浅析蒋家沟流域侵蚀与产流产沙特征

蒋家沟的侵蚀菅力十分复杂,主要有水力侵蚀,重力侵蚀,人类活动侵蚀等.本文从流域滑坡堆积坡地物质成分、气候、降雨特征等方面分析侵蚀特征和产流产沙特征,并进行人工降雨侵蚀实验,得出一些有意义的结论.     

扰动土与非硬化道路侵蚀产沙规律研究

对扰动土与非硬化道路土壤侵蚀规律进行了研究。通过野外放水冲刷试验,分析扰动土与非硬化道路含沙量、产沙速率与冲刷流量之间的关系。扰动土的含沙量呈下降趋势变化,非硬化路面的含沙量在某一水平线上下波动;不同坡度下平均含沙量随放水冲刷流量变化不同,基本上呈上升趋势,有平缓式上升、快速上升、梯形上升。扰动土累计产沙量呈抛物线式上升,非硬化道路累计产沙量呈直线上升;在部分坡度下,扰动土与非硬化道路的产沙速率相近;不同坡度平均产沙速率随放水流量的增长速度不同;特别是扰动土坡面坡度大于11°,产沙速率有大幅度的增长,工程建设中应特别注意扰动土坡度大于11°的坡面。     

窟野河流域暴雨侵蚀产沙研究

利用窟野河流域的水沙资料，提出了降雨分布均匀性系数的概念。把降雨分布均匀性系数与前期影响雨量等定量指标一起引入暴雨侵蚀产沙过程的水沙传递关系中，建立了窟野河流域出口径流含沙量与流量、前期影响雨量和降雨空间分布均匀性系数的定量关系。止匕定量关系可用于多沙粗沙区流域次暴雨侵蚀产沙的预报和多沙粗沙区的治理。     

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。     

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.     

基于WaTEM/SEDEM模型的双枫潭流域侵蚀产沙模拟

采用WaTEM/SEDEM模型,以湖南省3个流域为研究对象,利用莲花堰和石门坎水文站水沙数据对模型进行校正和验证,并将验证后的模型模拟双枫潭流域的侵蚀产沙,模拟结果表明:双枫潭流域年均产沙模数为631t/km2;受地形和土地利用的影响,流域侵蚀模数在0~10°坡度范围内总体呈现沉积,而在大于10°的坡面上侵蚀强度随坡度增加而增加.流域内旱地土壤侵蚀强度为3 345t/(km2·a);草地侵蚀速率为430t/(km2·a);林地和灌木林用地总体上表现为沉积,其沉积速率分别为110和83t/(km2·a).将以上模拟结果与其他相关研究比较,证实WaTEM/SEDEM模型在模拟流域侵蚀产沙方面有很好的应用前景,利用该模型可为流域水土保持措施实施提供科学依据.     

柳河流域来沙与产沙分析

本研究也探讨了柳河流域悬移质泥沙颗粒特征,及泥沙粒径与径流量、含沙量间的复杂关系,及其对流域侵蚀产沙过程的反映。     

公路路基压实黄土坡面人工降雨侵蚀试验

公路压实高原二区黄土(Q2)路基坡面人工降雨侵蚀试验研究表明,坡面冲蚀强度与雨强、降雨历时、坡长、坡角、压实度、土壤粘性皆有一定关系,高原二区粘性黄土冲蚀强度随时间增加而减小过程对坡面防蚀有利,在得出历时1h降雨坡面平均冲蚀强度及长历时坡面侵蚀强度随时间变化的经验公式基础上,提出减小坡面冲蚀强度方法。首先考虑增加压实度减小坡面土体重力侵蚀来减少坡面总体侵蚀量;实际工程中采用修筑截水平台或截水沟减小降雨侵蚀坡长或坡高,可大大减小冲蚀强度;坡高h不变时,坡角避开冲蚀强度最大的临界坡度为25.9°;坡高一定及边坡稳定情况下,边坡坡角应尽量避开15°～60°范围,大于70°或小于15°的坡面冲刷很小,对于70°以上坡角特别适应于直立性黄土坡面。     

黄河中游风水两相作用对侵蚀产沙地域分布的影响

着眼于风力、水力两相作用，对黄河中游风沙—黄土过渡带高强度侵蚀的形成机理进行了研究,并提出用某一地点年降水量Pm与年均沙尘暴日数Dss之比Pm/Dss来定量表达风力、水力两相作用，称为风水两相作用指标.研究表明，风水两相作用通过对泥沙供应条件的调节，来控制悬移质泥沙的粗细颗粒搭配关系，并进而实现最优组合，从而使水沙两相流的输沙能力得到强化,地表物质抗蚀性和植被对地表物质保护作用的地域分布均与风水两相作用有密切的关系，因而形成了不同的地域类型;进而划分了风力作用主导类型、风水两相作用主导类型和水力作用主导类型等3种类型;认为产沙模数与年降水量、年沙尘暴日数和风水两相作用指标之间存在着非线性关系,在这3个关系中，均表现出一个产沙模数的峰值区，与之相对应的年降水量为350—450mm，年均沙尘暴日数为5—15d，风水两相指标值为30—80mm·d-1.这些成果丰富了著名的Langbein-Schumm关系的内涵，为其形成机理提供了一个新的解释.     

考虑沟-坡分异的黄土高原大中流域侵蚀产沙模型

针对黄土高原坡面沟缘线上、下侵蚀产沙分异显著的特点,以及机理模型在大中流域不易应用的现状,利用基于Hc-DEM的沟缘线自动提取技术,划分流域沟间地和沟谷地地貌单元.在改进坡长因子算法和改造沟坡侵蚀模型的基础上,提出沟间地运用通用土壤流失方程为模型框架评估面蚀为主的坡地侵蚀,沟谷地运用改造沟坡侵蚀模型评估冲蚀为主的沟谷侵蚀,并与泥沙输移比分布模型集成确定流域侵蚀产沙分布的模型体系.经在北洛河上游流域检验,模型体系能良好模拟流域多年平均侵蚀产沙,在年际尺度也具有较好可靠性,可为黄土高原大中流域水土保持效益评价和水土流失防治规划提供技术支撑.     

土壤初始含水量对黄土坡地水分运动与转化特征的影响

通过室内模拟降雨试验,研究了水蚀条件下初始含水量分别为1.3%、5.7%、9.7%、14.2%和18.9%时黄土坡地水分的迁移特征。结果表明随着土壤初始含水量的增加,坡面产流开始时间提前,坡地平均径流系数和径流量呈线性增加趋势;坡面径流含沙量与土壤初始含水量呈抛物线关系,在9.7%含水量左右存在最小值;土壤初始含水量越高,坡地累计入渗量越小,雨水转化为土壤水分的比率越小。在土壤初始含水量较高的雨季,建议采取保护性耕作措施,增加雨水入渗率,减少水土流失量。     

黄土地区边坡侵蚀的机理

分析了影响边坡侵蚀的因素,研究了路基边坡的侵蚀机理,提出了边坡综合防护类型、特点及选择原则.     

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。     

温度对岩石渗透率影响的实验研究

对储层粉砂岩、灰岩、变质岩和砾岩渗透率受热变化规律进行了实验研究。并对岩石渗透率在高温作用下发生变化的机理进行了讨论。分析结果表明,岩石在常压条件下经过高温加热处理,其渗透率随温度的升高而呈增大趋势;岩石渗透率发生突变时存在一个阈值温度,组分不同的岩石,其阈值温度也不同,岩石渗透率的提高是由于岩心受热后产生了新的裂缝,裂缝延伸而形成了连通网络结构。     

径流与坡面土壤矿质氮素的作用深度研究

利用室内模拟降雨试验,初步探讨了径流与土壤矿质氮素的有效作用深度(EffectiveDepthofInterac-tion,EDI),对施肥和不施肥试验分别提出用拐点法和反推法确定EDI。结果表明:①径流与土壤硝态氮EDI明显大干与铵态氮EDI,两者之差为(7-15)cm;②秸杆覆盖可显著增加硝态氮EDI,且覆盖量越大,EDI值越大;③施肥对土壤矿质氮素EDI几乎无影响;④EDI沿坡面分布存在差异,坡面中下部较深,坡上部较浅。     

黄土发育表土结皮过程和微结构分析的试验研究

对采自晋西离石的马兰黄土进行了模拟降雨试验，研究表土微结构与表土结皮发育过程的关系．模拟降雨强度为１．２ｍｍ／ｍｉｎ，降雨历时为１～３０ｍｉｎ．通过对表土微结构的变化观测可以清楚看到，在３０ｍｉｎ降雨过程中经历了两次表土结皮的形成过程．初始形成的表土结皮是很不稳定的，在表土结皮的初期发育阶段较容易被破坏．在稍后阶段形成的表土结皮会更加稳定．观测到的表土微结构变化过程揭示出它们是呈周期性变化：团聚体被破坏、土壤颗粒发生垂直和水平位移、表土结皮层和淋溶层的孔隙和结构不断形成和破坏、表土结皮的形成破坏、表土变得比较密实．土壤抗剪强度可以用标准锥体贯入仪来测定，由土壤含水量和土壤抗剪强度关系得到的表土结皮强度指标与观测到的表土微结构变化密切相关．     

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.     

土壤失水干燥的动力学实验研究

对不同质地的土壤失水干燥的动力学过程进行了试验研究．结果表明，不同质地土壤失水干燥过程存在3个阶段：稳定失水阶段、快速失水阶段和土壤干燥阶段；设定干燥温度和土壤的初始含水率对失水干燥速率有较大的影响，设定温度越高，失水速率越大，土壤由湿变干越快，初始含水量越大，土壤由湿变干的时间越长；在同一的温度和初始含水量条件下，失水干燥速率与土壤质地无关；土壤失水干燥的动力学曲线可用二次多项式进行描述．     

烟草导热系数与含水率的变化关系

推导出了烟草导热系数与湿基含水率的关系式，并用实验测定值检测了推算式的精度。对于烟叶堆积床，推算值与实验测定值的绝对平均偏差为1．75％，算术平均偏差为0．15％；对于烟丝堆积床，推算值与实验测度值的绝对平均偏差为2．36％，算术平均偏差为0．25％。其精度均满足工程需求。该关系式也可推广应用于其他含湿多孔介质导热系数的计算。     

砂岩抗压强度与声波时差关系的实验研究

测井资料中的声波时差可反映岩石的抗压强度，声波时差越小，岩石抗压强度越高。在室内对辽河和冀东油田的砂岩标准岩样进行了抗压强度实验，建立了各种围压下岩心抗压强度与声波时差的回归关系。结果表明，无论是在常压还是在围压下，砂岩强度与声波时差均呈负指数关系。利用该关系式建立了出砂判别模式和井壁稳定性分析模式。在实践中取得了较高的符合率。