黄土坡面细沟径流输沙过程试验研究

细沟侵蚀是黄土地区坡面最主要的侵蚀方式之一,输沙过程是细沟侵蚀中的重要环节,阐明细沟输沙过程对理解细沟侵蚀发生发展过程机理及治理坡面水土流失具有重要意义。该文采用具有定流量人工放水的组合小区模拟降雨试验,对黄土坡面细沟径流输沙过程进行研究,结果表明:(1)不同降雨强度及不同坡度下,细沟径流输沙率随径流过程的变化具有极大的相似性,都随径流历时的增加而逐步递增,可用幂函数方程很好地描述;(2)细沟径流输沙模数随降雨强度及坡度的增大皆相应增加,可分别用幂函数方程及指数方程很好地描述;(3)雨强及坡度的综合作用可用二元幂函数方程很好地描述,其中,二者的影响基本相当;(4)水流切应力是与细沟输沙动力学过程关系最密切的水动力学参数,细沟输沙动力学过程的发生发展根源于细沟水流剪切力的动力作用。

长江上游坡耕地细沟径流水动力学特征研究

以长江上游为研究区域,选取了5个试验点,5种主要耕作土壤类型,进行大田人工模拟径流实验,并对坡耕地细沟径流水动力学特征进行了分析。结果表明:细沟径流流速随流量的增大而增大,且流速与流量呈幂函数关系,其指数值在0.23～0.52之间;各试验土壤的细沟径流雷诺数在250～2 500之间,其流态介于层流与紊流的过渡范围,雷诺数随着放水流量的增大而迅速增大,流量在2～4L/min之间存在一个临界值,使得细沟径流由层流向紊流转化;各试验土壤在不同流量下的细沟径流佛汝德数在1.39～2.55之间,表明细沟径流均处于急流范畴;阻力系数在0.2～0.8之间,不同试验土壤在不同流量下的阻力系数差异很大,阻力系数与雷诺数没有明显的相关性。

黄土坡面细沟水流含沙量变化过程试验研究

细沟侵蚀是我国黄土坡面主要侵蚀过程之一,阐明细沟水流含沙量变化过程对于揭示坡面细沟侵蚀产沙过程机理及治理坡面水土流失具有重要意义。采用具有定流量人工放水的组合小区模拟降雨试验,对黄土坡面细沟水流含沙量变化过程进行研究。结果表明:(1)在不同雨强及不同坡度下,细沟水流含沙量随径流过程的变化具有很大的相似性,都随径流历时增长而逐步递增,可用幂函数方程很好地描述;(2)细沟水流平均含沙量随雨强及坡度的增大都相应增大,分别可用线性方程和指数很好地描述;(3)雨强及坡度对细沟水流含沙量的综合作用可用二元幂函数方程很好地描述,其中雨强对坡面细沟水流含沙量的影响大于坡度的影响;(4)水流切应力是细沟水流含沙量变化过程关系最密切的水动力学参数,试验条件下细沟水流含沙量变化过程的发生发展根源于水流剪切力的动力作用过程。

黄土坡面细沟水流输沙能力变化特征

水流输沙能力是土壤侵蚀过程极其重要的参数之一,精确计算细沟水流输沙能力可以有效揭示细沟侵蚀过程机理,为建立坡面细沟侵蚀过程模型奠定重要基础。采用细沟水槽试验方法对黄土坡面细沟水流输沙能力变化特征进行研究。结果表明:不同坡度下,细沟水流输沙能力随流量增加而平缓增大,可用幂函数方程很好地描述;不同流量下,细沟水流输沙能力随坡度的增加而增大,可以用指数方程很好地描述;细沟水流输沙能力随流量及坡度变化的因子模型为二元幂函数方程,其中流量对细沟水流输沙能力的影响大于坡度的影响;ANSWERS模型中的输沙能力方程不能用于计算黄土陡坡细沟水流输沙能力。

黄土坡面细沟水流分离能力

水流分离能力是土壤侵蚀研究的重点内容之一,阐明细沟水流分离能力变化规律可以深入认识细沟侵蚀过程,为建立细沟侵蚀过程模型奠定重要基础。采用细沟水槽试验方法对黄土坡面细沟水流分离能力进行研究,结果表明:不同流量下,细沟水流分离能力随坡度增加而增大,可用线性方程很好地描述;不同坡度下,细沟水流分离能力随流量的增加而增大,可用幂函数方程很好地描述;细沟水流分离能力因子模型为流量及坡度对细沟水流分离能力影响的二元幂函数方程,方程中流量对细沟水流分离能力的影响大于坡度的影响。

粗糙坡面对雨水转化率的影响研究

耕作会改变土壤表面粗糙度,为了研究耕作引起的粗糙坡面对雨水转化率的影响,本文在模拟降雨条件下,设计了耕作引起的粗糙坡面的土坡,土坡的坡度为8°和12°,以光滑坡面的土坡作为对照组。降雨强度为60 mm/h和100 mm/h,通过降雨时入渗量、洼地存水量和流出雨水量对坡面径流侵蚀期和细沟径流侵蚀期进行分析。试验结果表明:(1)在不同降雨强度下,坡面径流侵蚀期在粗糙坡面的入渗量分别占总雨水的78.3%和73.5%,大约是光滑坡面的1.5倍。(2)坡面径流侵蚀期的地表径流量很小,细沟径流侵蚀期的地表径流量明显增加。两个侵蚀期地表洼地存水量都明显小于入渗水量和地表径流。(3)在降雨期间,粗糙坡面能够收集超过50%的雨水量,而对于光滑坡面,只有26%的雨水量被收集。

含碎石紫色土坡面降雨入渗和产流产沙过程

在室内土槽模拟降雨试验基础上，观测了具有不同碎石体积含量紫色土的降雨人渗地表产流产沙量以及细沟间径流和细沟径流的流速，以期建立碎石含量与土壤流失的定量关系。研究结果表明：土壤中碎石混合对降雨人渗有正负两方面的影响，当碎石含量为20％～30％时，碎石的存在增强土壤入渗能力，当碎石含量提高到30％时，土壤的入渗能力被削弱。土壤中碎石混合通过不同的作用机制对坡面细沟间径流流速和细沟径流流速产生不同的影响，随着碎石含量的增加，细沟间径流平均流速逐渐增加，细沟径流的平均流速逐渐降低。土壤中碎石混合通过改变土壤的物质组成和结构，增强土壤的抗蚀性和抗冲性，随着碎石含量的增加，径流含沙率和土壤流失量显著降低，土壤流失比与碎石含量呈极显著指数负相关关系。