柔性植被叶片近地表覆盖对坡面流水力学特性的影响

坡面柔性植被对坡面流水力学特性有着显著影响,进而对坡面侵蚀起着重要作用。以往的研究主要集中在完整柔性植被上,包括茎杆和叶片。为进一步探明近地表柔性植被叶片对水力学特性的影响,采用模拟坡面冲刷试验,研究了3种流量(0.5、1.0和1.5 L/min)、5种坡度(2°、4°、8°、12°和16°)、5种覆盖度以及2种覆盖类型下坡面径流的水动力学特征,以期揭示柔性植被叶片近地表覆盖对坡面土壤侵蚀特征的影响。结果表明:平均流速随柔性植被叶片覆盖度的增加而下降,流量与坡度的增加可减缓平均流速的下降趋势;雷诺数Re与佛汝德数Fr随柔性植被叶片覆盖度的增加而降低,佛汝德数Fr下降趋势明显,雷诺数Re下降趋势平缓。柔性植被叶片覆盖度和坡度对流态的影响相互制约;阻力系数随植被叶片覆盖度的增加呈增加趋势,覆盖物起到增阻作用;坡度变化引起阻力系数先降低后增加再降低的趋势,相同条件下横向不同覆盖度覆盖物的形态阻力在总阻力中占比更大。研究结果可为黄土高原坡面侵蚀及生态环境治理提供理论依据。

坡面流水动力学参数对土壤分离能力的定量影响

利用变坡试验水槽,在较大流量(0.5～2.0L/s)和坡度(0～50%)范围内,详细研究了水深、平均流速、雷诺数、佛汝德数和阻力系数对土壤分离能力的定量影响,旨在得到估算土壤分离能力最简单的方法。研究结果表明:坡面流土壤分离能力与水深、平均流速间均呈显著的幂函数关系;土壤分离能力与水流流态密切相关,与水流佛汝德数相比,水流雷诺数与土壤分离能力的关系更密切;土壤分离能力与水流阻力间呈良好的幂函数关系。研究结果表明,平均流速是预测土壤分离能力的最佳参数。研究结果对于理解土壤侵蚀机理,建立土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。

径流驱动土壤分离过程的影响因素及机制研究进展

土壤侵蚀包括土壤分离、泥沙输移和泥沙沉积3个子过程,研究这些过程发生、发展的水力、地形、土壤及地表特性等临界条件及各过程间相互影响、相互制约的机制,是建立土壤侵蚀过程模型继而准确预报土壤侵蚀的基础。为加强对径流驱动土壤分离过程的认识,推动土壤侵蚀过程与机理的研究,从径流水动力学特性、土壤特性、近地表特性、土壤分离过程的时空变异特性等方面对径流驱动的土壤分离过程影响因素及机制进行了总结和梳理,在此基础上,从土壤分离过程研究的时空尺度、土壤分离过程的动力学机制、细沟发育及其形态特征、网络结构对土壤分离过程的影响机制、土壤分离与泥沙输移的耦合机制、土壤分离测定方法与标准、土壤侵蚀阻力参数获取与预报等方面,展望了该领域有待深化的问题及今后的发展方向。

基于动理学理论的坡面水流土壤分离能力研究

土壤分离能力是反映土壤侵蚀强弱的重要参数,但目前研究中多采用基于实验数据建立的经验公式来计算,在反映水流作用下土壤分离过程的物理机制时存在不少困难.本文基于泥沙运动的动理学理论建立了新的土壤分离函数,将分离能力表示为单位时间内在外力作用下,单位面积床面上脱离土体的物质通量.分离函数的核心为颗粒速度分布函数,反映了土壤分离过程中颗粒微观受力状态的分布规律,而颗粒脱离床面的速度在状态空间上的积分则反映了分离过程的宏观统计规律.文中采用共计12组实验数据对分离函数进行了验证,并与其他3家代表性分离函数进行了对比.结果表明,本文分离函数的计算值与实验数据较为一致,相对误差在[-0.5,0.5]之间的数据占所有数据的78%,具有良好的计算精度.由于基于泥沙运动的动理学理论得到的分离函数具有较强的理论基础,本文的研究结果也为揭示土壤分离过程的力学机制提供了新的理论方法.