喀斯特地区坡耕地细沟侵蚀产流产沙过程及特征

为研究喀斯特地区坡耕地不同条件下产流产沙特征,通过野外细沟侵蚀模拟实验,分析径流侵蚀的发展机理及其影响因素,深入研究径流侵蚀过程的产沙特征,结果表明：在相同流量下,试验区表现为坡度越大初始含沙量越高,且地表含沙量随降雨时间的增加呈不同程度递减趋势,仅红枫湖含沙量随降雨时间呈“双波峰”状态;流量为5 L·min-1下,坡度增加到20°对径流含沙量有一定的抑制作用,10 L·min-1流量下,含沙量均随坡度增大呈不同增加趋势,且与坡度均呈显著正相关,相关系数分别为0. 985、0. 913、0. 938、0. 910;南明区试验点计算得到的Kr值最低,抗侵蚀能力最强。对于各试验点,含沙量总体随时间增加呈递减趋势,并与坡度存在显著正相关,且黏粒含量越高土壤抗蚀性越强。     

黄土陡坡细沟侵蚀及其产沙特征的实验研究

通过冲刷实验研究了黄土坡面径流侵蚀产沙特征,分析了坡面细沟侵蚀产沙率与径流切应力、径流流量和坡度,径流最大含沙量与单位径流动能、径流流量和坡度之间的关系,并提出了坡面细沟侵蚀率估算公式.     

陕北油田黄土工区道路冲蚀灾害模型试验研究

为探究陕北油田黄土工区道路冲蚀灾害特征及路面细沟冲蚀影响因素,采用物理模型试验,模拟径流冲刷砂黄土道路,对道路细沟冲蚀发育过程,不同工况下细沟长度、平均宽度以及平均深度的发展特征和产沙速率变化规律进行了研究。结果表明:细沟的发育过程可分为四个阶段:面蚀阶段—跌坑形成阶段—细沟发育阶段—切沟侵蚀、崩塌阶段。细沟长度、平均宽度和平均深度与放水时间成幂函数关系,随着放水时间的增大而增大。其中细沟长度随着试验时长的增加先急剧增加,然后逐渐减少;细沟平均宽度随试验时长的增加总体呈现先快速增加后增加速度减慢;平均深度变化速度均在某一时刻达到拐点,流量越大达到拐点的时间越早。冲蚀灾害受流量和坡度影响显著,总体上随着坡度和流量的增大而增大;产沙速率总体上与流量成线性关系,在其他条件一致的情况下,产沙速率随着流量的增大而增大;与南部的粉黄土和黏黄土相比,陕北油田工区的砂黄土产沙速率明显偏大,冲蚀灾害更为严重。     

径流侵蚀与沟宽变化特征

进行径流冲刷实验,监测坡面细沟的动态侵蚀过程;利用视频分帧技术和Arc Map测量工具,记录相同坡度、不同流量和相同流量、不同坡度等条件下坡面沟宽变化数据;结合沟宽数据,进行线性拟合,分析沟宽的变化规律。结果发现,坡度相比于流量对细沟演变速度影响更大。沟宽与产流历时基本成3次方函数关系,其典型断面函数相关性均在0.84以上,可为坡面侵蚀计算模型提供参考依据。     

不同雨强和坡度条件海涂盐土边坡侵蚀细沟发育过程

采用室内人工模拟降雨试验,在不同坡度(11.3°、21.8°、35.0°)和降雨强度(85 mm/h、110 mm/h、125 mm/h)条件下,模拟海涂盐土边坡细沟发育过程。坡面侵蚀细沟发育动态采用数码摄像进行监测,通过Image-Pro Plus(IPP)6图像分析软件对图像和数据进行整理。结果表明:(a)不同坡度和降雨强度条件下,径流产生后,很快在坡面形成细沟且细沟沟网密度变化较快;细沟数量、细沟深度、细沟平均宽度和细沟密度均随降雨时间延长而增大。(b)缓坡度条件下,土壤跌坑发育慢,细沟侵蚀率低;随着坡度增大,坡面跌坑形成后水流聚集迅速,水流侵蚀冲刷力强,细沟发育快。(c)细沟发育越深,坡面细沟数量也越多;坡面侵蚀率与细沟平均深度及水流雷诺数分别在p0.05和p0.01水平上呈显著的正线性相关关系。     

极缓坡黄土坡面片状侵蚀及其水动力学参数特征

随着黄土高原生态文明建设的持续开展,极缓坡耕地成为当地受生产活动影响最显著的区域,其土壤侵蚀规律应得到关注。基于此,采用室内模拟降雨试验,在90 mm/h雨强、两种坡度(2.5°和5°)和两种坡长(5 m和10 m)情况下,对两种土壤(安塞土和绥德土)的片状侵蚀特征及水动力学参数的变化规律进行了研究。结果表明：与安塞土相比,绥德土的产流和径流增加速度快,有较高径流率和含沙量,且易发生细沟。安塞土在径流稳定前的平均径流率和含沙量的变化范围分别为2.76～8.61 L/min和0.80～9.26 g/L,径流稳定后两者的变化范围分别为3.76～11.69 L/min和0.46～2.88 g/L;绥德土径流稳定前后平均径流率和含沙量的范围分别为3.94～12.75 L/min、2.13～10.64 g/L和4.51～15.02 L/min、1.20～4.51 g/L。两种土壤的含沙量与径流率的关系可以用线性递减函数和含沙量作为常数两种线性关系进行表征。雷诺数和径流功率与径流率呈明显稳定的线性递增函数关系;径流流速和弗劳德数随径流率增加有较明显的增加趋势,但波动性较大;径流剪切力随径流率变化表...     

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.     

黄土坡面细沟发育形态对侵蚀特征的影响

细沟侵蚀规律的解译对于坡面治理具有重要的理论与实践意义.通过10m坡长条件下10°和25°坡面人工模拟降雨试验与高清摄像技术,研究了细沟侵蚀的时空动态变化特征.结果表明10°坡面单位坡长总侵蚀量和细沟侵蚀量均随距坡顶距离的增加先增大后减小,而25°坡面却呈现不断增加的趋势,但其增加速率逐渐减小.10°坡面平均含沙量随降雨历时先减少后增加,而25°坡面却先增加后减少.高清摄像技术可表征降雨过程中细沟平面形态变化,25°坡面平均细沟宽度始终小于10°坡面,但二者均随降雨历时先减小后增加,细沟侵蚀方式由以溯源侵蚀为主过渡到沟壁崩塌为主.     

黄土坡面侵蚀沟沟岸扩张过程

坡面细沟、浅沟及切沟侵蚀是黄土高原土壤侵蚀的常见类型.为了研究坡度和流量对侵蚀沟沟岸扩张的影响,获得侵蚀沟道断面宽度随时间和空间的动态变化过程,从而预测侵蚀沟道最大宽度,设计了3个试验坡度:12°、20°、30°,3个试验流量:12、20、30L/min,进行了9个坡度流量组合的径流冲刷试验,结合高清摄像监测的方式,记录冲刷过程中沟道侵蚀量、沟道扩张过程.在Matlab中,利用图像自动边缘检测算法提取沟边沿并转换为矢量文件,得到从沟头到沟尾,间隔50mm、每min的沟道断面宽度数据,通过Matlab编程计算,得到了在断面最大沟宽位置处,沟宽随时间变化曲线,从而建立了沟宽随时间变化方程,得到最大沟道宽度及不同时刻的沟道宽度,该方程形式简单,容易求解;沟宽随时间变化曲线符合S型曲线的发展规律,对应着沟岸扩张发生-快速发育-稳定-崩塌-再稳定的周期性过程,沟岸扩张过程中,随着跌坎发育为侵蚀沟,断面侵蚀沟宽度随冲刷时间的变化存在激增点,当沟宽随时间推移趋于无穷时,宽度趋于定值;侵蚀沟沟道发展的最大宽度也可用流量Q和坡度S表示,建立了沟宽最大宽度预测方程(R~2=0.91,RMSE=0.0338);最后,结合断面侵蚀沟宽度的变化曲线,分析了侵蚀过程中坡面沟道侵蚀量与断面沟宽变化的关系,结果表明:流量和坡度是侵蚀过程的动力因素,沟道断面最大宽度与坡度及流量有关.     

岩溶地区红壤坡面入渗与坡面径流关系研究

探究红壤坡面细沟侵蚀中入渗与坡面径流的关系,通过室内模拟冲刷试验,设计3种坡度(10°,15°,20°)和3种冲刷流量(0.7,1.0和1.3 L/min),测量不同时间段内的入渗量和径流量,探究红壤入渗与坡面径流的关系.结果表明,保持冲刷流量不变,在不同坡度下,坡面红壤入渗量会均随着时间的推移逐渐增大,坡度越小入渗量越大.随着时间增加,入渗量开始增加的幅度较大,之后慢慢减少,直至在某个数值左右波动.同时,坡度越高,坡面径流量就越大,不同坡度下坡面径流量随冲刷时间的推移会有不同的结果,存在一个使坡面径流量在30 min内随时间呈现稳定上升的临界坡度.保持坡度不变,在不同冲刷流量作用下,在冲刷前期确有着明显的规律,即冲刷流量越大入渗量越大,并且随时间的推移不断增大.同时,冲刷流量越大坡面径流量也就越大.在不同冲刷流量下,当坡面红壤饱和后入渗量会出现峰值.     

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.     

植物篱技术对表层土壤水分的影响

通过研究黄花菜处理组(T1)及对照组(CK)间土壤的含水量,探求植物篱技术对表层土壤水分的影响.结果表明:各对照组之间土壤含水量差异不显著,而经过黄花菜植物篱技术处理之后的土壤含水量有所增加;各处理组的坡面在次降雨条件下产生细沟侵蚀的时间不同,发生细沟侵蚀的时间对照组要晚于黄花菜植物篱处理组.从坡上至坡下表层0～5cm土壤的临界含水量有逐渐增加的趋势.     

桂东丘陵不同造林模式水土流失监测研究

1997～ 2 0 0 0年在广西苍梧县林业科学研究所的 3年生湿地松林中 ,按相同坡向、坡位、坡度设置 2 0 m× 5m的集雨区、集水槽、蓄水池构成 3个地表径流场 ,其中 为马占相思 (Acacia mangium)纯林 , 为马占相思×湿地松 (Pinuselliotii Engelm)异龄混交林 , 为湿地松纯林 (对照 )。再在 2年生黄皮 (Clausena lansium) 果园设置 4个地表径流观测场 ,设置方法同上 ,其中 ,径流场 A内种扶芳藤 (Euonymusf ortunei)、B内种花生 (Arachishypogaea) ,C内种鸡骨草 (Abrusmollis)、D未间种植物 (对照 )。测定径流场的地表径流量 ,径流的含沙量、淤泥量及其样品中的全 N、全 P2 O5、全 K2 O、有机质和 p H值 ,分析土壤养分的流失 ,评价不同造林模式的水土保持效益。结果表明 ,马占相思纯林和马占相思与湿地松的异龄混交林 ,水土流失量分别比对照 (湿地松纯林 )减少 5 0 .70 %和 17.77% ,年平均含沙量分别比对照减少 5 0 .35 %和 4 2 .0 6 % ,黄皮果园间种扶芳藤模式的水土流失量和含沙量分别比对照减少 90 .36 %和 6 5 .78%。     

细沟发育过程中的溯源侵蚀与沟壁崩塌

利用实验中降雨前后坡面的地形变化计算了细沟发育过程中溯源侵蚀和沟壁崩塌的产沙量．计算结果表明，溯源侵蚀是细沟侵蚀的主要产沙类型，其产沙量可占到细沟总侵蚀量的50％以上，沟壁崩塌的产沙量相对较小，且波动不大．其原因在于，溯源侵蚀量主要受沟头以上来水量的控制，而沟壁崩塌则与沟壁坡度的关系密切．此外，还利用地形变化与输沙率两种不同方法对产沙量进行了比较计算，在消除坡面沉降的影响后，两结果基本吻合．     

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时会降低坡面实际承雨面积,工程坡面土壤侵蚀率随坡度的增加呈非线性关系.     

海涂围垦区盐碱粉壤土坡面径流剥蚀过程影响试验

为探讨盐碱土边坡径流-侵蚀过程规律,通过人工模拟土槽径流冲刷试验定量分析坡度和上方来水流量对海涂围垦区盐碱粉壤土边坡径流剥蚀过程的影响。试验结果表明:上方来水流量和坡度对径流剥蚀速率均有显著正效应且互相制约,剥蚀速率与坡度和径流量存在幂指数函数关系;坡面单宽径流能耗随坡度和上方来水流量的增大均显著增大(P0.01),单宽径流能耗ew与上方来水流量q、坡度θ存在幂指数函数关系;在坡度5°~15°条件下,临界单宽径流能耗为15~40 J/(h·m),而在高坡度20°~40°条件下,临界单宽径流能耗接近零;剥蚀速率与单宽径流能耗之间存在显著线性关系(R2=0.82),海涂盐碱粉壤土边坡只需较小径流能耗即可剥蚀表层土壤。     

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.     

岩溶地区坡面红壤抗冲性冲刷试验研究

为了研究岩溶地区不同影响因子对坡面红壤抗侵蚀性的影响,通过室内模型冲刷试验,考虑坡度,冲刷流量及干密度三个影响因素,对坡面表层红壤抗径流机械冲刷能力进行研究,分析不同条件下坡面表层红壤结构的抗冲性能。结果表明:坡度和冲刷流量对岩溶地区坡面红壤冲蚀量存在非线性的叠加增长作用。坡度与岩溶地区坡面红壤冲蚀量近似呈指数关系增长。坡面为疏松结构时,冲刷流量与坡面红壤冲蚀量呈密切的幂函数相关;坡面为紧实结构时,冲刷流量则与坡面红壤冲蚀量近似呈线性关系增长。土壤干密度影响了整个坡面冲蚀过程,尤其是细沟的发生、发展。冲刷过程中疏松土坡面细沟发育明显,而紧实土坡面多为断续的月牙形冲刷坑。冲刷流量(径流量)为坡面表层红壤抗冲性主要影响因子。     

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。     

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。