黄土坡面土壤侵蚀—搬运过程试验研究

论文摘要

本论文针对当前坡面侵蚀—搬运过程研究的薄弱环节以及坡面土壤侵蚀研究的热点,采用模拟降雨、模拟汇流汇沙和径流冲刷等研究方法,研究了不同侵蚀条件下的坡面土壤侵蚀—搬运过程。在坡长、汇水流量及其含沙浓度对坡面侵蚀—搬运过程的影响以及降雨和径流对坡面侵蚀产沙的作用分析等方面取得了新的研究进展,加深了对土壤侵蚀过程及机理的认识,也为侵蚀预报模型的建立提供了重要理论基础。主要研究结论如下:1.初步阐明了黄土坡面坡长对侵蚀—搬运过程的影响。在坡度为15°和降雨强度为50和75mm/h及8m坡长内,坡面径流量随坡长增加的幅度基本相同。在100mm/h降雨强度下,当坡长小于5m时,坡面径流量随坡长的增加幅度较小;而当坡长大于5m时,坡面径流量随坡长增加的速率明显增大。在8m坡长内,坡面侵蚀产沙量随坡长的变化呈现波状起伏的交替变化。随坡长的增加,坡面侵蚀现象呈现以侵蚀—搬运过程为主与以侵蚀—沉积过程为主的交替现象。2.研究了上方汇流对坡面侵蚀—搬运过程的影响。在坡度为15°和降雨强度为50、75和100mm/h时,坡面接受上方汇流后,坡面总侵蚀产沙量皆大于没有上方汇流时的坡面侵蚀产沙量,即产生了净侵蚀量。坡面侵蚀产沙量并不是简单地与坡面上方汇流强度成正相关。在小汇水流量下,汇水流量对坡面侵蚀产沙的影响较小;当上方汇水流量增加到约为1.6 L/min后,坡面侵蚀产沙量随汇水流量的增加明显增大,且增加幅度随汇水流量的增加而增大;但当汇水流量增加到约为3.2 L/min后,坡面侵蚀产沙量随汇水流量增加的幅度明显减小。接受上方汇流后,坡面侵蚀现象以侵蚀—搬运过程占主导地位。3.探究了汇流含沙浓度对坡面侵蚀—搬运过程的影响。在坡度为15°和降雨强度为50mm/h及汇水流量为1.2和4.0 L/min时,当坡面接受上方汇流后,坡面净侵蚀量都随汇流含沙浓度的增大而减小,而泥沙沉积量随汇流含沙浓度的增加而增加;在降雨强度为75mm/h及汇水流量为5.4 L/min时,当汇流含沙浓度小于26.03g/L,净侵蚀量随汇流含沙浓度的增大而增大,但当汇流含沙浓度超过26.03g/L时,净侵蚀量随汇流含沙浓度的增大而减小,当汇流含沙浓度超过79.16g/L后,坡面出现沉积现象,且沉积量随汇流含沙浓度的增加而增加;在降雨强度为100 mm/h及汇水流量为3.2 L/min时,净侵蚀量随汇流含沙浓度的增大而减小的趋势;在降雨强度为100 mm/h及汇水流量为5.6 L/min时,净侵蚀量随着汇流含沙浓度的增加也呈现先增加后减小。在不同含沙浓度的汇流影响下,坡面侵蚀现象或呈现以侵蚀—搬运过程为主或以侵蚀—沉积过程为主,取决于坡面汇流含沙浓度。4.分析了降雨侵蚀与径流侵蚀对坡面侵蚀产沙的贡献。降雨不仅增加了坡面径流量,而且也显著增加坡面侵蚀量。在坡度为15°和降雨强度为50、75和100 mm/h时,降雨引起的侵蚀量分别占总侵蚀量的68%-96%、50%-84%和34%-94%。在小供水流量下,降雨对坡面侵蚀产沙量的贡献明显大于较大供水流量时。当径流量相同时,降雨+供水试验下的坡面侵蚀产沙量明显大于供水试验下的坡面侵蚀产沙量,反映了雨滴打击作用对坡面侵蚀产沙的影响。雨滴打击作用对坡面侵蚀产沙的贡献随着供水流量的增加而减小。在降雨强度为50、75和100 mm/h时,雨滴打击作用对坡面侵蚀产沙量的贡献分别为21%-83%、20%-90%和23%-93%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 坡长对土壤侵蚀-搬运过程的影响
• 1.2.2 汇流汇沙对坡面侵蚀-搬运过程的影响
• 1.2.3 坡面流特性的研究
• 1.2.4 坡面侵蚀与泥沙搬运过程的模型研究
• 1.3 目前研究存在的问题
• 第二章 研究内容、研究方法与试验设计
• 2.1 研究内容
• 2.2 研究方法与技术路线
• 2.3 试验设计与试验方案
• 2.3.1 不同坡长条件下坡面侵蚀-搬运过程研究的试验设计
• 2.3.2 不同汇水流量条件下坡面侵蚀-搬运过程研究的试验设计
• 2.3.3 不同汇流含沙浓度条件下坡面侵蚀-搬运过程研究的试验设计
• 2.3.4 径流冲刷试验设计
• 2.3.5 试验土槽及设备
• 2.3.6 试验用土
• 2.4 试验过程
• 2.4.1 准备试验土槽
• 2.4.2 降雨过程与径流泥沙样采集
• 第三章 坡长对坡面侵蚀-搬运过程的影响
• 3.1 试验设计
• 3.2 坡长对坡面径流的影响
• 3.3 坡长与坡面总侵蚀产沙量的关系
• 3.4 坡长与单位面积输沙率的关系分析
• 3.5 坡长对坡面侵蚀-搬运过程的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 上方汇流对坡面侵蚀-搬运过程的影响
• 4.1 试验设计
• 4.2 有无上方汇流情况下坡面径流量和侵蚀产沙量的比较
• 4.3 汇水流量与坡面侵蚀产沙量的关系
• 4.4 上方汇流对坡面水流流速的影响
• 4.5 上方汇流对坡面侵蚀-搬运过程的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 汇流含沙浓度对坡面侵蚀-搬运过程的影响
• 5.1 试验设计
• 5.2 汇流含沙浓度对侵蚀产沙的影响
• 5.3 汇流含沙浓度对坡面径流流速的影响
• 5.4 汇流含沙浓度与坡面侵蚀-搬运过程
• 5.5 本章小结
• 第六章 降雨和径流在坡面侵蚀产沙中的作用分析
• 6.1 试验设计
• 6.2 降雨对坡面侵蚀产沙的贡献
• 6.3 降雨对坡面水流流速的影响
• 6.4 雨滴击溅和径流冲刷对坡面侵蚀量的贡献
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与研究展望
• 7.1 研究结论
• 7.1.1 坡长与坡面侵蚀-搬运过程
• 7.1.2 上方汇流与坡面侵蚀-搬运过程
• 7.1.3 汇流含沙浓度与坡面侵蚀-搬运过程
• 7.1.4 降雨与径流在坡面侵蚀产沙中的作用分析
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介