模拟降雨条件下黄土区植被坡面产流下渗与侵蚀特征研究

论文摘要

降雨入渗是非饱和土坡面失稳的主要诱发因素之一，滑坡与降雨有着密切的关系。本项研究通过室内模拟降雨试验，分别研究了披碱草坡面和柠条锦鸡儿坡面的产流、下渗、产沙规律，并与裸地坡面的产流、下渗、产沙规律进行了对比，得出如下结论：利用Green-Ampt模型模拟计算了降雨后侵润锋的位置，并与试验数据进行对比，草本、灌木坡面侵润锋较裸地坡面位置低，而柠条锦鸡儿坡面侵润锋位置最低，说明植物可以使更多的雨水下渗，从而也表明植被的保水作用。植被能有效的减少产流时间，削减产流量，在产流时间、产流量、径流转化率方面均表现为裸地坡面最大，柠条锦鸡儿坡面最小。在相同降雨强度、降雨历时条件下产流前的雨量损失，柠条锦鸡儿坡面最大，裸地坡面最小，说明了柠条锦鸡儿对降雨截留作用最明显。回归分析表明，裸地坡面降雨初损时间与降雨强度呈幂函数关系，披碱草坡面降雨初损时间与降雨强度呈现对数关系，柠条锦鸡儿坡面降雨初损时间与降雨强度亦呈对数关系，裸地坡面由于与种植披碱草及柠条锦鸡儿的坡面产流条件不同，降雨初损时间与降雨强度的回归关系也就不相同，这反映出裸地坡面和种植草本与灌木坡面产流规律不尽相同。通过对不同生长期草本及灌木坡面的对比分析得出：随着草本及灌木生长期的增加，径流转化率逐渐增大，而且披碱草坡面增加的幅度大于柠条锦鸡儿坡面，在生长期初期两者差异较小；随着草本及灌木生长期的增加，植物坡面下渗率逐渐减小，同一生长期披碱草坡面下渗率小于柠条锦鸡儿坡面，并且随着草本及灌木生长期的增加，披碱草坡面较柠条锦鸡儿坡面下渗率减小的速率快；另外，披碱草对地表径流的抑制作用大于柠条锦鸡儿，随着生长期的增加草本、灌木抑制地表径流的作用不断增大；草本、灌木坡面产沙量随着草本、灌木生长期的增加不断减小。试验过程中三种试验土槽装置所处环境相同，通过对降雨前土壤初始含水量的测量，测得披碱草坡面土壤初始含水量最小，裸地坡面土壤初始含水量最大，所以得出披碱草坡面蒸发量最大而裸地坡面蒸发量最小的结论。试验模拟降雨过程中对坡面产沙量的测量结果表明，种植披碱草坡面产沙量最小，柠条锦鸡儿坡面次之，裸地坡面最大，试验数据反映了裸地坡面的产沙量可以达到披碱草坡面的12.5倍。回归分析表明，坡面产沙强度与坡面承雨强度之间的关系符合线性关系，坡面产沙强度随着坡面承雨强度的增加而增加。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 绪论
• 0.1 研究目的和意义
• 0.2 国内外研究现状
• 0.2.1 植被坡面产流及坡面侵蚀
• 0.2.2 降雨入渗与饱和－非饱和渗流分析
• 0.3 主要研究内容
• 第一章 土槽土体物理性质及护坡植物种植
• 1.1 模拟降雨试验土槽土体物理性质指标及测定方法
• 1.1.1 土体含水率
• 1.1.2 土体颗粒分析
• 1.1.3 模拟降雨试验土槽土体物理性质指标测定结果
• 1.2 护坡草本与灌木植物选择
• 1.3 模拟降雨试验土槽内种植材料的选取与种植方案
• 1.4 试验选取的草本和灌木特征
• 1.4.1 披碱草
• 1.4.2 柠条锦鸡儿
• 1.5 模拟降雨试验土槽植物生长特征
• 1.5.1 草本生长特征
• 1.5.2 灌木生长特征
• 1.6 小结
• 第二章 植物坡面降雨渗流规律与计算
• 2.1 一般降雨入渗过程
• 2.2 非饱和土的 Darcy 定律及 Green-Ampt 模型
• 2.2.1 非饱和土的 Darcy 定律
• 2.2.2 Green-Ampt 模型
• 2.3 降雨条件下渗计算
• 2.3.1 降雨产流模型
• 2.3.2 恒定降雨条件下侵润锋的确定
• 2.3.3 恒定降雨条件下渗率的确定
• 2.4 小结
• 第三章 模拟降雨条件下植被坡面产流与下渗规律
• 3.1 试验模拟降雨装置
• 3.1.1 模拟降雨试验基本要求
• 3.1.2 模拟降雨试验场地基本特征
• 3.2 试验土槽装置
• 3.3 试验方法及试验结果
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 试验结果
• 3.3.3 试验结果分析
• 3.4 小结
• 第四章 模拟降雨条件下植被坡面坡面侵蚀特征
• 4.1 试验方法
• 4.2 模拟降雨试验结果
• 4.3 产沙试验结果分析
• 4.3.1 草本与灌木对坡面产沙的影响
• 4.3.2 草本与灌木不同生长期产沙分析
• 4.3.3 草本与灌木坡面不同植被覆盖度产沙分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介