坡面土壤剥蚀率及其与水流含沙量的关系研究

为研究天然降雨条件下坡面土壤剥蚀率及其与水流含沙量的关系,通过在野外15°径流小区分多层多区段同时布设不同稀土元素进行连续天然降雨试验。结果表明:距坡顶4 m坡段内的土壤剥蚀率在首次产流初期相对较大;随着坡面下部细沟的出现,距坡脚2 m的坡段内,水流剥蚀逐渐以细沟流剥蚀为主,土壤剥蚀率在整个坡面内最大;坡面各段土壤剥蚀率的变化过程同降雨强度的变化趋势基本一致;在次降雨过程及全年的降雨中坡面各段土壤剥蚀率随水流含沙量的增加呈幂函数递增。

模拟降雨下土壤剥蚀率和水流含沙量的关系

为了确定坡面土壤剥蚀率与水流含沙量的关系,利用变坡土槽模拟降雨试验,对剥蚀率和含沙量关系及其影响因子进行系统分析。结果表明,土壤剥蚀率和水流含沙量与雨强的关系较为密切,土壤剥蚀率和水流含沙量随雨强的增加而增加;坡度对土壤剥蚀率有一定影响,在试验的坡度和流量范围内剥蚀率、含沙量随坡度增加呈先增加后减小趋势,24°为临界坡度;土壤剥蚀率与水流含沙量之间呈幂函数关系,两者相关性显著(Dr=aSbc,其中0.01<a<0.05,0.9<b<1.4)。

黄土坡面片蚀水流含沙量变化过程试验研究

采用人工模拟降雨试验方法对黄土坡面片蚀水流含沙量变化过程进行研究,结果表明:不同雨强和坡度条件下,片蚀水流含沙量变化过程均表现为先增大后减小,最终趋于相对稳定的趋势;片蚀水流平均含沙量随雨强和坡度的增大而增大,分别可用幂函数方程和对数方程描述;雨强和坡度对片蚀水流含沙量的综合作用可用二元幂函数方程很好地描述,其中坡度对坡面片蚀水流含沙量的影响大于雨强;单位水流功率是与片蚀水流含沙量变化过程关系最密切的水动力学参数,是坡面片蚀水流含沙量变化过程发生发展的动力根源。

不同含沙量水流对河床形态调整影响的实验研究

水沙条件变化后河床形态的调整是河流地貌学中一个极为重要的问题。但国内外学者基于不同的含沙量变化范围得出的结论刚好相反。采用过程响应模型实验方法,研究和验证了河床形态调整对于不同含沙量水流过程的复杂响应现象,从实验的角度部分地修正了Schumm关于水沙条件变化后河床形态调整方向的定性预测关系。

低含沙量条件下张瑞瑾挟沙力公式中参数确定及其在荆江的应用

水流挟沙力公式及其参数选取的合理性,直接影响到悬沙输移及河床冲淤变形的计算精度。在少沙河流,张瑞瑾水流挟沙力公式被广泛应用,但其系数和指数在不同研究中取值差异较大。本研究首先选取长江中游相对冲淤平衡状态下的水流含沙量资料共计573组,将其近似等于水流挟沙力;然后点绘水流挟沙力和水沙综合参数的关系,从而确定参数k和m的计算关系;最后将完善后的水流挟沙力公式嵌入到一维水沙动力学模型中,模拟了长江中游荆江段2016年的水沙输移过程。计算结果表明:当挟沙力公式中参数采用计算式确定时,各水文站计算和实测含沙量平均相对误差在26%~36%之间;而这些参数取为常数时,含沙量平均相对误差范围为39~49%。因此当采用计算式确定张瑞瑾挟沙力公式中的参数时,相较于取值为常数,水沙输移过程的计算精度更高。故该方法解决了以往在低含沙量条件下不易确定挟沙力公式中关键参数的难题,提高了水沙数学模型的计算精度。

基于土槽冲刷法的紫色土侵蚀细沟剥蚀率研究

细沟剥蚀率是细沟侵蚀的重要组成部分,也是确定细沟侵蚀模型的关键参数。通过试验获取紫色土侵蚀细沟水流含沙量随沟长变化的过程数据,采用数值计算方法和解析计算方法估算细沟剥蚀率。结果表明:细沟剥蚀率随沟长增加呈幂指数下降;随含沙量增加呈线性递减。在坡度较陡、流量较大时,拟合效果更好。用解析法所得结果与用试验数据计算所得结果具有很好的一致性,表明了数值计算方法和解析法估算细沟剥蚀率均具有合理性,为紫色土细沟侵蚀过程参数的确定奠定了基础。

黄土区五种土壤抗冲性试验分析

通过室内放水冲刷实验,分析了黄土高坡5种土壤在不同坡度下的下切冲刷过程及影响冲刷的坡度、水流特征以及水流含沙量等影响因素。结果表明,在流量为120 L/h条件下,5种土壤的抗冲系数均随着坡度的增大而降低,且呈现指数回归关系,决定系数R^2较高,土壤抗冲性大小依次为杨凌黏壤土>延安砂质黏壤土>周至黏壤土>志丹砂质壤土>靖边砂质壤土;5种土壤的抗冲系数和水流流速均呈现出负相关的线性变化规律;5种土壤的冲刷强度基本都随着坡度的增加而增加,随着冲刷时间的推移,冲刷强度逐渐减小,且坡度越大,前期的冲刷强度越大;5种土壤的抗冲系数与水流含沙量呈现出负相关的线性变化规律,决定系数R^2在0.857 7~0.957 5之间,随水流含沙量的变化,抗冲性越好的土壤其本身的抗冲系数变化越显著。

重粉质壤土坡面细沟侵蚀发育规律实验分析

通过室内放水冲刷实验,研究了重粉质壤土在5种不同坡度下细沟侵蚀发育的水动力学特性、细沟水流含沙量的变化以及细沟断面的发育规律。结果表明,流量为700L/h条件下,细沟断面沟宽、沟深均随坡度的增加而增加,沟深与沟宽发育速度正相关;宽深比随着坡度的增大而减小,各坡度的宽深比均稳定在1.5-2之间;细沟断面形态系数变化于0.418-0.892之间,随着细沟的发育逐渐增大,细沟断面形态由宽浅形向窄深形发育;坡面细沟水流流速伴随细沟的发育而减小,可用幂函数方程描述;细沟水流含沙量随细沟发育逐渐趋于稳定,与细沟断面形态系数正相关。

砂姜黑土区采煤塌陷坡耕地水蚀输沙过程研究

选择淮北平原砂姜黑土区某煤矿2种不同开采方式（充填开采和非充填开采）工作面地表塌陷坡耕地,通过现场调查和采样分析,动态监测表层（0-10cm）土壤黏粒含量,研究黏粒含量在采煤塌陷坡耕地形成过程中的时空变化。同时在实验室应用人工模拟降雨试验,测定不同降雨强度（强降雨0.309mm/min,弱降雨0.147mm/min）和坡度（3°,5°和10°）处理下的坡面径流含沙量与土壤剥蚀率,探讨坡耕地水蚀输沙过程特征。结果表明：（1）研究区砂姜黑土黏粒含量为37%-46%,塌陷坡耕地坡面表土黏粒含量随时间推进呈缓慢下降。（2）雨强和坡度为影响砂姜黑土区坡耕地径流含沙量变化的主要驱动力。相同坡度,强降雨条件下水流含沙量为弱降雨时的10倍左右;坡度为3°和5°时的水流含沙量变化趋势一致,而坡度为10°时,试验不同时段的水流含沙量不稳定,尤其是强降雨条件下,在试验4min后水流含沙量急剧增加,至7min已达28.9g/L,为径流初期的15倍以上。（3）砂姜黑土与高原黄土、川中紫色土和南方红壤坡地土壤雨水侵蚀特征一致。但在耕作因素影响下,充填或非充填开采工作面地表塌陷坡耕地土壤流失量均较轻微。