黄土细沟流跌坑的形成与作用机理

跌坑是细沟侵蚀过程中形成的一种床面形态,其是床面形态和水流流动相互作用的结果。借鉴下切型阶梯-深潭理论采用6种坡度（2°、4°、6°、8°、10°、12°）,5种流量（8、16、24、32、40L/min）完全组合冲刷试验,系统研究了黄土坡面细沟流跌坑形态发育过程及动力特性。结果表明：跌坑平均深度随坡度的增加而增加,跌坑平均间距与跌坑平均深度的比值随坡度的增加而减小,表明跌坑随坡度的增加发育越加成熟,且流量对两者影响均较少;跌坑发育系数随坡度的增加而增大,其值介于1.01和1.14之间,与细沟阻力系数呈正势变化,表明随着跌坑发育越显著,水流阻力越大,能量耗散越剧烈。相同坡度下,跌坑消能率随流量的增加呈线性减小趋势;而消能率随坡度和跌坑发育系数的增加呈幂函数增加关系,消能率范围在87.28%~98.58%之间,研究结果表明跌坑的发育及作用机制对细沟流流动特性及侵蚀产沙具有重要作用。

紫色土坡面水流跌坑形态特征及其成因

跌坑的形成是坡面侵蚀过程中的重要一环,是细沟开始出现的临界形态,跌坑的贯穿标志着细沟的形成。本研究采用模拟降雨与微地形测量相结合的方法,调查了不同雨强下紫色土坡面跌坑的发育过程及其形态分布。试验结果表明,降雨初期紫色土坡面水流跌坑边界模糊,横断面上跌坑基本在相同水平线上,与紫色土颗粒组成较粗有关;1.83～2.33 mm/min的雨强下,顺坡跌坑平均间距变化于8.2～9.4 mm之间,跌坑深度顺坡分布呈现较大的波动性,平均深度介于1.4～1.8 cm,总体上随雨强呈增大趋势;横断面上跌坑宽度变化相对较大,平均宽度介于9.4～16.3 cm,随雨强变化趋势不明显;跌坑水平间距除边界外相对稳定,地势低洼处优先形成跌坑,但也并非尽然;基于运动波理论分析认为,紫色土坡面跌坑的连续分布是坡面流运动波的能量周期性波动作用形成。

细沟侵蚀过程中水流跌坑的发生机理探讨

细沟侵蚀过程中水流跌坑的出现是极其重要的一环。跌坑的出现表明细沟侵蚀正在孕育 ,跌坑之间的相互贯通则表明细沟的形成。本文基于室内外观察、径流的最小耗能原理、坡面土壤抗冲性及土壤物理结构几方面对跌坑现象进行了论述 ,揭示了水流跌坑形成的内在必然性。这对认识细沟侵蚀的发生机理及演化模式 。

土石混合崩积体坡面细沟跌坑发育试验研究

为了探究土石混合崩积体坡面细沟跌坑发育情况,采用室内放水冲刷试验,通过设置4个流量(2,4,8,12 L/min)和4种砾石含量的土石混合崩积物(砾石质量比例0,10%,30%,50%),研究不同条件下细沟跌坑的发育特征。结果表明:在不同冲刷时段,跌坑数量变化为3~17个,跌坑平均深度为1.10~5.93 cm,细沟纵断面形态系数为2.97~19.97。各跌坑参数随冲刷时间的延长总体呈增大趋势,部分坡面在5 min或7.5 min时出现最大值;跌坑参数随流量的增加总体呈先增大后减小趋势,8 L/min流量条件下出现最大值,而随着砾石含量增加总体呈增大趋势;流量对跌坑发育的影响大于砾石含量。各跌坑参数与流速、阻力系数及曼宁粗度系数密切相关,径流剪切力是描述跌坑发育的最适合水动力学指标,可用线性函数表达。

山前洪积扇坡面细沟侵蚀跌坑特征的试验研究

跌坑的出现是坡面侵蚀过程中的重要现象,标志着细沟侵蚀正在发育,跌坑的贯穿标志着细沟的形成。采用土槽冲刷模型试验,选取流量、坡度、冲刷时间和坡面形态作为影响跌坑发育的因子结合正交试验调查了不同试验条件下跌坑发育特征及影响因素。结果表明:影响跌坑发育的因素主次为冲刷时间、流量、坡面形态、坡度;跌坑沿坡面连续分布,深度具有波动性,沿坡向下呈现先增大后减小的趋势,最大值一般发育在坡面中部;根据跌坑的发育特征将坡面细沟侵蚀划分为片蚀、细沟雏形、细沟发育和细沟调整四个阶段;坡面细沟侵蚀跌坑深宽积与土壤侵蚀量具有较显著线性关系。研究结果对输油管线水毁及水土流失防治具有一定的参考价值。

紫色土坡面跌坑贯穿发生细沟的水动力过程

跌坑是坡面土壤特性和薄层水流动力的耦合作用形成,而跌坑对坡面漫流的集中导致了水流流速、流深和切应力的变化,进一步塑造了侵蚀坡面形态导致跌坑贯穿发生细沟;目前关于跌坑与水动力耦合作用的研究相对较少。采用人工模拟降雨试验方法,分析了跌坑对径流特征的影响,定义了径流集中度Kc,回归调查了径流集中后切应力与跌坑贯穿下切速率的关系。结果表明:紫色土曼宁糙度系数随雨强增大而减小,漫流区坡面曼宁糙度系数变化介于0.014～0.026,沟道曼宁糙度系数变化介于0.008～0.015;薄层水流流速和流深顺坡增大,在跌坑处集中后流速剧增,雨强越大流速越大、流深越小;径流切应力顺坡增大,跌坑集中薄层水流而切应力剧增导致跌坑贯穿;试验紫色土可蚀性参数Ke为0.144s/m,跌坑贯穿的临界切应力为2.48Pa。

坡面细沟侵蚀断面形态发育影响因素分析及动力特性试验

研究细沟形态发育过程对认识细沟侵蚀具有重要作用,该文采用6种坡度(2°、4°、6°、8°、10°、12°),5种流量(8、16、24、32、40 L/min)下的组合冲刷试验,系统研究了坡面细沟横纵断面形态发育影响机制及动力特性。结果表明:细沟宽深比变化范围为3.006~4.884,根据水力最佳断面,细沟水流远未达到稳定。横断面形态系数随坡度的变化范围为0.36~0.522,细沟横断面形态随流量、坡度以及冲刷历时均趋近于梯形水力最佳断面,即阻力最小的断面。随着流程长度的增加,横断面形态由宽深逐渐变窄,横断面形态系数也随之减小。细沟纵断面形态范围为0.60~11.26,且随坡度的增大而增大,与流量相关性不大。综合阻力系数及消能率均与细沟纵断面形态系数呈良好的幂函数关系。

粘性土坡面细沟流的水力特性试验研究

发生于粘性土坡细沟侵蚀中的细沟流 ,其特性多从地理角度进行描述 ,因而对细沟的认识也不一致。本文在室内试验的基础上 ,对细沟流的水力特性从最小耗能原理及水力学的角度进行了较为深入的探讨 ,不仅对细沟侵蚀过程中的“跌坑”现象的形成进行了分析 ,也得出了有别于明渠水流的细沟流的一些水力特性。

非恒定流细沟断面形态影响因素研究

为探明细沟形态变化规律,采用室内人工模拟放水冲刷试验,研究了4种不同流量组合类型(凹陷型、峰值型、均匀型、增加型)与5个坡度(4°、6°、8°、10°、12°)组合的黄土地区细沟横纵断面的几何形态及各因子对其影响。结果表明:各流量组合类型下细沟宽深比为1.97～5.32,且同一流量组合类型情况下,随坡度的增加呈减小的趋势;同一坡度下,流量变化对其影响无明显规律;细沟断面形态指数η为0.29～0.54。增加型和峰值型的细沟横断面形态主要以"U形三角形"为主;均匀型的细沟横断面形态主要以"V形"内壁外凸为主;凹陷型的细沟横断面形态主要以"深V形"为主。表征纵断面形态特征的跌坑发育系数SP为1.014～1.10,跌坑发育系数随坡度的增加而增加,且各个坡度下,峰值型的SP值最大。