上方来水来沙对坡面侵蚀过程影响的试验研究

【摘要】： 黄土丘陵沟壑区梁峁坡面从分水岭到沟缘线土壤侵蚀明显表现为溅蚀片蚀带， 细沟侵蚀带，浅沟侵蚀带。定量分析上方来水来沙对坡下方侵蚀、沉积和搬运过程 的影响及其机制，将为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论基础。本论文利用 供沙土槽和试验土槽双土槽系统径流小区，定量分析了坡面上方来水来沙对片蚀— 细沟侵蚀带侵蚀—沉积—搬运过程的影响及其细沟侵蚀过程与细沟水流水力学参数 的关系，取得一定的进展，深化了坡面土壤侵蚀规律的研究。主要结论如下： 1．使用供沙土槽和试验土槽双土槽径流小区进行试验，能较好控制上方有、无 来水来沙以及上方来水含沙量和径流强度，解决了以往试验方法上的难题。 2．上方来水来沙对坡下方侵蚀-沉积-搬运过程产生重要影响。对于疏松土处理 在50、90和130mm/h三种降雨强度下，上方来沙不但被坡面径流全部搬运，且上 方来水在坡下方引起了另外的侵蚀产沙量，坡面侵蚀过程以侵蚀-搬运过程为主。对 于紧实土处理在50mm/h降雨强度下，坡下方有沉积现象发生，坡下方侵蚀、沉积 和搬运同时发生，坡面侵蚀过程以侵蚀—沉积—搬运过程为主；在90和130mm/h 二种降雨强度下，侵蚀过程以侵蚀—搬运过程为主。 3．定量表述了上方来水来沙对坡下方侵蚀产沙的影响。对于疏松土和紧实土处 理，上方来水引起坡下方的净侵蚀产沙量S分别占总侵蚀产沙量S_(ft)的72.4％-92.7％ 和45.5％-83.7％。因此，控制坡面径流使其就地入渗，是防止坡面土壤侵蚀的关键 所在。 4．上方来水引起的净侵蚀产沙量S随降雨强度和上方来水量的增加而增加，而 随上方来水含沙量的减少而增加，同时也受下垫面细沟发育过程和土壤容重共同作 用的影响。土壤容重影响坡面侵蚀发生和发展，而坡面侵蚀产沙过程与细沟发育过 程相对应。 5．对于细沟土槽，坡面侵蚀过程以侵蚀—搬运过程占主导地位。在上方来水量 相同时，上方来水引起坡下方的净细沟侵蚀产沙量S随上方来水含沙量的减少而增 加。同时，上方来水引起坡下方的净侵蚀产沙量S随降雨强度的增加而增加，且与 上方来水径流量呈正相关。 6．上方来水来沙汇入细沟试验土槽后；有上方来水同无上方来水相比，侵蚀泥 沙颗粒组成中＜0.001mm的粘粒含量增加，而0.05～0.001mm的粉砂粒呈减小的趋 势。随着降雨强度和上方来水径流量的增加，泥沙中粘粒所占的比例增大。侵蚀泥 沙中＜0.001mm的粘粒含量随细沟水流流速和细沟侵蚀产沙量的增加而呈增大趋 势。 7．坡上方来水来沙对细沟水流水力学特征，如细沟水流流速、雷诺数和阻力系 数等产生重要影响。上方来水和降雨强度的增大可使细沟水流流态由层流转化为紊 动流。上方含沙水流汇入细沟土槽引起的净侵蚀产沙量与细沟水流流速和雷诺数相 对增量呈正相关，而与阻力系数相对减量呈负相关。建立了净侵蚀产沙量与细沟水 流流速和雷诺数增量及阻力系数减量的数学统计模型。