黃土丘陵區(qū)坡面淺溝侵蝕過程及水動力特征試驗研究.pdf

1、坡面淺溝侵蝕在黃土高原的土壤侵蝕中占有極其重要的地位，是坡面主要侵蝕方式之一，也是坡面產(chǎn)沙的主要部位，淺溝侵蝕量占溝間地侵蝕的35-70﹪，是黃土高原土壤侵蝕嚴(yán)重的主要根源之一。目前黃土高原坡面大多數(shù)徑流小區(qū)，只測定片蝕、細(xì)溝侵蝕量，不包括淺溝侵蝕，試驗結(jié)果用于評價坡面侵蝕量偏低，黃土高原大多數(shù)土壤侵蝕預(yù)報模型也未考慮淺溝侵蝕的影響。因此對黃土高原坡面淺溝侵蝕產(chǎn)沙過程及其水動力特征進(jìn)行定量試驗研究，不僅對深入揭示黃土丘陵區(qū)坡面侵蝕規(guī)律，

2、保護(hù)土地資源和減少入黃泥沙有重要的生產(chǎn)實(shí)際意義，而且對建立土壤侵蝕預(yù)報模型和確定坡溝治理方針具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。本文在陜北延安燕兒溝流域，通過野外放水沖刷試驗，研究了不同坡度、不同放水流量情況下坡面淺溝侵蝕的侵蝕產(chǎn)沙和水動力參數(shù)的變化規(guī)律，取得的主要研究結(jié)果如下： 1.得出了淺溝水流侵蝕產(chǎn)沙隨坡度變化的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)與坡度的關(guān)系存在著臨界坡度 不同放水流量下，淺溝水流的產(chǎn)沙率、含沙量、產(chǎn)沙量與坡度的關(guān)系呈拋物線形式

3、變化，臨界坡度出現(xiàn)在18.5°-29°之間。其值與流量大小有關(guān)。當(dāng)小于這個臨界坡度時，以上參數(shù)隨著坡度的增大而增大；當(dāng)大于這個臨界坡度時，則隨著坡度增大而減小。 2.分析了淺溝水流侵蝕產(chǎn)沙、水動力參數(shù)隨時間的變化規(guī)律 在不同放水流量不同坡度條件下，淺溝的產(chǎn)沙量、含沙量、弗羅德數(shù)、流速等隨著時間逐漸減小。雷諾數(shù)、阻力系數(shù)等隨時間不斷地增大。徑流率隨時間的變化不大。不同坡度下，產(chǎn)沙量與徑流量、流量呈冪函數(shù)關(guān)系。建立了產(chǎn)沙率與

4、時間的關(guān)系式。 3.研究了上方來水對淺溝侵蝕產(chǎn)沙、徑流水動力參數(shù)的影響 當(dāng)有上方來水時，淺溝水流的徑流率、流速、弗羅德數(shù)比無上方來水時明顯增大。弗羅德數(shù)、產(chǎn)沙率隨著上方來水流量的增大而增大，隨著上方來水含沙量的增大而減小。有上方來水的阻力系數(shù)比無上方來水時的阻力系數(shù)小，并且隨著上方來水流量的增大阻力系數(shù)減小。雷諾數(shù)為阻力系數(shù)的減函數(shù)，雷諾數(shù)為弗羅德數(shù)的增函數(shù)。 4.揭示了變流量對淺溝侵蝕產(chǎn)沙的影響 在變流

5、量前后淺溝的徑流率、產(chǎn)沙率、流速與放水流量均呈線性正相關(guān)。變流量后徑流率隨流量的變化率大于變流量前。含沙量與放水量呈拋物線形式變化。阻力系數(shù)隨著流量的增大而減小。變流量前流量對雷諾數(shù)的影響大于變流量后流量對雷諾數(shù)、弗羅德數(shù)的影響。 改變流量前放水流量對侵蝕產(chǎn)沙與水動力參數(shù)的改變量均大于變流量后放水流量對參數(shù)的影響。這個結(jié)論說明降雨徑流或沖刷徑流初始時對淺溝侵蝕量貢獻(xiàn)最大。 5.闡述了耕作對淺溝侵蝕產(chǎn)沙、徑流水動力特征的影

6、響 不同放水流量下經(jīng)過耕作后的徑流率減小了19﹪～21﹪，產(chǎn)沙率卻增加了1-12倍左右。耕作后，在0-20min時間內(nèi)，淺溝水流含沙量大于未耕作時的這個時間段的含沙量。在20min后，經(jīng)過耕作后的淺溝水流含沙量與未耕作的含沙量相當(dāng)。不同放水流量下累積產(chǎn)沙量分別增加了53﹪～178﹪。耕作前后累積產(chǎn)沙量與徑流量呈冪函數(shù)關(guān)系。 耕作后淺溝水流流速大幅度減小。水流阻力系數(shù)與時間、流量均呈反比關(guān)系。耕作以后淺溝水流的阻力系數(shù)隨時