密云水库流域坡面降雨侵蚀的计算机模拟

以B市密云水库流域为例,用计算机数值模拟技术模拟坡面降雨侵蚀过程,考虑到坡面流的流速及非线性双曲型方程,采用迎风有限差分显示格式来离散坡面侵蚀方程、坡面水流连续方程、水流运动方程,并编制了计算程序,进行了计算机模拟.研究成果可以描述动态坡面降雨侵蚀及水土流失过程,且可将研究成果扩展到整个流域,从而为治理水土流失保护生态环境提供依据.     

基于137Cs示踪法的小流域系统坡长要素坡面侵蚀机制

基于137Cs示踪法研究了小流域不同坡度、坡而植被类型下的系统坡长侵蚀作用规律.结果表明:在系统坡长尺度上坡而侵蚀强度存在峰值,且该峰值的位置位于系统坡长的中、下游.系统坡长侵蚀作用过程呈溅蚀一片蚀一近坡纹沟发育一细沟发育一切沟、冲沟侵蚀排泄一坡而侵蚀稳定(至基准面)的动态演化过程.各过程对应的坡面分布区域,上段坡而以溅蚀、片蚀为主,中上段以纹沟侵蚀为主,中下段以细沟侵蚀为主并发生侵蚀泥沙径流经由切沟、冲沟排泄现象,下段以溅蚀为主并辅以一定的下泄面蚀.在系统坡长要素侵蚀作用过程中,坡度仅对峰值出现位置起控制作用,而对坡长侵蚀作用规律无影响.地表植被对坡长侵蚀作用干扰较强,主要是通过对地表径流的拦蓄作用实现的.     

福建花岗岩地区坡度和坡长对土壤侵蚀的影响

利用长汀、安溪、南安等地的试验资料，就坡度和坡长对土壤侵蚀的影响进行了分析．指出在２０～３０°的坡地区间，土壤侵蚀最严重，是山地生态脆弱地带，并从理论上论证了坡地侵蚀的坡度极限为２７．６°。建议在较陡坡上用草带间作和山边沟替代梯田。     

侵蚀背景下湘中红壤丘陵区土地利用方式对土壤活性有机碳分布特征的影响研究

以红壤丘陵区典型区域为对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究了侵蚀背景下红壤丘陵区不同土地利用方式对土壤活性有机碳的影响规律.结果表明,1)土地利用方式影响土壤活性有机碳主要体现在表层土壤.不同土地利用方式下表层土壤活性有机碳含量差异显著,而在表层以下的土壤中没有显著性差异;2)土地利用方式对不同侵蚀部位活性有机碳影响较大.不同土地利用方式下侵蚀部位土壤活性有机碳含量差异性明显高于沉积部位;3)不同土地利用方式之间活性有机碳的垂向分布规律基本一致,表现为表层活性有机碳含量最高,随着土层深度的增加,含量逐渐减小.     

基于坡面径流输沙模型的湘中红壤丘陵区土壤有机碳流失模拟研究

坡面径流是泥沙和土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)流失的主要动力.本研究以典型湘中红壤丘陵区坡耕地(翻耕和免耕)为研究对象,通过野外径流小区模拟降雨试验,对已建立的以径流率为变量的对数线性回归坡面径流输沙模型进行修正,并结合泥沙中SOC的富集特性,建立湘中红壤丘陵区的坡面SOC流失模型.研究结果表明:坡面SOC流失模型能够有效地应用于湘中红壤丘陵区次降雨过程中坡面SOC流失的模拟中,且具有较好地模拟效果,SOC流失率模拟平均误差在30%左右,决定系数在0.85以上;同时模拟结果表明,泥沙和SOC流失过程在坡面径流侵蚀影响下呈现波动状态,表现为产流开始后10min泥沙和SOC流失呈增加趋势,其后在波动中逐渐趋于平稳;通过比较翻耕和免耕条件坡面径流输沙和SOC流失模型,结果显示侵蚀性降雨条件下,翻耕方式泥沙和SOC流失率大于免耕方式.非侵蚀性降雨条件下,翻耕方式泥沙和SOC流失状况与免耕方式一致.     

坡角对坡间挡土墙稳定性影响的数值模拟分析

以205国道某坡间挡土墙为例,运用数值模拟方法,对车辆荷载作用下坡角对挡土墙稳定性的影响进行了分析.结果表明,坡角对挡土墙变形破坏具有非常敏感的影响.随着坡角的增加,挡土墙水平变形量增加,塑性区范围扩大,而且坡面滑移造成墙体附加变形.因此,坡间挡土墙的建造应充分考虑边坡坡角的影响,对路基、墙体和坡体实施有针对性的整体加固方案.     

红壤表土团聚体破碎方式对坡面产流过程的影响

以5种典型红壤为研究对象,分析了团聚体在消散和机械外力两种破碎方式下的稳定性,并对团聚体两种破碎方式下的坡面产流过程及其表土微形态进行了研究。结果表明:雨强为60 mm·h-1时,在消散和雨滴击溅共同作用下,随着团聚体稳定性增加,产流时间从3．7增加到16．2 min,稳定产流强度在0．73-0．93 mm·min-1之间,径流系数(α)与平均重量直径D1,FW和D1,WS(FW为快速润湿;WS为预湿后震荡)的多元回归式为αfallow=141．8-32．2D1,WS-9．8D1,FW (R2=0．91)．消除雨滴动能后,产流时间在3．9到40．2 min之间,稳定产流强度减少6％～81％,径流系数(α)与D1,FW符合αnet=188．06D1,FW-2.304的幂函数关系(R2=0．96)．入渗过程可以用Horton模型来描述,裸土条件下的稳定入渗率fc和系数k可分别用D1,WS的指数和对数函数描述,消除雨滴动能后则可用D1,FW分别进行描述．研究结果有助于深入理解降雨过程中土壤团聚体破碎方式对降雨入渗过程和坡面产流特征的影响,为进一步的坡面水文过程模拟和流域分布式水文模型开发提供必要的土壤参数．     

扰动高沙土侵蚀规律的试验研究

为了指导施工过程中扰动高沙土堆放及其防护措施,采用人工模拟降雨试验,研究了工程扰动高沙土的水力侵蚀规律.试验结果表明:扰动高沙土坡面降雨初期径流泥沙浓度较高,而后呈逐渐下降趋势;侵蚀量与降雨量正相关,低于15°时,产生侵蚀的最小启动雨量约为5 mm;扰动高沙土在20.0°~26.5°之间存在临界坡度,与降雨量相比,坡度对侵蚀量的影响更为明显;侵蚀量与径流量正相关,单位径流的侵蚀量与坡度呈抛物线关系.坡度超过15°时,通过技术措施减少坡面径流量是控制坡面侵蚀的有效手段.     

坡地的土壤 侵蚀及其防治的试验研究

本文根据野外实地观测试验研究了坡地的坡长、利用方式和垦植年限等与土壤侵蚀的关系。探讨了在边界条件相同的情况下造成明显的土壤侵蚀差异的主要原因,并提出了减少和防治坡地土壤侵蚀的若干具体措施。     

模拟酸雨对鹤山赤红壤风化过程的影响

对鹤山赤红壤进行模拟酸雨野外淋溶实验的结果表明，供试土壤对pH≥3．0的处理具有较强的缓冲能力，淋滤液pH在全过程中可保持pH≈6．0。土壤系统对K^＋、Na^＋极强的净吸收作用导致二者淋失浓度在处理的中、后期为负值，显著低于Ca^2＋及Mg^2＋。在pH≥3．5处理下，土壤次级缓冲体系可使盐基离子总淋失浓度维持在一定水平。铝仅在pH≤3．0处理时溶出，在淋滤液pH≈4．5时溶出明显，可能的缓冲机制来自土壤对SO4^2-的吸附、次生矿物风化缓冲作用等。硅的淋失在pH≤3．5处理下差异不大，说明矿物风化缓冲机制在处理的全过程中都起了作用。鹤山赤红壤尚处在SO4^2-吸附阶段，对酸沉降仍有一定的缓冲能力。     

土工格室坡面侵蚀特性

土工格室坡面由于其独特的结构特性,其侵蚀过程与传统坡面有较大差异.本文采用变坡试验水槽,研究土工格室坡面在坡面流作用下的侵蚀规律.分析土工格室坡面流的流动特点及其与普通坡面流的差异,揭示了坡面侵蚀量随坡度、流量、切应力,以及绕流雷诺数的变化规律.结果表明,坡面侵蚀量远小于无格室的坡面;坡面累计侵蚀量和绕流雷诺数之间呈良好的对数函数正相关关系;平均侵蚀率与坡度、流量、切应力之间均呈良好的幂函数正相关关系,且流量对坡面流侵蚀率的影响大于坡度,随着流量的增大土工格室坡面流侵蚀能力的增率增大.     

山岭区高速公路坡长限制研究

探讨山岭区高速公路纵坡坡长限制的确定方法.以我国高等级公路上行驶的典型车型(EQ140)为研究对象,通过对3条正在运营的山岭区高速公路7个断面运行车速的调查、分析,建立了车辆第15%位车速与道路纵坡坡度之间的关系模型;以车辆的第15%位车速、第85%位车速为速度限制条件,提出了依据道路纵坡坡度值大小来确定容许车速的方法;利用汽车行驶理论,分析了车辆在纵坡上的减速距离;以分析结果为基础,提出了我国公路路线设计规范适当放宽坡长限制的建议,同时给出了山岭区高速公路纵坡坡长限制的修改建议值,以供设计人员在山岭区高速公路路线设计时参考.     

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...     

赤红壤对模拟酸雨缓冲能力的研究

通过模拟酸雨的淋溶实验,引入绝对缓冲量和相对缓冲量的概念,分析了赤红壤对酸性降水的缓冲能力及其变化.认为赤红壤本身酸性较强,主要通过阳离子交换反应和氢氧化物的溶解反应发挥缓冲作用.对pH3.5以上的酸雨具有稳定的缓冲能力,淋入酸雨pH3.0以下时,对土壤的缓冲机制有一定损害,使缓冲能力逐渐下降,但下降的速率随淋溶程度的加深而趋缓.     

不同雨强下植被对坡地产汇流和溶质运移的影响

以室内试验槽为平台,采用人工模拟降雨试验,研究了在3种雨强下有无植被的试验槽坡面流流速、地面径流以及地面径流中Br-,NH4+和NO3-质量浓度变化.结果表明,随着降雨强度的增大,植被对降雨的截留作用明显减弱,对坡面流流速的延缓作用则呈现先增大后减小的趋势;植被对地面径流中NH4+的质量浓度变化过程影响较大,对NO3-的质量浓度影响较小;Br-质量浓度随着降雨历时的增加呈现幂函数递减趋势,且这种趋势随着降雨强度的增大趋于减缓.     

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。     

侵蚀红壤肥力退化的特性研究

对 6个不同利用方式的坡地侵蚀红壤退化试验小区的理化、生物学性质进行了测定和分析 ,结果表明 :一方面 ,随着垦种年限、红壤熟化程度的提高 ,地表径流量和泥沙流失量大幅减低 ,水稳性团聚体数量增加 ,土壤养分含量提高 ,红壤的肥力状况得到了显著改善 ;另一方面 ,随着水土流失加剧 ,土壤容重增加 ,孔度减小 ,结构性变差 ,有机质、全氮、土壤微生物量及其酶活性也都随之下降 .在 6种不同利用方式对水土流失和红壤肥力改善的影响方面 ,林地比草地的调节作用强 ,阔叶林比针叶林的作用大 .     

降雨模拟微喷头特性研究

喷头式降雨模拟技术广泛的应用于物理模型试验中,微喷头特性是模拟效果的重要影响因素。本文设计了一种便捷、可调节的试验装置,对微喷头雨强、均匀度、防堵特性等因素试验探究。对多种不同类型喷头进行降雨模拟试验,筛选出符合试验要求的微喷头。综合表明,该方法对小型降雨模拟试验,大中型模拟试验的前期准备、预备试验开展有很大的推进作用。     

红壤坡耕地不同耕作方式径流及养分流失研究

为揭示红壤区不同的耕作方式对坡耕地径流及养分流失影响的差异,通过野外径流小区试验,分析对比在3种典型降雨下,南方红壤丘陵区的纵坡间作(措施1)、纵坡种植(措施2)和横坡种植(措施3)等3种耕作方式坡耕地的产流、产沙及氮、磷流失特征。研究结果表明:随着降雨强度的增大,措施3截流减沙优势明显。中雨型下,措施3径流量分别为措施1、措施2的21.5%,20.3%,产沙量分别为措施1、措施2的6.03%,2.28%;大雨型下,措施3径流量分别为措施1、措施2的8.11%,7.6%,产沙量分别为措施1、措施2的4.33%,3.31%。不同措施产流、产沙过程基本一致;措施3在控制土壤养分流失方面优于其他两种耕作方式,各措施氮、磷流失主要集中在产流初期,先增大后逐渐减小,后期趋于稳定。     

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.