雨强和坡度对嵌套砾石工程边坡侵蚀特征的影响

为探究不同雨强和坡度对西南高山-亚高山地区急陡、高砾石含量工程边坡土壤侵蚀的影响.采用室内模拟降雨及人工配置土壤等方法,在5种雨强(25,40,45,65,85 mm/h), 5种坡度(35°,40°,45°,50°,60°)条件下进行模拟实验.研究结果表明:工程坡面产流率随着雨强的增加呈对数增加.不同雨强下坡面平均产流率变化过程随着坡度的变化差异性具有统计学意义.随着雨强的增加,同一坡面工程边坡侵蚀率明显增多.当雨强为40 mm/h时,工程坡面侵蚀率随坡度变化较小(<0.015 g/s);当雨强为65 mm/h时,同一坡面的侵蚀率随着坡度的增加而减少.工程坡面溅蚀率整体呈现出迅速增长至峰值后缓慢下降的趋势.同一边坡随着雨强的增加,坡面击溅侵蚀率在产流前和产流时都有明显的增加,不同粒径土壤增速具有明显差异,同一坡面随着坡度的增加,坡面泥沙溅蚀率存在临界值(40°～45°).降雨强度与土壤侵蚀相关性有统计学意义,不同雨强下坡度与径流过程和侵蚀过程的相关性具有明显差异性.结论:工程边坡中砾石具有增加下渗率和抗侵蚀作用,工程坡面土壤侵蚀率随降雨历时逐渐下降;坡度的增加在增大坡面流速的同...     

初始解冻深度对冻融坡面侵蚀产沙过程的影响

未完全解冻层是影响解冻期土壤侵蚀的主要因素,为探讨未完全解冻层对黄土地区坡面侵蚀产沙的影响,采用室内模拟降雨试验的方法,通过控制雨强及初始解冻深度两个因子,对冻融坡面的水沙特性及响应过程进行了对比研究。结果表明:相对于未冻融坡面,雨强增加,初始产流时间会显著缩短,而初始解冻深度的增加会显著延长初始产流时间;冻融坡面产流过程中,产沙量显著增加了10~24倍,且增长趋势由快变慢的时间临界点随雨强的增加而缩短;相同雨强下,不同初始解冻深度坡面的产流变化特征一致,径流总量变化不显著而产沙量随初始解冻深度的增加而增加;相同初始解冻深度下,不同雨强下坡面产流的平均含沙量变化不明显,总产沙量随径流量增大而增大;坡面产沙量与降雨历时、雨强和初始解冻深度均呈极显著相关,坡面产流量与降雨历时、雨强和产沙量均呈极显著相关,而与初始解冻深度没有表现出相关性,说明初始解冻深度对坡面产流的影响不显著,而与坡面产沙量的关系密切。     

喀斯特坡耕地裸坡侵蚀性降雨产流试验研究

为揭示喀斯特坡耕地土壤侵蚀驱动力——产流过程及机制,本研究采用人工模拟降雨试验,通过模拟典型喀斯特坡耕地耕作层、地表微地貌和地下孔(裂)隙构造,探索不同雨强(30,50,70和90mm/h)、坡度(5°,10°,15°,20°和25°)、地下孔(裂)隙度(1%,2%,3%,4%和5%)组合下坡耕地产流特征.结果表明:(1)对于地下产流降雨(雨强为30mm/h),喀斯特坡耕地坡面不产生地表径流,降雨全部转化为地下径流;不同地下孔(裂)隙度下的地下产流率大致相当,而不同坡度下的地下产流率差异较大.(2)对于地表产流降雨(50和70mm/h),地表地下均产生径流,其中地表产流率随坡度增加而增大,且随地下孔(裂)隙度增大而减小,而地下产流率则相反;(3)对于极端降雨(雨强90mm/h),地表产流率随坡度增加而增加,随地下孔(裂)隙度增大而减小,而地下径流则与地表径流相反.地下径流是喀斯特坡耕地主要产流方式,地下孔(裂)隙度和坡度共同影响着径流分布,而降雨强度决定着地表径流和地下径流率.     

不同坡面单元人工降雨产流试验与分析

土壤前期含水率、坡度、雨强和植被是降雨产流过程的重要影响因子.目前,利用人工降雨产流试验对降雨产流机制的研究主要集中在黄土高原干旱地区和南方湿润地区,关注华北平原地区的较少,为探究不同因素对华北地区降雨产流过程的影响,利用河北工程大学临洺关校区人工模拟降雨试验平台,分析了不同降雨情景下地表径流产流响应的差异性.结果 表明:产流起始时间随土壤前期含水率、坡度和雨强的增大而减小,且受土壤前期含水率的影响更显著,产流量随时间变化呈现先增加后平稳的趋势;裸地坡产流起始时间小于自然草地,在起始产流至达到稳定临界点的时段内,裸地和草地坡产流量与产流历时呈现对数关系;累积产流量与降雨历时呈线性函数分布,拟合优度均在0.9以上.相较植被和坡度而言,土壤前期含水率和雨强是影响试验单元产流最重要的两大因素.通过上述不同情景、不同因素的试验差异分析研究,以期为构建适用于华北平原的产汇流模式提供理论依据和数据支撑.     

土壤容重对红壤坡地降雨侵蚀和入渗的影响

通过室内坡面模拟降雨试验,在长200cm、宽30cm、坡度15°的径流小区上,雨强控制在80～85mm/h范围内,研究亚热带红壤土坡面5种不同容重(1.05、1.1、1.15、1.2、1.25g/cm3)产流形式和侵蚀产沙、产流强度的关系.结果表明:地表径流和壤中流是亚热带红壤的主要产流形式,在总降雨量中的比例随容重的不同而不同.5种容重的地表径流比例都达97%以上,壤中流仅占产流的一小部分.但是壤中流在一定程度上对降低土壤侵蚀增加降雨入渗起到一定作用;壤中流初始产流时间、产流强度先随容重变大而减慢、减小,后随容重增大而加快、增大;容重1.15g/cm3时,总产沙量与总溅蚀量是最小的.     

坡长对红壤侵蚀影响人工降雨模拟研究

为解决南方红壤丘陵区裸坡面水土流失问题,该文采用人工模拟降雨(雨强30—150mm/h)结合试验土槽等方法(坡长分别为1、2、3、4、5m,坡度20°),研究了不同雨强下坡长对红壤侵蚀的影响,并初步探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施的合理坡长,结果表明,产沙量随坡长的延长呈增大趋势,二者的关系可用幂函数(R20.80)表示,雨强越大,产沙量增速越快,增量越大.坡长延长相同长度时,产沙量不呈比例增加,初步建议在南方红壤丘陵区裸坡面可每隔4—6m设置水土保持措施,有效缓解坡面水土流失.坡面侵蚀产沙量随着雨强的增大而增加,坡长越长,产沙量随雨强增加速度越快,二者呈幂函数关系(R2=0.99),60mm/h左右是红壤丘陵区侵蚀增强的临界雨强;雨强、坡长与产沙量均呈正相关关系,雨强对裸坡面侵蚀产沙量的影响较坡长大.该研究为南方红壤丘陵区裸坡面水土流失治理提供一定的理论依据.     

不同作物种植模式下坡耕地产流产沙的模拟研究

产流产沙是坡耕地水土流失的主要形式,为探讨不同种植模式对坡耕地产流产沙的影响,采用室内人工模拟降雨试验方法,在同一坡度、3种雨强下对坡耕地7种种植模式进行模拟试验。结果表明：1)不同种植模式下坡面产流量随雨强增大而增大,初始产流时间随雨强增大而缩短。坡面产流量趋势为先逐渐增大,之后(10 min左右)逐渐趋于稳定。C单种模式减流效果最差;A-B-C套种模式减流效果最好;低矮作物单种及参与的套种模式能更好促进降雨入渗。2)不同种植模式下坡面产沙量与雨强呈正相关,低矮作物参与的种植模式径流含沙量变化幅度较小,中、高单种或套种模式径流含沙量变化复杂。小、中雨强下,A-B-C套种模式减沙效果最好;大雨强下,A-B套种模式减沙效果最好。低矮作物参与的种植模式减沙效果优于中、高作物单种其套种模式。3)不同种植模式下产流量和雨强均呈极显著正相关。B、C单种模式与A-B-C套种模式产沙量与雨强有相关关系,其余模式与雨强的相关性不显著。综上,低矮作物单种及低矮作物参与的套种模式能有效减流、保土,因此坡耕地在进行农作物种植时应考虑增加低矮作物参与种植,避免造成大量水土流失。     

降雨和坡度对路基边坡产流产沙的影响

【目的】分析降雨和坡度对铁路路基边坡产流产沙的影响,为胶东半岛区域铁路建设过程中路基区水土流失监测及防治提供技术支撑。【方法】采用人工模拟降雨试验,在3种雨强(20、40、60 mm/h)、2个坡度(30°、35°)模拟条件下,研究降雨、坡度对胶东铁路路基边坡产流产沙的影响。【结果】模拟降雨条件下,当降雨强度由20 mm/h增加到60 mm/h,相同坡度下的路基边坡产流起始时间缩短56～73 s; 当坡度由30°增大到35°,相同雨强下的路基边坡产流起始时间提前2～23s。径流量、产沙率在降雨初期剧增到峰值,之后径流量逐渐趋于稳定,而产沙率波动减小后逐渐趋于稳定。相同坡度条件下,雨强由20 mm/h增加到40 mm/h,径流量和产沙率分别增加37.8%～115.2%和67.0%～86.9%; 雨强由40 mm/h 增加到60 mm/h,径流量和产沙率分别增加54.7%～125.0%和144.5%～177.9%。相同雨强条件下,坡度30°～35°处于对径流侵蚀影响的临界坡度范围内,坡度对径流量、产沙率的影响较复杂,小雨强(20、40 mm/h)时,坡度是主要影响因素,35°边坡径流量、产沙率小于30°边坡; 大雨强(60 mm/h)时,降雨成为主要影响因素,35°边坡径流量大于30°边坡,而产沙率小于30°边坡。【结论】降雨、坡度对胶东铁路路基边坡产流起始时间、径流量、产沙率等有一定的影响,模拟降雨条件下,雨强和坡度的增加将缩短产流开始时间,尤以雨强的影响更加明显。     

高速公路边坡水土流失机理与养护管理研究

对重庆市梁忠高速公路填方路基边坡土壤开展室内模拟降雨试验,分析不同降雨强度和坡度条件下坡面产流和产沙的规律;结果表明:在0. 6 mm/min、0. 9 mm/min、1. 2 mm/min降雨强度条件下,起始产流时间随坡度呈减小趋势,当土体坡度一定时,起始产流时间不断减小,地表径流强度随着降雨强度的增大而增大;当降雨强度一定时,土体的起始产流时间随土体坡度增大逐渐减小,从而反映出地表径流强度不断增大;降雨强度对土壤侵蚀的临界坡度有一定影响,但两者具体变化关系需进一步研究。另外,通过高速公路边坡水土流失机理进行了研究,展开了高速公路边坡水土流失主要诱因分析,提出了科学的高边坡的养护管理措施。     

基于侵蚀过程的喀斯特坡耕地土壤重金属迁移机制

为探索喀斯特坡耕地土壤重金属元素随径流迁移机制,通过人工模拟降雨试验方法,系统研究了不同降雨强度和坡度下Cu、Zn和Ni元素随地表径流迁移转化机制。结果表明:(1)不同处理条件下坡面产流量呈上升趋势,在产流10～20 min后达到峰值并趋于稳定,同时降雨强度越大,坡度越陡,产流量越高。(2)不同处理条件下产沙量均呈先迅速增加后缓慢减少的变化趋势,产沙量与降雨强度呈正比,且在相同降雨强度下存在临界坡度。(3)供试土壤中重金属均以残渣态为主,随着产流时间的延长,径流中溶解态Ni和Cu元素变化无明显规律,上下波动幅度不大,溶解态Zn在径流中含量低于检测下限,而颗粒态Cu、Zn和Ni含量基本呈现先快速上升又逐渐下降的变化趋势,与径流产沙量变化趋势一致。     

砾石覆盖对海涂围垦区盐土坡面上方来水冲刷侵蚀的影响

覆盖于土壤表面的砾石对坡面整个水蚀过程具有重要影响.为研究砾石覆盖对滨海粉砂盐土坡面上土壤侵蚀过程的作用,采用人工径流冲刷的方法,研究盐土坡面小区在2种出流量、2种坡度下的土壤侵蚀量随覆盖度(0%、20%、30%、40%、60%和80%)变化的关系.试验结果表明,坡面径流流速基本随覆盖度的增大而减小,产流时间基本随覆盖度的增大而增大.在10°坡面上,当流量较小(400L/h)时,20%～80%覆盖度减小坡面土壤侵蚀量的效果极显著(p 0. 01),相比于无覆盖对照组降低平均输沙率的54. 1%～86. 0%;当流量较大(600L/h)时,只有在较大的覆盖度(60%、80%)条件下,输沙率显著下降(p 0. 05).在20°坡面上,当流量较小(400L/h)时,30%～80%砾石覆盖均显著(p 0. 05)减小了坡面输沙率,相比于对照组降低平均输沙率的25. 7%～39. 2%;当流量较大(600L/h)时,仅80%覆盖度条件下的输沙率下降达到显著水平(p 0. 05).在不同的砾石覆盖度条件下,平均输沙率与坡度、流量满足较好的二元指数关系;侵蚀过程中不同砾石覆盖度条件下的输沙率与径流功率均满足较好的线性正相关关系.研究成果可为滨海围垦区盐土边坡侵蚀治理提供理论指导.     

晋西黄土坡面薄层流水动力学特征模拟试验研究

为了研究具有代表性的晋西黄绵土坡面薄层流水动力学变化特征,从而揭示坡面径流侵蚀产沙动力学原理,采用室内人工模拟降雨试验方法,分析了特定坡度(20°)下,坡面径流雷诺数、弗劳德数、流速、径流深等水动力学参数随坡长(1,2,3,4,5 m)与雨强(30～125 mm/h)的变化。结果表明,不同坡长与雨强的组合方式下,坡面径流属层流,且为急流,径流紊动性随雨强与坡长的增大而增强,在坡面植物篱间距设置时应考虑坡长的影响;坡长、雨强均对平均径流深、流速、剪切力有显著影响,且雨强的影响较坡长大;剪切力与坡长、雨强具有显著线性函数关系(R~20.89),但当坡长与雨强同时作用于径流剪切力时存在一定的相互制约作用。该研究结论将为晋西黄绵土坡面土壤侵蚀的研究提供一定的理论依据。     

不同雨强下土壤大孔隙对坡面流水动力学参数的影响

以室内试验槽为平台,利用人工模拟降雨试验,定量分析了坡度为5°时,在30mm/h,60mm/h和120mm/h降雨强度下,有大孔隙试验槽和无大孔隙试验槽坡面流的水动力学参数的异同点.结果表明,各场次降雨的两坡面流的流态均为层流,除降雨强度为30mm/h时,无大孔隙坡面的坡面流为急流外,其他场次的水流均为缓流;在同一降雨强度下,相对于无大孔隙坡面,有大孔隙坡面的坡面流流速、单宽流量、弗劳德数和雷诺数较小,径流深、径流切应力、水流运动阻力以及坡面糙率较大;随着降雨强度的增大,两坡面的径流深和单宽流量增加,坡面流流速、径流切应力和雷诺数均增大,阻力系数和曼宁糙率均呈现先增大后减小的趋势,弗劳德数则呈现先减小后增大的趋势.     

陕北地区土地利用变化影响土壤入渗性能试验研究

陕北地区为典型的生态脆弱地区,近年来随着当地社会经济的快速发展,土地利用条件发生了深刻变化。科学认识土地利用变化对降雨入渗等水文特征影响,对于科学指导当地的生态环境建设具有重要意义。论文通过模拟降雨试验,对几种主要土地利用类型的降雨入渗特征进行了研究。研究结果表明,在原状土坡面上,雨强和坡度对土壤入渗性能产生影响。随着雨强的增大,单位雨强入渗率明显降低,其有效入渗雨量降低;坡度越大土壤的入渗性能也相应降低。在扰动土坡面上,土壤入渗性能总体有所增加,但是在较陡坡度条件下,扰动土坡面土壤入渗性能降低,坡面产流增加。非硬化路面的土壤入渗性能整体较低,加之坡面糙度较低,产流量和产流速度明显增加,增加了水土流失发生发展的动力条件。在生产实践中需要加强对扰动区以及非硬化道路路域水土保持防护。     

金沙江干热河谷坡面降雨产流特征的分析

为干旱区植被恢复技术研究及坡面治理提供依据,运用坡面径流泥沙小区定位观测方法,对元谋县典型干热河谷地段坡面小区降雨产流特征进行了研究,根据降雨的三个重要特征降雨量、持续时间和时段最大雨强,通过SPSSK均值聚类分析法对降雨进行了分类.结果表明,研究区年内降水量分配不均,试验期间雨季6月、9月降水过分集中,易形成持续大雨,导致产生大的地表径流并冲刷地表,造成水土流失.研究区存在降雨强度大、持续时间短的A型雨、降雨强度小持续时间长的C型雨以及居于二者之间的B型雨;降雨量和降雨强度,尤其最大30min雨强是影响坡面产流能力的关键因素;不同雨型下坡面产流能力大小为A型雨>B型雨>C型雨,而产流尺度效应则为C型雨>B型雨>A型雨.     

广西石漠化地区坡面土壤侵蚀规律研究

为了研究广西石漠化地区坡面土壤侵蚀中各影响因子的影响规律,通过自制大型降雨试验装置模拟坡面土壤在不同雨强、坡度和干容重条件下的土壤侵蚀现象。结果表明:边坡坡度在5°~25°范围内变化时,坡面土壤侵蚀量随坡度的增加趋势呈先慢后快,但当坡度超过25°时,土壤侵蚀量表现为减小趋势;雨强在0.5~2.0 mm/min范围内变化时,坡面土壤侵蚀量随雨强的增加呈近似指数关系增长,但当雨强不超过0.5 mm/min时,土壤侵蚀量基本可忽略不计,坡面土壤侵蚀量主要由2.0 mm/min的侵蚀性强降雨引起;干容重在0.9~1.2 g/cm3范围内变化时,土壤侵蚀量随干容重增长表现为线性减小关系;引起广西石漠化地区坡面土壤侵蚀的主要因子为雨强,其对土壤侵蚀量的影响明显高于干容重和坡度。因此,对广西石漠化地区坡面土壤侵蚀的防治,应着重控制侵蚀性强降雨、陡坡耕种等对坡面水土流失的影响。     

坡长对离石黄土坡面径流含沙量影响的模拟降雨研究

采用室内人工模拟降雨试验方法,探讨了离石黄土陡坡面降雨条件下坡长对径流含沙量的影响,并初步分析得出不同雨强范围内布设水土保持措施的临界坡长.结果表明,径流含沙量随坡长的延长呈波动变化趋势,且随雨强增大,含沙量达到峰值的临界坡长有所减小(雨强≤60mm/h时临界坡长为4m,雨强60mm/h时为3m);坡长每延长相同长度,含沙量增量不相等且无明显变化规律;坡长1~5m时含沙量随雨强的增大整体呈增加趋势,但在60~80mm/h雨强时增幅最小,坡长2m和4m时增量甚至为负值,建议雨强大于60mm/h时需重点监测,以减少坡面水土流失;雨强与含沙量呈正相关关系,其与径流含沙量的相关性较坡长大(偏相关系数分别为0.810、0.383),坡长、雨强与含沙量的关系可用线性方程描述(R~2=0.68).     

人工模拟降雨条件下紫色土坡地产流产沙特征研究

基于人工模拟降雨研究三峡库区径流小区在大雨强下产流产沙对15°,25°两种坡度的响应特征.结果表明:在降雨过程中,产流时间随着坡度的增加而变短.径流流速随着产流历时的增加,先增加,后减小.径流量随着产流历时的增加而增大,且坡度越大其值越大.在产流过程中径流携带的侵蚀泥沙量呈现先陡增、再陡降,最后趋于稳定的现象,25°坡度下侵蚀泥沙量峰值较大,峰值出现时间也相应提前.建立径流流速与侵蚀泥沙量的回归模型,15°坡度下径流流速随着侵蚀泥沙量的增加而减小,25°坡度下径流流速随着侵蚀泥沙量的增加而变大.     

基于BP神经网络的坡面降雨产流预测

为预测坡面降雨产流,基于坡面降雨产流的非线性特性,引用3层BP(Back-Propagation)网络建模方法,对B市密云水库流域石匣小区水土保持监测小区的坡面降雨产流进行了研究。模型输入层变量数为5个,分别代表坡度、坡长、降雨强度、降雨历时、土壤的有效糙率,输出层变量数为坡面降雨产流量,利用野外小区实测数据,对上述网络进行了训练,学习100次后网络趋于收敛,训练样本集误差达到2.040 96×10-10,小于预设精度,预测样本的平均相对误差为1.67%。该模型的建立与实践,为坡面降雨产流预测的研究提供了新的方法。     

黄土高原坡沟系统径流泥沙过程

利用概化的坡沟系统模型,采用室内放水冲刷试验,对黄土高原坡沟系统径流侵蚀产沙过程进行模拟研究。结果表明:坡沟系统的产流产沙速率随流量的增大而增大;产流量随放水量的增大呈明显的指数函数变化趋势,且增长率有增大趋势;产沙量随冲刷流量的增大呈幂函数增大趋势,增长率却逐渐减小;冲刷流量相同时,产沙速率随冲刷历时呈现出波动式的双峰增长趋势;在实验流量和时间范围内,坡沟系统的累积产沙量随累积径流量呈现出非常显著的二次函数关系.