降雨条件下电解质示踪正态模型的应用

为测试电解质示踪正态模型在降雨条件下测量坡面径流流速的可行性,对3个降雨强度和5个坡度条件下坡面电解质示踪试验数据进行分析;在降雨条件下将正态模型法计算的径流流速与传统流量法得到的流速进行对比。结果表明:正态模型测量坡面径流流速在理论上是可行的;坡度和降雨强度较小时,正态模型法能够在短距离内准确测量径流流速,与流量法测量结果接近;随着坡度和降雨强度的增大,由于电解质的横向扩散损失导致模型预测径流流速的精度有所降低。

不同示踪法测量砾石层中水流流速研究

采用室内试验,用平均粒径约2cm的砾石,在长4m、宽15cm、高50cm的水槽内堆积厚为5cm的砾石层,在坡度为4°、8°、12°和流量为3、6、12L/min条件下,距离电解质脉冲发生器0.3、0.6、0.9、1.2、1.5m处放置探针,测量电导率变化过程,计算水流的最大流速、优势流速和平均流速,并用染色剂示踪法对比砾石层中水流的最大测量流速。结果表明,试验所用各工况,流量对流速的影响不显著,坡度增大,流速明显增大。试验条件下,水流的优势流速变化范围为0.031～0.070m/s,优势流速与最大流速的比值稳定,在0.81～0.83之间。平均流速与优势流速的比值随坡长的增加逐渐增大,增长的速率逐渐减小并趋于稳定。平均流速与最大流速的比值在0.68～0.78之间,并随距离的增加稍有增大。

集中水流冲刷条件下浅沟径流流速特征研究

在室内不同坡度和径流流量条件下,用电解质示踪法和染色剂示踪法进行浅沟径流流速测量的对比研究。用采自北京的粉壤土在室内试验模拟浅沟侵蚀,测量并计算浅沟径流流速。在坡度5°、10°、20°,流量64、128、256 L/min条件下,进行浅沟水流流速的测定试验。测量结果表明,浅沟径流流速随坡长增加略有减小,随流量和坡度增大而增大。电解质示踪法测量得到的流速在0.55～1.60 m/s之间,而染色剂示踪法测量得到的流速为0.71～1.45 m/s,染色剂示踪法测量得到的流速略小于电解质示踪法测量结果。考虑到浅沟水流对示踪剂稀释及紊流对水流的扰动造成的视觉影响,电解质示踪法测量的流速具有其合理性。

坡面薄层水流优势流速研究

降雨形成的径流是产生坡面土壤侵蚀的主要动力来源,径流流速是土壤侵蚀模型的重要参数之一。为研究电解质示踪法测量坡面水流流速过程中电解质优势流速和水流流速的关系,本研究利用实验水槽,在坡度4°、8°、12°,流量12、24、48 L/min条件下,于距离电解质注入位置0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 m处放置探针测量电解质传递过程,计算不同工况下各测量断面的电解质优势流速。结果表明：流量对电解质优势流速的影响大于坡度对其影响,电解质优势流速随距离增加而增大,采用指数函数拟合计算得到的电解质优势流速随距离的变化过程,得到稳定的电解质优势流速,即水流优势流速,其范围在0.241~0.568 m/s之间。随坡度和流量的增大,水流优势流速均增大。流量对水流优势流速增长的影响大于坡度对其的影响。不同坡度和流量条件下,水流优势流速与平均流速基本一致,二者的比值为1.007,水流优势流速与最大流速的比值为0.774,平均流速与最大流速的比值为0.776,符合坡面薄层水流的流态。结果可为研究坡面薄层水流动力过程提供新的计算方法和参考数据。

土壤冻结对黄土细沟水流流速的影响

细沟水流流速是冻土和未冻土坡面水文过程的重要参数,与冻融坡面土壤侵蚀和泥沙输移密切相关。试验在长8 m、宽0.1 m、深0.12 m的土槽内填装深度为0.05 m的陕西安塞黄绵土坡面进行。设定坡度为5°、10°、15°、20°,流量为1、2、4、8 L/min,通过测量冻土与未冻土坡面细沟水流前锋流经整个土槽所用时间,计算水流的前沿流速,对比2种坡面上水流前沿流速的关系,研究冻结对水流流速的影响,同时采用电解质示踪法计算水流的优势流速,分析优势流速与前沿流速的关系。不同工况下,冻土坡面前沿流速在0.260~0.843 m/s之间,未冻土坡面水流前沿流速在0.175~0.552 m/s之间;冻土和未冻土坡面上,随坡度、流量的增大,前沿流速增大,增大率在缓坡(5°~10°、10°~15°)时逐渐减小,流量较小(1、2、4 L/min)时,流量增大,坡度对前沿流速增大率的影响也逐渐减小;坡度和流量对冻土坡面水流前沿流速的影响大于对未冻土坡面水流前沿流速的影响;冻土和未冻土坡面前沿流速均随坡度和流量的增大近似呈幂函数增大;在试验条件下,冻土坡面前沿流速和优势流速比未冻土坡面大43%和40%;冻土和未冻土坡面上优势流速和前沿流速的比值分别为0.61和0.63,表明该系数可以用于标定前沿流速。试验结果可为冻土坡面与未冻土坡面水流动力过程研究提供参考。

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。