黃土丘陵區(qū)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程及動力學(xué)機(jī)理研究.pdf

1、坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程及動力學(xué)機(jī)理研究不但對揭示土壤侵蝕過程機(jī)理、深化土壤侵蝕規(guī)律研究有重要理論意義，而且對科學(xué)地指導(dǎo)流域水土保持措施配置有重要的實踐意義。本論文采用野外大型坡面徑流場定位監(jiān)測和人工模擬降雨試驗相結(jié)合的研究方法，闡明了匯水匯沙對坡面不同侵蝕分帶侵蝕產(chǎn)沙的作用與貢獻(xiàn)，研究了坡面侵蝕方式演變過程及其產(chǎn)沙貢獻(xiàn)，對比分析了有梁坡匯水匯沙和無梁坡匯水匯沙時的坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙特征，定量表達(dá)了梁坡匯水匯沙對溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過程的影響，揭

2、示了坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙動力學(xué)機(jī)理。主要研究結(jié)論如下： 1．闡明了天然降雨條件下坡面匯水匯沙對不同侵蝕分帶和梁坡匯水匯沙對溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的作用與貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，片蝕帶匯水匯沙進(jìn)入細(xì)溝侵蝕帶后，一方面使細(xì)溝侵蝕帶的侵蝕產(chǎn)沙量增加10.7％-37.7％，另一方面也使溝侵蝕帶的侵蝕產(chǎn)沙量減少21.7％-83.5％，取決于降雨、坡面匯流含沙量和下墊面侵蝕發(fā)育狀況。片蝕＋細(xì)溝侵蝕帶的匯水匯沙使淺溝侵蝕帶的侵蝕產(chǎn)沙量增加6.5％-88.7％，表明

3、坡面侵蝕現(xiàn)象以侵蝕－搬運過程占主導(dǎo)地位。梁坡匯水匯沙可使溝坡系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙量（增沙系數(shù)）增加25.6％-98.1％，并建立了增沙系數(shù)與影響因子（降雨量、上方匯水量及其含沙量）的關(guān)系模型。 2. 定量表述了匯水匯沙與坡面侵蝕-搬運過程，得出在降雨強(qiáng)度為50 和90mm/h 和雙土槽徑流小區(qū)系統(tǒng)坡度為15°，20°和25°的條件下，坡面侵蝕現(xiàn)象為侵蝕－搬運過程占主導(dǎo)地位；上方匯水引起坡下方試驗土槽的凈侵蝕產(chǎn)沙量（S） 占坡面侵

4、蝕產(chǎn)沙量（Sft）達(dá)70％左右；匯水匯沙對坡下方侵蝕產(chǎn)沙過程的影響程度受上方匯水流量及其含沙量和降雨強(qiáng)度的共同制約。 3. 闡明了坡面侵蝕方式演變過程及其產(chǎn)沙貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在坡面侵蝕發(fā)育初期，坡面以細(xì)溝和細(xì)溝間侵蝕為主，細(xì)溝侵蝕量占坡面總侵蝕量的28.7％；在坡面侵蝕發(fā)育中期，細(xì)溝溯源侵蝕加快、溝槽下切和溝壁崩塌活躍，使坡面細(xì)溝侵蝕為主演變?yōu)橐郧袦锨治g為主，細(xì)溝和切溝侵蝕量占坡面侵蝕量的70.4％；在坡面侵蝕演變后期，由于切溝發(fā)育過

5、程減緩，使切溝侵蝕量僅占坡面侵蝕量的37.1％。 4．對比分析了有梁坡匯水匯沙和無梁坡匯水匯沙時的坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙特征。 溝坡接受梁坡匯水匯沙后，坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙量（Spg）是無梁坡匯水匯沙時侵蝕產(chǎn)沙量（Sg）的1.48-2.34 倍，梁坡匯水引起的溝坡凈侵蝕產(chǎn)沙量（S）占坡溝系統(tǒng)總侵蝕產(chǎn)沙量（Spg）的15％-29％。溝坡無梁坡匯水匯沙和有梁坡匯水匯沙時的坡溝系統(tǒng)徑流率、輸沙率和含沙量變化過程呈現(xiàn)不同的變化特征，主要與

6、降雨強(qiáng)度、侵蝕方式演變過程和地面侵蝕形態(tài)有關(guān)。溝坡凈侵蝕產(chǎn)沙量與梁坡匯流量呈冪函數(shù)關(guān)系，溝坡凈侵蝕產(chǎn)沙量與梁坡匯水含沙量呈顯著的負(fù)線性相關(guān)關(guān)系。 5．利用測針法量測了不同降雨強(qiáng)度下坡溝系統(tǒng)地表侵蝕形態(tài)，制作了數(shù)字高程模型（DEM），其可直觀反映不同降雨強(qiáng)度和坡度條件下坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙特征。 6．揭示了坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的水動力學(xué)機(jī)理。在試驗條件下，坡溝系統(tǒng)徑流屬于急流狀態(tài)，上方匯水和降雨強(qiáng)度的增大使坡溝系統(tǒng)不同斷面的水流流