紫色土區(qū)玉米季橫壟坡面細(xì)溝侵蝕過程研究.pdf

1、紫色土區(qū)細(xì)溝侵蝕作為坡耕地最嚴(yán)重的水蝕方式之一，嚴(yán)重阻礙著區(qū)域土壤可持續(xù)利用與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。由于細(xì)溝形態(tài)不斷演變，影響徑流的水動(dòng)力學(xué)特性，水流的動(dòng)態(tài)變化將引起細(xì)溝侵蝕的演化。因此，本文以紫色土丘陵區(qū)坡耕地為對(duì)象，采用野外人工模擬降雨，開展不同雨強(qiáng)、坡度和生長期條件下，橫壟坡面細(xì)溝侵蝕特征研究，揭示野外實(shí)地細(xì)溝形態(tài)演變及其主要影響因素，闡明玉米各生長期細(xì)溝流水動(dòng)力學(xué)特性，建立細(xì)溝產(chǎn)流產(chǎn)沙與水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的耦合關(guān)系，以期為紫色土區(qū)坡耕地水

2、土流失的有效防控及區(qū)域水蝕測(cè)報(bào)模型構(gòu)建提供一定的理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)隨玉米生長期推進(jìn)，細(xì)溝出現(xiàn)時(shí)間總體呈先增加后減少的趨勢(shì)。橫壟坡面細(xì)溝侵蝕多發(fā)生在躍壟或破壟后，苗期、拔節(jié)期跌坎與細(xì)溝出現(xiàn)的平均間隔時(shí)間分別為10′59″和15′30″，其細(xì)溝侵蝕發(fā)育過程為跌坎、斷續(xù)細(xì)溝（破壟）、細(xì)溝發(fā)育、細(xì)溝調(diào)整。2.0mm min-1降雨條件下，苗期細(xì)溝發(fā)育長、寬、深分別達(dá)77.62cm、6.25cm和4.04cm。苗期、拔

3、節(jié)期、抽雄期及成熟期細(xì)溝形成對(duì)應(yīng)的平均降雨量分別為35.17mm、48.91mm、81.63mm和65.82mm，抽雄期、成熟期細(xì)溝侵蝕發(fā)育過程為濺蝕坑、濺蝕坑貫穿（越壟）、細(xì)溝發(fā)育、細(xì)溝調(diào)整。
　　(2)玉米各生長期，15°與20°間的細(xì)溝產(chǎn)沙量均無顯著差異。隨雨強(qiáng)的增加，橫壟坡面細(xì)溝產(chǎn)流量在各生長期均呈增加的趨勢(shì)。隨玉米生長期推進(jìn)，橫壟坡面雨前地表糙度(R1)整體呈衰退趨勢(shì)。降雨后地表糙度最大變幅均出現(xiàn)在抽雄期，15°坡面，抽

4、雄期的平均糙度變幅較苗期、拔節(jié)期和成熟期分別增加了2.63倍、1.74倍和3.21倍;20°坡面，抽雄期的平均糙度變幅較苗期、拔節(jié)期和成熟期分別增加了2.85倍、6.54倍和37.74倍。隨玉米生長期的推進(jìn)，葉面積指數(shù)、覆蓋度均呈先增加后下降的趨勢(shì)，抽雄期葉面積指數(shù)為2.34。各因素與細(xì)溝產(chǎn)流的灰關(guān)聯(lián)度表現(xiàn)為雨強(qiáng)≥葉面積指數(shù)＞植被覆蓋度＞坡度＞雨前地表糙度＞株高，與產(chǎn)沙的灰關(guān)聯(lián)度表現(xiàn)為植被覆蓋度＞葉面積指數(shù)＞株高＞雨前地表糙度＞雨強(qiáng)≥坡

5、度。
　　(3)隨玉米生長期推進(jìn)，流速呈先減少后增加的趨勢(shì)，平均徑流整體呈下降趨勢(shì)，徑流剪切力、水流功率均呈先減小后增加的趨勢(shì)。細(xì)溝流流態(tài)主要分布于“緩過渡流”區(qū)，抽雄期細(xì)溝流流態(tài)向“緩層流”區(qū)延伸，苗期和成熟期局部達(dá)到“緩紊流”區(qū)。抽雄期曼寧糙率系數(shù)n值較小，苗期相對(duì)較大。15°坡面，1.0mm min-1降雨條件下，各生長期細(xì)溝流流曼寧糙率系數(shù)n變化范圍為0.088～0.16，Darcy-Weisbach阻力系數(shù)f變化范圍為8

6、3.67～140.69。曼寧糙率系數(shù)n與Darcy-Weisbach阻力系數(shù)f變化趨勢(shì)基本一致。
　　(4)玉米各生長期，細(xì)溝產(chǎn)流率均與單位水流功率耦合度最高。苗期，產(chǎn)流率與單位水流功率呈二次函數(shù)關(guān)系。拔節(jié)期，產(chǎn)流率與單位水流功率呈冪函數(shù)關(guān)系。抽雄期、成熟期，產(chǎn)流率與單位水流功均呈對(duì)數(shù)函數(shù)正相關(guān)。苗期，產(chǎn)沙率與單位水流功率耦合度較高，呈二次函數(shù)。拔節(jié)期，產(chǎn)沙率與各水動(dòng)力學(xué)參數(shù)耦合度均較低。抽雄期、成熟期產(chǎn)沙率與單位能量耦合度較高，