伊犁河流域坡耕地灌溉侵蚀试验研究

论文摘要

灌溉侵蚀已成为伊犁河流域主要生态环境问题之一,严重制约着流域内新垦区土地资源的开发。因此,了解流域内灌溉侵蚀规律有利于正确认识与评价水土资源综合开发中的水土流失问题,并为水土流失的治理提供科学理论依据。本文利用野外径流小区人工模拟灌溉的方法,系统研究了新垦区坡耕地在裸露与种植作物大豆两种下垫面状况下,在不同灌水条件下坡面流的水动力学特征、坡面产流产沙特征及坡面细沟的发育特征等,取得了以下主要结论:(1)裸地坡面随着灌水流量的增加,径流流速、雷诺数、阻力系数均增大,佛汝德数减小。径流流速与灌水流量、阻力系数与雷诺数之间均呈良好的幂函数关系。坡面水流在试验范围内为紊流、急流状态。灌水定额对水力学参数的影响没有灌水流量明显,随灌水定额增加,径流流速与雷诺数增加,阻力系数减小,佛汝德数变化复杂。作物种植坡面径流流速具有时空变化特征。本试验范围内坡面流由层流过渡为紊流,流型均为急流。流速、雷诺数、阻力系数随着流量增加而增大,佛汝德数减小。流速与流量、阻力系数与雷诺数均呈良好的幂函数关系。随着作物的生长发育,流速、雷诺数、佛汝德数、阻力系数等呈现不同的变化趋势。(2)裸地坡面输沙率随着灌水流量的增加呈递增趋势,含沙量随流量增加呈先增后减的趋势;随着灌水定额的增加,输沙率、含沙量均呈递减趋势,但灌水定额对输沙率及含沙量的影响不如灌水流量的影响明显。产沙量及径流量随灌水流量、灌水定额增加均呈现递增的趋势,其中产沙量的变化较径流量的为大。作物全生育期内产流产沙随流量的增加发生较大变化,侵蚀产沙量与地表径流量之间呈显著的幂函数关系。含沙量、输沙率、径流系数随着作物的生长发育均表现出相同的变化特征。含沙量随灌水流量增加呈波动形式的变化,输沙率与径流系数均表现为随灌水流量增加而增大。(3)坡面径流初始时间与灌水流量及作物生长发育状况有关,径流起始时间随作物生长发育趋于延迟,随灌水流量增加而提前,其中作物生长发育变化对产流时刻的影响程度不如灌水流量的影响明显。(4)作物种植坡面较裸地具有显著的减流减沙效应,其削减径流作用明显弱于减沙效应,作物地与裸地土壤入渗率随着灌水流量的增加呈现递增的趋势,与裸地相比,作物种植坡面入渗率增加20%,产流时间晚于裸地8min左右。(5)细沟形态随灌水流量的变化特征为:随着灌水流量的增加,细沟逐渐变宽、变深。在较大流量下,坡面的细沟多在坡面下部并呈网状分布,细沟少但较长、深且宽;在较小流量下,坡面的细沟则多在坡面中、下部呈分散状分布,细沟多密而较短、浅且窄。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外灌溉侵蚀研究概况
• 1.2.1 国外灌溉侵蚀研究现状
• 1.2.2 国内灌溉侵蚀研究现状
• 1.2.3 灌溉侵蚀研究不足及研究展望
• 1.3 坡面流
• 1.4 坡面流水动力学特征
• 1.4.1 流态
• 1.4.2 流速
• 1.4.3 阻力
• 1.5 坡面流侵蚀产沙
• 1.5.1 坡面流侵蚀产沙规律
• 1.5.2 坡面流侵蚀产沙影响因素
• 第二章 研究内容与方法
• 2.1 研究地区概况
• 2.2 研究内容
• 2.3 研究技术路线
• 2.4 试验设计
• 2.4.1 试验小区设计
• 2.4.2 裸地灌水试验设计
• 2.4.3 作物灌水试验设计
• 2.5 试验观测内容及方法
• 2.5.1 观测内容
• 2.5.2 试验步骤与方法
• 2.5.3 数据处理与计算方法
• 第三章 灌溉坡面流水动力学特性试验研究
• 3.1 裸地坡面流水动力学特征
• 3.1.1 径流流速
• 3.1.2 径流流态
• 3.1.3 阻力系数
• 3.2 作物种植坡面径流水动力学特征
• 3.2.1 径流流速
• 3.2.2 径流流态
• 3.2.3 径流阻力
• 3.3 小结
• 第四章 灌溉坡面径流泥沙特征研究
• 4.1 裸地坡面径流泥沙特征
• 4.2 作物种植坡面径流泥沙特征
• 4.2.1 大豆全生育期产流产沙特征
• 4.2.2 大豆生育期与坡面产流产沙的关系
• 4.2.3 灌水流量对大豆坡面产流产沙的影响
• 4.3 坡面初始产流时间研究
• 4.4 作物种植坡面减水减沙效应
• 4.5 小结
• 第五章 灌溉坡面细沟发育研究
• 5.1 细沟侵蚀发生过程
• 5.2 跌坑形成机理
• 5.3 细沟形态及分布特征研究
• 5.3.1 细沟形态特征
• 5.3.2 细沟分布特征
• 5.4 小结
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 主要结论
• 6.2 创新之处
• 6.3 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介