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《四川大学》 2003年
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小流域侵蚀产沙特性研究

杨具瑞  
【摘要】: 本研究采用力学方法,在对土壤泥沙受力分析的基础上,结合实内试验和野外观测资料的分析,对三种主要土壤侵蚀类型的侵蚀产沙过程和产沙特性进行了一些研究探索,探讨了非线性科学的尖点突变理论和方法在小流域侵蚀产沙过程研究中的应用,全文主要包括以下四个部分内容: 1.坡面流侵蚀产沙 本部分从水动力学角度探讨了坡面流条件下坡面泥沙起动、输移的基本特性,对坡面土壤侵蚀研究中的主要问题如细沟侵蚀的临界坡度、临界坡长、稳定细沟宽度、坡面面蚀及细沟侵蚀等进行了探讨。 根据坡面流流动特性和坡面泥沙起动特性,在坡面泥沙起动研究中引入粘着力,并考虑泥沙颗粒暴露度的影响,通过坡面单颗粒泥沙受力分析,采用泥沙颗粒滚动模式建立了坡面流泥沙起动公式。借助梅叶-彼德泥沙输移方程的形式,根据坡面流输沙特性和本文推导的坡面流泥沙起动公式,将泥沙起动粒径取为泥沙最容易起动的粒径,得到坡面面蚀的泥沙输移公式。在形成稳定细沟的坡面泥沙侵蚀计算中,将泥沙起动粒径取为坡面泥沙的代表粒径,得到坡面细沟侵蚀的泥沙输移公式。以坡面坡长为L处的坡面水流流速与该处泥沙起动流速相等时的坡长为临界坡长,应用坡面流泥沙起动流速公式得到细沟侵蚀临界坡长的计算公式。对于形成稳定细沟的坡面,在坡长和坡度一定时,假设细沟内水流流速与细沟泥沙起动流速相等,得到细沟侵蚀中细沟稳定宽度的计算公式。通过细沟稳定宽度计算分析得到,细沟稳定宽度随着坡度增加而出现~临界坡度,使细沟稳定宽度为最大,这一临界坡 四川大学博士学位论文 小流域侵蚀产沙特性研究 度即为坡面细沟侵蚀的临界坡度。对于中值粒径为o.O185mm的黄土坡面,临 界坡度为3990。同时,在计算分析中发现,存在一最大粒径仓O198mm,当 坡面泥沙颗粒粒径大于这一值时,坡面不发生细沟侵蚀,对应的最大临界坡 度为50.40。对以上的计算公式,用试验资料和野外观测资料进行了验证,吻 合情况较好。 2.风力侵蚀产沙 本部分从动力学角度探讨了平面风沙、坡面风沙的泥沙起动、输移的 基本特性。将水流条件下河床泥沙起动的暴露度概念引入到风沙起动的研究 中,定义风沙暴露度的概念,并对风沙暴露度的统计规律进行了分析。根据 风沙暴露度的概念,采用滚动模式分别建立了坡坦地面风沙和坡面风沙颗粒 起动的风速公式,得到了在风力、风向、坡面坡度和风沙位置一定的情况下 风沙起动方向的计算公式。对坡面风沙在相同风向不同坡度条件下和相同坡 度不同风向条件下风沙的起动风速进行了分析。借助河村风沙输移公式的形 式,根据本文推导的风沙起动公式,建立了风沙输移计算公式。对以上公式 用试验资料和野外观测资料进行了验证,吻合情况较好。 3.冻融风化侵蚀产沙 本部分研究以砒砂岩区西召沟小流域为例,通过典型支沟沟道各变量和 冻融风化侵蚀量测量结果的分析,探讨了砒砂岩区冻融风化侵蚀特性,建立 了冻融风化侵蚀量和崩塌侵蚀量的计算公式。 通过西召沟小流域冻融风化侵蚀实测资料,分析了冻融风化侵蚀与沟道 各变量之间的关系。确定了该流域相同种类支沟上、中、下游的冻融风化坡 面侵蚀模数、单位沟沿线沟角线长度和的侵蚀量值,不同种类支沟冻融风化 坡面侵蚀模数及单位长度沟沿线沟角线长度和的侵蚀量的比例关系,及上、 中、下游冻融风化侵蚀侵蚀量的比例关系。据此建立了小流域单位长度沟沿 线沟角线冻融风化侵蚀量比例模型和冻融风化侵蚀模数比例模型。根据西召 沟小流域上游20条沟谷的资料,利用两种模型对该流域的冻融风化侵蚀量进 行了模拟计算,计算结果分别为23757.9t和29165,lt,相差18.5%。从实测的 角度定量地确定了上、中、下游冻融风化侵蚀量占支沟总侵蚀量的百分比, 上游占总侵蚀量的76.1%,中游占17.5%,下游占6.4%,从而得到砒砂岩区 冻融风化侵蚀主要发生在沟头的重要结论。根据测量资料的分析,.通过7年 四川大学博士学位论文 摘要 的沙棘种植栽培,支沟上、中、下游的坡面冻融风化侵蚀模数平均从 11748t/k衬降为3535t/km2,降低69.9%。单位长度沟沿线沟角线和的冻融风 化侵蚀量平均从0.0974 m3zm降为o.oo4m3zm,降低95.9%。采用Gzs技术对 西召沟小流域风化沟道沟沿线长度进行测量,通过崩塌侵蚀机理的分析,得 到崩塌侵蚀量的计算公式,计算得到的崩塌侵蚀量为8386.7t。 4.尖点突变理论在小流域侵蚀产沙过程研究中的应用 应用突变理论,通过对泥沙起动受力分析,将水流参数。作为泥沙起动 突变模型的状态变量,沙粒雷诺数Re一。·’和无量纲参数md.,/d。作为泥沙起动突 变模型的控制变量。通过坐标变换和拓扑变换,得到非均匀沙起动的尖点突 变模式。从非均匀沙受力分析出发,将非均匀沙起动所受到的附加作用力分 为两部分,一部分为泥沙粗细颗粒之间相互作用产生的附加作用力,假定该 附加作用力与混合沙的平均抗剪力成正比;另一部分为床面糙度对近底水流 结构影响的附加作用力,假定该附加作用力与均匀床沙条件下的底部流速平 方成正?
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S157

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘楠;缙云山典型林分对径流水质的作用及评价研究[D];北京林业大学;2011年
2 金鑫;黄河中游分布式水沙耦合模型研究[D];河海大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 聂锐华;岷江都江堰卵石河道冲刷模拟技术改进研究[D];四川大学;2004年
2 舒若杰;黄土高原小流域沟道水沙运移模拟试验研究[D];西北农林科技大学;2007年
3 纪启芳;贵州喀斯特地区坡面不同植被的减流减沙作用[D];南京大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 陈渭南,董治宝,杨佐涛,韩致文,张甲坤,张民力;塔克拉玛干沙漠的起沙风速[J];地理学报;1995年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 彭清娥;坡面产流产沙神经网络模型与流域产沙系统动力学模型研究[D];四川大学;2001年
2 何文社;非均匀沙运动特性研究[D];四川大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曹平;朱宝龙;陈强;;基于突变理论的土质边坡非线性演化分析[J];四川建筑科学研究;2009年06期
2 胡建平;刘亚莲;周翠英;;土石坝失稳的尖点突变模型与临界条件[J];四川建筑科学研究;2011年05期
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7 李颖红;冯华;;关于完善我国环境资源保护法的立法建议[J];安徽农业大学学报(社会科学版);2008年03期
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9 吴铁华;杨伟伟;凌祖国;高峰;;东北黑土区土壤侵蚀演替规律研究[J];安徽农业科学;2007年13期
10 邹艳丽;陈晓飞;王铁良;杨国范;;雪面温度与地面温度的预测研究[J];安徽农业科学;2007年32期
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1 王静;方毅;郝润梅;周瑞平;周丹丹;海春兴;;典型荒漠草原区沙尘暴天气地表风沙流结构研究[A];黄河流域资源环境与生态文明建设学术研讨会交流材料[C];2011年
2 李璐;何玉琴;姜小三;;江苏省水土流失定量监测动态研究[A];发挥资源科技优势 保障西部创新发展——中国自然资源学会2011年学术年会论文集(上册)[C];2011年
3 苗天德;慕青松;;不均匀沙起动规律与草方格的动力稳定性[A];祝贺郑哲敏先生八十华诞应用力学报告会——应用力学进展论文集[C];2004年
4 于玉贞;谢立全;孙逊;;渗流作用下的江河岸坡冲刷变形分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
5 张远芳;崔树琴;;基于尖点突变理论的端承桩竖向承载力分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
6 陈正汉;;特殊土的细观结构及其演化的CT-三轴试验研究[A];第一届全国岩土本构理论研讨会论文集[C];2008年
7 羌培;周文波;;利用椭圆脐点突变模型预测盾构隧道施工期地面过大沉降[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
8 刘铁军;荣浩;何京丽;刘艳萍;高永;;地质统计学法在土壤风蚀研究中的计算方法探讨[A];全国水土保持与荒漠化防治及生态修复交流研讨会论文集[C];2009年
9 周步恒;;衡量广播媒体实力之杠杆——论节目评估体系[A];全球信息化时代的华人传播研究:力量汇聚与学术创新——2003中国传播学论坛暨CAC/CCA中华传播学术研讨会论文集(上册)[C];2004年
10 王冬梅;程和琴;周丰年;杨忠勇;和玉芳;吴敬文;;近岸沙波分布区桥墩局部冲刷深度的估算[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
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1 戚增坤;突变控制机制及其在船舶非线性横摇运动中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 兰常玉;冻融循环与列车动载耦合作用下高速铁路地基沉降规律研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 赵锦梅;不同土地利用方式对高寒地区水土保持生态服务功能的影响研究[D];甘肃农业大学;2010年
5 韩艳;海底管线的冲刷与导流防护技术研究[D];中国海洋大学;2010年
6 赵彦旭;压实黄土增湿变形的非饱和土力学研究[D];兰州大学;2010年
7 刘高峰;长江口水沙运动及三维泥沙模型研究[D];华东师范大学;2011年
8 戴益民;低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究[D];湖南大学;2010年
9 穆振侠;高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟研究[D];新疆农业大学;2010年
10 冯长红;冀北接坝山区沙化土地动态与生态工程模式研究[D];北京林业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈晓安;黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀规律与坡面侵蚀经验模型的研究[D];华中农业大学;2010年
2 曾涛;水蚀引起的红壤入渗性能变化对季节性干旱的影响[D];华中农业大学;2010年
3 贾海啸;湖北省径流小区观测数据的整合分析[D];华中农业大学;2010年
4 杨家旺;输变电工程水土流失规律研究及防治对策[D];华中农业大学;2010年
5 廖国瑞;降雨过程中不同粗糙度土表微地貌特征演变与三维模型的建立[D];华中农业大学;2010年
6 程艳辉;红壤区坡面径流调控关键技术与模式的适用性研究[D];华中农业大学;2010年
7 崔普伟;基于单元流域的黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域次暴雨产沙经验模型研究[D];华中农业大学;2010年
8 聂斌斌;水土保持生态修复区域差异研究[D];华中农业大学;2010年
9 武文宾;冲击地压的非线性岩梁混沌动力学分析[D];山东科技大学;2010年
10 刘桂海;基于突变理论的煤层底板突水预测评价方法研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 夏尚光;梁淑英;;森林生态系统养分循环的研究进展[J];安徽林业科技;2009年03期
2 刘楠;王玉杰;储小院;王云琦;吴云;陈林;;缙云山不同土地利用类型暴雨径流水质研究[J];安徽农业科学;2009年12期
3 陆卫军;张涛;;几种河流水质评价方法的比较分析[J];环境科学与管理;2009年06期
4 韩文轩;吴漪;汤璐瑛;陈雅涵;李利平;贺金生;方精云;;北京及周边地区植物叶的碳氮磷元素计量特征[J];北京大学学报(自然科学版);2009年05期
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6 于海霞;戴伟;夏良放;邓宗付;王旭琴;聂立水;;亚热带不同人工林对土壤酶活性及其动力学特征的影响[J];北京林业大学学报;2007年01期
7 魏强;张秋良;代海燕;郭鑫;;大青山不同植被下的地表径流和土壤侵蚀[J];北京林业大学学报;2008年05期
8 张立华;林益明;叶功富;殷亮;周海超;;不同林分类型叶片氮磷含量、氮磷比及其内吸收率[J];北京林业大学学报;2009年05期
9 王礼先,吴长文;陡坡林地坡面保土作用的机理[J];北京林业大学学报;1994年04期
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1 杨洁;红壤坡地柑橘园水土保持水文效应研究[D];江西农业大学;2011年
2 郑海金;赣北红壤坡面水土保持措施保水减沙作用研究[D];北京林业大学;2012年
3 何文社;非均匀沙运动特性研究[D];四川大学;2002年
4 刘兴年;沙卵石推移质运动及模拟研究[D];四川大学;2004年
5 魏林宏;时空尺度对洪水模拟的影响研究[D];河海大学;2004年
6 白清俊;黄土坡面细沟侵蚀带产流产沙模型研究[D];西北农林科技大学;1999年
7 张胜利;秦岭南坡中山地带森林生态系统对径流和水质的影响研究[D];西北农林科技大学;2005年
8 王加虎;分布式水文模型理论与方法研究[D];河海大学;2006年
9 杨涛;基于GIS的黄土沟壑区两种尺度产流产沙数学模型研究与应用[D];南京师范大学;2006年
10 程煜;中亚热带木荷马尾松林恢复过程的群落及凋落物特征研究[D];福建农林大学;2006年
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1 邱念伟;不同类型盐生植物叶片Na~+区域化作用机理的比较研究[D];山东师范大学;2001年
2 姜文华;四面山常绿阔叶林酸性降水的化学特征及其对土壤和植物影响现状的研究[D];西南师范大学;2003年
3 郭彦彪;黄土地区流域地貌形态与降雨侵蚀产沙关系研究[D];西北农林科技大学;2003年
4 杨超;小流域产流产沙过程的模型试验研究[D];中国农业大学;2005年
5 池宸星;黄土高原典型流域产汇流特性变化研究[D];河海大学;2005年
6 刘文飞;氮沉降对亚热带人工林针叶及凋落物养分动态的影响[D];福建农林大学;2007年
7 张凤凤;亚热带地区不同林相对水质的影响及小流域水质预测模型研究[D];浙江大学;2008年
8 潘义国;不同植被条件下土壤的抗侵蚀研究[D];贵州大学;2008年
9 王恒松;贵州典型喀斯特单元生态治理区水土流失机理研究[D];贵州师范大学;2009年
10 郭佳;泰山云雾水化学研究[D];山东大学;2009年
【二级引证文献】
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1 覃芳华;王彬;王云琦;孙素琪;刘李紫渊;于雷;;重庆缙云山三种典型林分穿透水和树干茎流中氮素特征研究[J];土壤通报;2014年04期
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1 张占阳;基于格网DEM的水流路径算法及其应用研究[D];长安大学;2012年
2 张向峰;重庆缙云山马尾松光合生理特性[D];北京林业大学;2013年
3 唐晓芬;缙云山林内水分循环过程中酸沉降特性及其对土壤影响的研究[D];北京林业大学;2014年
【二级参考文献】
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1 张维信;青藏公路线风火山地区冰缘地貌特征[J];冰川冻土;1979年01期
2 郭东信;青藏高原上的砂楔[J];冰川冻土;1979年01期
3 李烈,邢泽民;青藏公路线风火山地区地下冰的一般特征[J];冰川冻土;1980年02期
4 季子修;天山中部现代冰缘作用[J];冰川冻土;1980年03期
5 裘善文,李风华,隋秀兰;长白山冰缘地貌[J];冰川冻土;1981年01期
6 郭东信,王绍令,鲁国威,戴竞波,李恩英;东北大小兴安岭多年冻土分区[J];冰川冻土;1981年03期
7 王积心;季节冻土地带沙丘前沿农田地下水变化及其对农业的影响[J];冰川冻土;1981年03期
8 周幼吾,郭东信;我国多年冻土的主要特征[J];冰川冻土;1982年01期
9 黄以职,郭东信,赵秀锋;青藏高原冻土区沙漠化及其对环境的影响[J];冰川冻土;1993年01期
10 郭东信,黄以职,赵秀锋;青藏公路风火山垭口盆地融冻泥流阶地初步研究[J];冰川冻土;1993年01期
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1 彭清娥;坡面产流产沙神经网络模型与流域产沙系统动力学模型研究[D];四川大学;2001年
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10 廖建华;李丹勋;王兴奎;许炯心;阎云霞;;黄土高原侵蚀产沙与高含沙水流空间分异对比分析[J];自然资源学报;2010年01期
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3 何毓蓉;张保华;周红艺;朱波;;紫色土侵蚀产沙特点及影响因素分析[A];“全国水土流失与江河泥沙灾害及其防治对策”学术研讨会会议文摘[C];2003年
4 刘纪根;蔡强国;唐政洪;;流域侵蚀产沙的空间尺度问题[A];“全国水土流失与江河泥沙灾害及其防治对策”学术研讨会会议文摘[C];2003年
5 杨明义;;~(137)C_s示踪农耕地侵蚀速率模型精确度的比较[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
6 李占斌;;第三章 土壤侵蚀与水土保持[A];中国土壤科学的现状与展望[C];2005年
7 方海燕;蔡强国;李秋艳;;黄河中游多沙粗沙区侵蚀环境若干要素分析及治理对策[A];海峡两岸环境与资源学术研讨会学术论文集[C];2007年
8 高建恩;杨世伟;吴普特;;小流域土地规划方案优化方法研究[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第二分册[C];2005年
9 雷廷武;;中国农业大学水土保持科研情况总结[A];中国水土保持学会科技协作工作委员会2011年年会交流材料[C];2011年
10 何伯干;;福建晋江流域土壤侵蚀及其危害[A];第四届全国工程地质大会论文选集(一)[C];1992年
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1 王光谦 刘家宏 李铁键 清华大学水沙科学教育部重点实验室;黄河数字流域模型[N];黄河报;2005年
2 时明立 姚文艺;建设黄土高原土壤侵蚀实体模型的要求分析[N];黄河报;2005年
3 本刊通讯员 王静琳;要实实在在为黄河做些事情[N];中国水利报;2007年
4 本版编辑 本报记者 王静琳 徐清华;欲舞长缨缚黄龙[N];黄河报;2007年
5 李国英;深入研究黄土高原土壤侵蚀规律[N];黄河报;2006年
6 闫丽娟;天时、地利、人和促进水土保持生态修复[N];中国水利报;2004年
7 史学建 左仲国 冉大川;提升水保科研水平 促进人与自然和谐[N];黄河报;2010年
8 任艳;陕西榆林6县列入国家生态功能区名录[N];西部时报;2011年
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4 王民;基于GIS的流域地貌多重分形特征与侵蚀产沙关系研究[D];西安理工大学;2009年
5 花利忠;基于AnnAGNPS模型的流域侵蚀产沙评价[D];中国科学院研究生院(成都山地灾害与环境研究所);2007年
6 管新建;不同土质坡面水蚀过程模拟试验及建模研究[D];西安理工大学;2009年
7 崔灵周;流域降雨侵蚀产沙与地貌形态特征耦合关系研究[D];西北农林科技大学;2002年
8 付兴涛;坡面径流侵蚀产沙及动力学过程的坡长效应研究[D];浙江大学;2012年
9 耿晓东;主要水蚀区坡面土壤侵蚀过程与机理对比研究[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2010年
10 王士永;北京怀柔东台沟小流域坡面径流与产沙特征研究[D];北京林业大学;2011年
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1 叶俊道;黄土丘陵沟壑区小流域土地利用与侵蚀产沙关系研究[D];内蒙古农业大学;2011年
2 王贞;神东煤田不同下垫面侵蚀产沙规律及水动力参数特征[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2011年
3 姜超;三峡库区王家桥流域降雨与侵蚀产沙关系研究[D];华中师范大学;2013年
4 刘纪根;坡耕地施加PAM降雨入渗产流及侵蚀产沙规律试验研究[D];西北农林科技大学;2002年
5 薛凯;利用坝地沉积旋廻研究黄土高原小流域泥沙来源演变规律[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2011年
6 秦岭;黄土高原小流域土壤侵蚀模型的适用性研究[D];河南大学;2013年
7 杨永强;无定河流域土地利用/森林植被格局演变对侵蚀产沙的影响研究[D];北京林业大学;2007年
8 段庆彬;黄土高原森林植被对径流与侵蚀产沙的影响研究[D];北京林业大学;2009年
9 赵光耀;黄河中游粗泥沙集中来源区治理方向研究[D];河海大学;2006年
10 李立青;~7Be和~(137)Cs复合示踪坡耕地土壤侵蚀产沙的空间分布特征[D];西北农林科技大学;2003年
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