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《西北农林科技大学》 2001年
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黄土区坡面径流侵蚀动力过程试验研究

丁文峰  
【摘要】:本研究利用坡面放水冲刷试验和稀土元素示踪技术,针对黄土高原区坡面水蚀过程的核心问题,着重对坡面水流的流态及其动力、阻力变化规律;坡面径流能耗与水土界面土壤剥蚀率的关系,坡面沟蚀发生临界水动力条件及土壤抗冲性参数等问题展开研究,得出如下主要结果: 1. 在试验的坡度和流量范围内,径流雷诺数的变化范围基本上属于层流到紊流的过渡流范围,在流量较大时其流态也进入紊流状态。细沟流阻力系数的大小与水流雷诺数有关,但其变化趋势受到坡度的影响。在坡度较缓时,阻力系数随雷诺数的增大而减小;在坡度较大时,阻力系数随雷诺数的增大而增大。径流流速随冲刷时间的延长和坡面冲刷形态的变化呈现出先减小后稍增大的趋势。 2. 径流冲刷条件下,坡面侵蚀产沙过程可分为三个明显的阶段,即面蚀向沟蚀转化阶段、细沟侵蚀剧烈阶段、细沟侵蚀衰退阶段。研究表明,在不同的试验流量和坡度下,坡面径流冲刷过程中各时段的产沙量所占总产沙量的比例都有随时间的延长先增大而后减小的趋势;在相同的试验流量下,随坡度的增大不同时段的产沙比例中的最大值有提前的趋势。坡面径流侵蚀过程中的细沟形成阶段(即试验开始后的3-7和7-11分钟)是侵蚀产沙的主要阶段,该阶段的径流侵蚀产沙量要占总侵蚀产沙量的52%-75%。 3. 径流冲刷条件下,坡面侵蚀产沙的空间变化规律为在坡度较小的情况下(6°和9°)不受产流过程及时间变化的制约,坡面各不同坡段的相对侵蚀量随坡长的变化趋势基本相似,即基本上在坡面中部的坡段侵蚀强度为最小,坡面最上端和最下端坡段的相对侵蚀量较大并呈现出有规律的变化趋势,坡面最下端段面的相对侵蚀量随放水流量的增大而依次减小,坡面最上端段面的相对侵蚀量随放水流量的增大而依次增大。在坡度较大而流量较小的情况下(坡度为12°,流量为2.5l/min和3.5l/min),坡面各坡段的相对侵蚀量随坡长的变化趋势与坡度较小的情况相似,当流量较大时,坡面相对侵蚀量随坡长的增大而减小。坡面侵蚀产沙随时间的变化规律为:离坡面出口最近的坡面最下端坡段的相对侵蚀量总是随着冲刷历时的延长而呈现出下降趋势,而其余各坡段的相对侵蚀量是缓慢波动式上升。坡面最下端段面的相对侵蚀量在相同坡度、不同流量情况下在冲刷初期所占总侵蚀量的比例随着放水流量的增大而呈现出下降的趋势。 4. 通过特定的试验研究发现,坡面径流是以滚波流的形式运动的,而并非是均匀流形式运动。研究表明,放水流量大小对坡面滚波数和坡面沿程滚波叠加有较大的影响作用,即放水流量越大,坡面滚波数以及滚波在流经坡面相同距离时所减少的个数就越多(滚波发生叠加);而坡度大小对坡面滚波流上述特征的影响不明显,并用滚波叠加解释了坡面沟蚀的形成机制。 WP=45. 在对坡面滚波流研究的基础上提出了以径流能耗作为坡面细沟侵蚀发生的新的临界参数,并用放水冲刷试验法得出试验条件下的细沟侵蚀发生临界能耗为7.3(J)。并由此提出了新的土壤抗冲性指标,结果表明用径流能耗来标定土壤的抗冲性较为合理。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:S157

【引证文献】
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5 记者 周文廷 通讯员 马健军;我市防洪工程建设取得成效[N];巴彦淖尔日报(汉);2007年
6 本报特约通讯员 邱云 肖嗣逢;山清水秀绿万安[N];人民长江报;2011年
7 崔小明;聚磷腈要抓紧开发利用[N];中国化工报;2002年
8 刘塑功;通用塑料在工程领域用量逐年增加[N];中国化工报;2003年
9 赵家银 王婵媛;高原上的绿色明珠[N];中国水利报;2003年
10 实习生 薛祖玲;沙棘治沙又治穷[N];科技日报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孟令钦;东北黑土区沟蚀机理及防治模式的研究[D];中国农业科学院;2009年
2 刘道平;黄浦江上游水源林水文生态功能研究[D];南京林业大学;2006年
3 张宽地;坡面径流水动力学特性及挟沙机理研究[D];西北农林科技大学;2011年
4 伏耀龙;岷江上游干旱河谷区土壤质量评价及侵蚀特征研究[D];西北农林科技大学;2012年
5 谌芸;植物篱对紫色土水土特性的效应及作用机理[D];西南大学;2012年
6 何福红;基于“3S”技术的沟蚀研究方法构建与应用[D];中国农业科学院;2006年
7 王晓东;高速公路沿线土壤侵蚀规律及其防治措施研究[D];北京林业大学;2007年
8 张振国;土壤抗侵蚀指标的建立及初步应用[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
9 时连强;黄河三角洲飞雁滩沉积特性与沉积物抗冲性研究[D];华东师范大学;2006年
10 贾艳红;流域泥沙概算方法及应用[D];清华大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 丁文峰;黄土区坡面径流侵蚀动力过程试验研究[D];西北农林科技大学;2001年
2 李海燕;阜新孙家湾矸石山水土流失和沟蚀演变研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 陈吉强;黄土坡面沟蚀发育过程的模拟试验研究[D];西北农林科技大学;2010年
4 杨玉梅;不同土地利用方式下土壤抗蚀与抗冲性研究[D];四川农业大学;2010年
5 卜楠;陕北黄土区生物土壤结皮水土保持功能研究[D];北京林业大学;2009年
6 李琳琳;基于GIS的典型黑土区沟蚀动态及其影响因子分析[D];吉林大学;2010年
7 余叔同;黄土丘陵区坡沟系统沟蚀发育过程模拟与可视化[D];西北农林科技大学;2010年
8 陈三雄;浙江安吉主要植被类型土壤水土保持功能研究[D];南京林业大学;2006年
9 张晓勉;浙江省生态公益林主要林分类型土壤可蚀性研究[D];南京林业大学;2008年
10 李青;PVC耐候透明性抗冲改性剂MBS的合成和性能表征[D];山东理工大学;2009年
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