土壤坡面产流产沙过程和侵蚀过程,结果表明：雨强在60~100 mm/h之间、其他条件相同,坡面动态径流量随雨强的增大而增大,即100 mm/h〉85 mm/h〉60 mm/h。雨强为100 mm/h时,坡面径流总量为540.97 L;雨强为60 mm/h时,径流总量为332.28 L,且100 mm/h时的径流总量约是60 mm/h时的1.6倍。同一雨强下,泥沙含量在产流初期迅速增大到峰值,随后持续下降,20 min后趋于稳定。

紫色土坡面径流与侵蚀特征模拟试验研究

应用人工模拟降雨试验,对紫色土坡面径流与侵蚀特征进行了模拟试验研究。结果表明:紫色土坡面初始产流时间随着雨强的增大而减少,且在小雨强下坡度对初始产流时间的影响显著;紫色土坡面径流总量有随坡度和雨强的增加而增大的趋势,坡度较大时,雨强对径流总量影响不明显;紫色土坡面侵蚀总量随坡度和雨强的增大而增大,10°、15°、20°坡的侵蚀量较大,在3 106.03～8 117.09 g之间,故应在坡度≥10°的坡地上实施有效的水土保持措施。

华北平原区产流模拟分析研究——以试验小区为例

在试验场径流小区模拟多种降雨,记录华北平原区典型下垫面地表径流和壤中流产流过程,分析研究其运行规律,对华北平原地区水文过程研究提供参考。

莫高窟壁画劣化与降雨入渗关系的试验研究

为了制定措施防范大气降水对壁画造成破坏性影响,通过在洞窟顶部覆盖层开展人工降雨模拟试验,调查分析降雨入渗与壁画病害演化之间的关系.结果表明,洞窟顶部平台区和缓坡区径流系数均较小,降雨入渗量远大于产流量,雨水以水汽的形式沿优先通道入渗,是激活壁画病害发生和发展的主要原因.顶部覆盖层薄,围岩中存在贯穿裂隙的洞窟最容易受到降雨入渗的侵害,应将其作为壁画劣化的重点防范对象.

麦秆纤维加筋土的抗冲蚀性及其防护效果试验研究

为了研究天然纤维加筋土的抗冲蚀性能及其防护效果,选取麦秆纤维为加筋材料,并加入定量石灰,制备麦秆纤维加筋土试样,进行直剪试验、崩解性试验及模拟降雨冲刷试验。试验结果表明:麦秆纤维加筋提高了土体的抗剪强度,主要表现为黏聚力随龄期增长明显,最大黏聚力增长率约为400%,内摩擦角增长较小,最大内摩擦角增长率约为50%,石灰+麦秆纤维加筋土的强度增长率高于纯麦秆纤维加筋土,纤维加筋率的增加可以明显提高加筋土的抗剪强度;麦秆纤维加筋有效降低土体的崩解性,崩解速率降低系数平均约为4.83,石灰的加入可以进一步提高纤维加筋土的水稳定性;麦秆纤维加筋土的防护效果明显,含泥量和径流量均比较稳定,含泥量平均降低约40%,且随着降雨历时的增长,防护效果更明显。本研究结果对于麦秆纤维加筋土应用于黄土边坡坡面防护具有指导意义。

黄土坡面侵蚀方式演变与侵蚀产沙过程试验研究

利用自行设计的双土槽径流小区系统和人工模拟降雨试验研究方法,研究了坡面侵蚀方式演变对坡面侵蚀产沙量的影响,分析了沟蚀发育不同阶段对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明,坡面侵蚀发育初期,沟头溯源侵蚀占主导地位,侵蚀产沙量呈增加趋势;坡面侵蚀发育中期,沟蚀的宽度和深度变化已属于切沟形态发育的范围,导致了侵蚀产沙量的急剧增加;坡面侵蚀发育后期,沟蚀发育过程处于后期稳定阶段,侵蚀产沙量变化伏动较小。在坡面侵蚀发育初期、中期和后期,沟蚀分别占坡面总侵蚀产沙量的28.7%,70.4%和37.1%。

不同耕作管理措施对坡耕地降雨入渗的影响

利用人工模拟降雨试验,研究了不同耕作管理措施对坡耕地降雨入渗的影响,并采用有限差分法对入渗过程进行了数值模拟。结果表明,土壤入渗速率的计算值与实测值吻合较好,且耕作管理措施可明显增加坡面土壤的水分入渗,在相同入渗时间情况下,土壤稳渗速率大小排序为等高耕作>人工掏挖>人工锄耕>直线坡,在中小坡度和中小雨强条件下,这种特征表现更为显著。

土壤翻耕影响坡地磷流失试验研究

以黄绵土为试验材料 ,通过模拟降雨试验研究了翻耕与压实 (分别代表大田条件下土壤翻耕与免耕两种休闲方式 )条件下坡地土壤中不同形态P的流失特征 .结果表明 ,翻耕条件下 ,由于坡面产流产沙量增加 ,流失径流中溶解态磷 (DP)、泥沙浸提态磷 (SEP)以及泥沙全磷 (STP)的含量与流失量均明显增加 ,增幅达 10倍以上 .P的流失形态以泥沙结合态为主 .压实条件下 ,DP/生物有效磷 (BAP)与BAP/径流总磷(TP)比率分别为 15 %和 2 4 % ;而翻耕条件下DP/BAP与BAP/TP比率分别为 12 %和 2 6 % .在黄土高原地区实行免耕或者夏季留茬休闲 ,可有效降低坡地土壤与养分的流失量 ,有效遏制土壤退化 。

黄土路堑边坡植物纤维防护效果试验研究

针对中国西北黄土地区公路边坡常出现的冲蚀、剥蚀等病害,提出一种新型植物纤维防护技术。该技术将黄土、麦秸秆、草籽等材料混合后,喷射至黄土边坡表面形成植物纤维层。通过植物纤维层的联结、加筋和分散坡面径流等作用及植被的降雨截流、削弱溅蚀、抑制坡面径流、加固坡面等作用,可有效减少黄土边坡冲蚀、剥蚀等坡面病害的发生。对比在平凉至定西高速公路开展的植物纤维防护边坡与黄土裸坡的模拟降雨试验结果证明,植物纤维防护有效降低了降雨过程中边坡的含沙率与累积冲蚀量,对冲蚀等黄土边坡坡面病害有较理想的防治效果。

降雨强度对透水沥青混凝土净污能力影响研究

为定量评估降雨强度对透水沥青混合料净化路面径流能力的影响,基于搭建的足尺道路路面平台设计了5种降雨强度下单、双层透水沥青混凝土的人工降雨模拟试验,测定了流经透水沥青混合料前后模拟径流雨水的代表性污染物浓度。结果表明:透水沥青混凝土能有效净化径流污染,且双层透水沥青混凝土的污染净化能力显著优于单层透水沥青混凝土,对悬浮物(SS)、总磷化合物(TP)、重金属锌(Zn)、重金属铅(Pb)、总氮化合物(TN)、化学需氧量(COD)的去除率分别达到80.25%、74.13%、70.30%、65.14%、63.75%、61.38%;随着降雨强度的增大,透水沥青混凝土对径流污染物的净化能力逐渐减弱,通过分析层数、降雨强度对透水沥青混凝土污染物净化率的影响,提出了层系数α和雨强折减系数β,可以通过人工降雨模拟试验结果推算一定降雨强度下实际透水沥青混凝土路面的污染物净化能力,为透水沥青混凝土路面的量化环境评价提供依据。

坡面侵蚀产沙与水力学特征参数关系模拟

坡面侵蚀产沙主要受坡面径流动态过程的影响,表征坡面径流过程特征是水力学特征参数。为了研究坡面侵蚀产沙与主要水力学特征参数的关系,揭示坡面侵蚀产沙的水动力学机理。采用人工模拟降雨的方式,通过不同坡长和雨强的组合试验,基于跨雨强和跨坡长的综合性分析的思路,应用经典水力学计算和统计拟合相结合的方法,对特定坡度(20°)下,5个坡长(1,2,3,4,5m)13个降雨强度的试验监测数据进行了分析。结果表明:(1)在设计雨强(0.65~2.0mm/min)和坡度范围内,坡面径流都属于缓流,雨强<0.7mm/min都为层流,呈现紊流的最小雨强为1.01mm/min;(2)坡长对弗汝德数和阻力系数的影响较大,对剪切力、径流深和雷诺数的影响很小,3m坡长是坡面径流过程的波动步长,是模拟试验研究坡面径流水动力学参数的最小设计坡长;(3)流速是坡面侵蚀产沙的主要影响参数,剪切力是判断坡面侵蚀产沙强度的综合性指标之一。这些研究结论为实地大范围通过径流量和流速来预测侵蚀产沙的强度提供了简便快速的判断方法。

砾石覆盖条件下盐碱土边坡降雨侵蚀水动力学特征

为了探究砾石覆盖对盐碱土坡面侵蚀的减沙效应,通过室内模拟降雨试验,研究不同坡度和雨强条件下降雨径流水动力学特征及产沙受砾石覆盖的影响。试验坡度选取15°和30°,雨强选取92,119mm/h,坡面砾石覆盖度分别为0,10%,20%,40%,60%,80%,采用染色示踪法测定坡面径流流速。结果表明:不同坡度和雨强条件下,水流产沙率随坡面砾石覆盖度增大先增后减;雷诺数与弗劳德数均随砾石覆盖度增大呈先增后减的抛物线趋势,曼宁糙率、Dracy-Weisbach阻力系数、坡面径流剪切力和径流功率均与坡面砾石覆盖度呈线性正相关;径流功率预测产沙率效果较好,二者呈对数关系(R2=0.47)。

植草沟草种选择对降雨径流调蓄效应的影响

【目的】探究不同草种对植草沟控制径流和渗水蓄水功能的影响,针对不同降水强度选择出更适合的植草沟草种,为海绵城市建设提供参考资料和理论依据.【方法】选用由大叶油草(Axonopus compressus)、百慕大草(Cynodon dactylon)、假俭草(Eremochloa ophiuroide)3种不同植物构成的植草沟进行小雨、大雨、暴雨3个降雨强度的模拟降雨观察试验,分析在不同降雨条件下,3种植草沟对径流的消减能力、对径流洪峰的延缓能力以及蓄排水能力.【结果】假俭草植草沟在消减径流方面最为出色,不同降水条件下地表径流率均未超过10%,百慕大草植草沟消减径流性能次之,大叶油草植草沟最差,且三者差异显著.小雨条件下由百慕大草构成的植草沟砂层渗水率能力最高,为73.197%,大雨时三者无明显差异,暴雨时由假俭草构成的植草沟表现最好,砂层渗水率为79.922%;蓄水效果方面,假俭草植草沟在不同降雨条件下均优于其他2种植草沟.【结论】小雨状态下,百慕大草植草沟的渗排水能力更强;暴雨条件下,假俭草植草沟对于地表径流的消减能力和延缓径流洪峰的能力均为最优.