黄土地区小流域次暴雨侵蚀产沙研究

通过坡面模拟降雨实验，分析了黄土地区坡面降雨径流产沙过程的主要影响因素，建立了坡面径流含沙量与坡面流量、前期土壤含水量、土壤干容重之间的定量关系。应用实测资料分析了黄土地区暴雨径流侵蚀产沙特点，建立了考虑流域前期土壤含水量和径流涨落段的含沙量与流量之间的水沙传递关系，建立了小流域次暴雨侵蚀产沙模型。经用实测资料计算检验，此模型对小流域次暴雨侵蚀产沙过程及产沙总量的计算结果都具有较高的精度。     

黄土坡面水蚀动力与侵蚀产沙临界关系试验研究

坡面水蚀动力与侵蚀产沙关系是水蚀预报的关键问题之一.本文通过光滑水槽试验和模拟冲刷试验,对坡面水流动力学特性(径流流速、剪切力以及能耗)及其与侵蚀产沙关系进行了系统研究.结果表明,坡面薄层水流呈滚波流特征,坡面流流速沿程变化呈波动趋势,随流量和坡度的增加而增大;坡面单宽径流剪切力、单宽径流能耗和坡面径流单宽输沙率随流量的增加而增加,随坡度呈抛物线趋势变化,说明坡面土壤侵蚀过程存在临界坡度,在本试验条件下,临界坡度位于21—24°之间.坡面单宽径流输沙率和单宽径流剪切力、单宽径流能耗之间均存在良好的线性关系.     

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。     

坡面产沙理论模型

坡面产沙计算是水土流失预测模型的基础.本文基于泥沙运动力学的基本概念,在概化的坡面上考虑影响侵蚀产沙的主要因素及其水力学关系,推导出坡面产沙量的计算公式.通过与坡面产沙实验资料对比,说明提出的坡面产沙计算公式结构合理,待定参数确定后可以作为预测坡面产沙的计算模型.     

黄土塬坡降雨击溅产沙过程的数学模拟

根据在黄土塬坡上进行的野外大型人工降雨径流产沙试验的观测资料,分析并建立了坡面上雨滴击溅产沙模型。给出了实际降雨过程的雨滴动能计算的理论公式。给出了考虑击溅产沙能力受坡面漫流或其它覆盖物影响下的击溅产沙过程的模拟结果。通过对试验现象和结果的结合,描述了雨滴动能对坡面水流及坡面土壤的作用。     

坡面土壤侵蚀力学模型

坡面土壤颗粒发生侵蚀分离是坡面流侵蚀的起始阶段,因此分析导致坡面土壤颗粒分离的临界水流剪切应力及其影响因素对了解坡面流侵蚀有重要现实和理论意义。通过对坡面流土壤颗粒发生分离进行受力分析,指出导致土壤发生分离的动力因素和阻力因素,建立坡面土壤颗粒受力力学模型。通过对模型求解得出土壤发生侵蚀的临界水流切应力并对其影响因素进行分析,对坡面流土壤侵蚀的微观力学机理作初步的探讨,以期对防治上壤侵蚀和水土保持工作有所借鉴。     

流域泥沙过程机理分析

黄土高原地质地貌复杂，是黄河流域的主要泥沙源区，并以黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区为代表．沟壑区的不同部位具有不同的侵蚀产沙现象，并在不同的空间尺度上表现出迥异的水沙运动规律．为此需将流域分为坡面与沟道两大系统分别研究，本文描述坡面侵蚀产沙、沟坡区重力侵蚀和沟道水沙运动的主要现象，分析各水沙过程的主要机理．揭示出可依据坡面径流建立坡面侵蚀产沙模型；根据水流的诱发作用，用沟坡土体失稳的随机力学模型模拟沟坡重力侵蚀；考虑影响水沙运动的多种要素，建立沟道系统的高含沙水沙模型．流域泥沙过程机理的研究为建立符合实际物理图景的水沙模型系统，完成流域泥沙过程模拟提供基础。     

坡度因子对济南市坡面土壤侵蚀特征的影响

为了研究坡度因子对径流小区土壤侵蚀特征的影响,认识济南南部山区坡面侵蚀的过程,充分利用济南市水文局水土保持监测实验站径流小区2014、2015年的实测数据,系统分析了坡度因子对坡面产流、产沙量的影响。结果表明:随着坡度的增大,坡面产流、产沙量逐渐增大,在坡度为20~25°时达到最大值,之后小幅减小,且整体上呈现增大的趋势;在不同雨强条件下,最大30 min雨强I_(30)40 mm/h比I_(30)≥40 mm/h的产流量、产沙量小;随着坡面植被覆盖度的增加,土壤抗蚀性提高,坡面产流量、产沙量减小;通过土壤流失方程模拟不同坡度坡面的产沙量与径流小区实际测得数据总体上差距较小,说明该模型及其参数适用于济南南部山区。     

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.     

高含沙水流挟沙能力

作为河流动力学中的核心问题之一,水流挟沙能力的研究一直受到众多学者的重视．首先以固液两相挟沙水流紊动能量平衡时均方程为理论出发点,在二维、恒定、均匀、充分紊动的流态条件下,经过详细推导了悬移质运动效率系数的表达式,并进一步推导得出水流挟沙能力的结构公式．在此基础上,依据115组天然沙和粉煤灰两种平衡输沙实验的实测数据,结合高含沙水流的流变特性及输沙特性,确定挟沙能力结构公式中的有关参数,获得了具有普遍意义的高含沙水流挟沙能力公式,最后采用大量的黄河、无定河、长江等天然河道实测资料对公式的可靠性进行验证,结果表明计算值与实测值相符合的程度令人满意．该成果对完善河流动力学特别是高含沙水流的理论体系、建立黄河生态输沙需水量模型以及指导治黄工程规划设计等均具有十分重要的现实意义．     

不同降雨强度下滑坡表面冲蚀体积试验

在山区,降雨导致的土壤冲蚀是产生堆积物、改变地貌地形的主要因素。其过程复杂并且受如降雨强度、地表粗糙度等多种因素影响。为研究不同降雨强度条件下降雨对滑坡表面冲蚀的体积指标特性,采用实验室模拟降雨试验平台进行实验,Golden Surfer软件直接读取堆积体体积、3D模拟模型研究降雨与输出数量关系等方法,再现了以体积量直接输出的堆积物与降雨之间的关系。结果表明:降雨过程中,坡体深部土壤体积含水率变化较小,浅层土壤孔隙水压与含水率变化较大;降雨初期,降雨入渗有效提高表层孔隙水压力,地表径流小,带沙能力弱;随降雨时间增加,地表径流强度增加是提高水流冲刷力的主要因素,累计冲蚀堆积体体积随降雨强度增加而增大,但是增速减小,其主要原因是降雨后期,地表形成冲刷沟壑,累计冲蚀堆积体体积受地表粗糙程度限制;通过对降雨时间、降雨强度以及冲蚀堆积体体积进行三维拟合,发现三者幂函数曲线的拟合较好。     

Erosion and sediment delivery in rills on steep loess slope

Sediment delivery in rills on the loess slope was studied by inflow experiments. Relationships between sediment delivery rate in rills and flow shear stress, discharge and slope gradient, maximum sediment and unit runoff power, and discharge and slope gradient were analyzed. A relationship is presented for calculating the erosion rate in rills .     

典型强降雨下不同植被类型水土保持特征分析

设置地表径流观测场,观测强降雨下不同植被恢复5年后产流、产沙特征.试验结果表明,苦竹＋牛鞭草植被类型在此次强降雨为106.3mm情况下,产流、产沙量占其全年的15.24%和17.072%,调节降雨和抑制土壤侵蚀的能力最强;农耕地产流、产沙量占其全年的22.05%和31.65%,其中产沙量达其他3种植被类型的4.6-13.3倍,水土保持能力最弱;桦木＋牛鞭草、杂交竹＋牛鞭草植被类型因桦木生长和杂交竹间歇性采伐的原因,水土保持能力居于中等水平;对比农耕地来说,3种植被类型恢复后土壤侵蚀得到了有效控制,但强降雨下地表径流控制程度还较弱,需继续加强对土壤—植被系统的培育.     

土壤侵蚀的3个基本动力学过程

简要介绍了土壤侵蚀的基本特征,将土壤侵蚀过程概括为3个基本的动力学过程,即降雨导致的坡面产流过程、表面流对土壤颗粒的剥蚀过程,以及表面流的汇集和输沙过程。进一步对3个基本过程的基本内容和涉及的科学问题进行了分析和概括,并由此讨论了土壤侵蚀动力学研究的发展趋势。     

小流域水土流失的数学模型及数值模拟

为了描述小流域水土流失的水量、含沙量过程线,实现水土流失动态模拟,通过对小流域整个水土流失过程数学模型的建立及计算程序的编制,实现了对小流域整个水土流失过程的数值模拟.并通过有限的野外实验研究来校正模型中的参数:通过改变模型中的参数和输入值,可以模拟、预测不同条件(包括地形坡度)下的水土流失情况,有助于揭示水土流失因子之间的相互作用机制,探讨不同耕作方式和水保措施下水土流失的规律,为水土流失防治、减轻地质灾害、合理使用耕地和保护生态环境提供科学依据.     

Changes in overland flow and sediment during simulated rainfall events on cropland in hilly areas of the Sichuan Basin, China

Water and soil loss are the major causes of the land degradation in the hilly area of the Sichuan Basin, China, where purple soil (FAO, Calcaric Regosols) is widely distributed. Little research has been conducted on changes in overland flow and sediment during rain events on sloping cropland in this area. In this study, 45 artificial rainfall events were applied to five runoff plots with slopes of 9%, 18%, 27%, 36%, and 47%, respectively. Results showed that erosion processes on purple soil of sloping cropland are complex, because the sediment concentration changes with time under different situations. According to correlations between runoff discharge and sediment concentration, all erosion events were classified into three types: (1) positive correlation; (2) negative correlation; and (3) no correlation. Positive correlations were dominant, accounting for 60% of all events. Rainfall intensity, slope gradient, and tillage treatment were the main factors that influenced erosion events.     

Soil Erosion on a Slope without Vegetation： a Simulating Experiment on a Bare Land in Mt. Tanakami

0　IntroductionManystudieshavebeendoneonthesedimentdischargeinMt.Tanakami .Thosestudiesconcerntheamountofsedi mentsandfewdiscussionsabouttheprocessonly .Andthesedi mentyieldmechanismindevastatedslopeinMt.Tanakamiisnotfullyunderstood.Inordertorecordthewholeprocessofsoilero sionfromthebeginningofprecipitation ,totheendofsedimentmovement,asimulatingexperimentbyusingartificialrainiscon ducted .Basedonthisexperiment,andbyfurthercomparingwiththepreviousdataofsedimentsinthisarea,somebasicdataaboutc…     

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。