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天然降雨条件下棕壤土坡面侵蚀产沙时空演变过程研究

尚佰晓  
【摘要】: 坡面土壤侵蚀演变过程及机理历来是土壤侵蚀研究的重点,直接影响到土壤侵蚀预报模型的建立。在野外条件下,研究天然连续降雨条件下的坡面侵蚀演变过程更具有切合实际坡面侵蚀的意义。本研究在天然降雨条件下,利用5°、10°和15°三个不同坡度的径流小区结合多种稀土元素分层分段布设,观测产流、产沙过程,研究了连续天然降雨条件下坡面侵蚀泥沙来源和侵蚀方式的演变过程;研究坡面土壤剥蚀率和水流含沙量随时间的变化过程;根据试验取得的暴雨侵蚀数据,研究了暴雨过程坡面侵蚀形态和细沟侵蚀的时空演变特征;采用滤纸色斑法对天然降雨雨滴进行采集,分析了天降雨雨滴的特征。主要取得了如下结论: (1)天然降雨雨滴特征 低强度降雨主要由小雨滴组成,高强度降雨主要由大雨滴组成,在侵蚀性降雨产流产沙过程中,雨滴的中数直径(D_(50))通常大于3mm;雨滴的分布遵守Best模型F=1-exp[-(d/6.18i~(0.29))~n],n=3.055i~(-0.092);雨滴中数直径与雨强之间呈幂函数的关系(D_(50)=6.11i~(0.31));降雨动能与降雨强度之间也呈幂函数的关系(e=50.73i~(0.23))。 (2)不同雨型坡面产流产沙的变化特征 短历时阵雨产流过程中,坡面在降雨开始产流快,产流率在短历时的滞缓之后,随即达到最大值;随后产流率逐渐降低,直到坡面停止产流。坡面产沙同样受降雨强度的影响,其变化规律同坡面产流的规律类似。中、小雨雨型产流率和产沙率相对较小;在次暴雨过程中,坡面产流与降雨强度关系密切,产流率随着雨强的增减而表现出相同的变化趋势,雨强和产流率、产沙率三者的高峰值在时间上一致。 (3)坡度对细沟发育的影响 坡度对细沟发育的影响较大,随着坡度的增加,坡面细沟发育的越早、越快。到8月8日降雨结束,5°坡面下部侵蚀深为5-15cm,细沟正处于发育的初始阶段;10°和15°坡面下部侵蚀深为10-15cm,细沟分别处于发育阶段和稳定阶段。 (4)暴雨过程坡面侵蚀产沙的变化特征 在暴雨产流产沙过程中,坡面侵蚀率相对较大,随着暴雨峰值的出现,各示踪区的侵蚀率也相继出现了高的峰值;各示踪区的侵蚀贡献率在暴雨过程变化相对平稳;在细沟充分发育的15°坡面上A段、B段、C段和D段的相对侵蚀量分别为:82.5%、6.9%、3.3%和7.3%,各段侵蚀量之比为:1:0.08:0.04:0.09。 (5)不同坡段土壤剥蚀率和水流含沙量的非线性变化特征 降雨产流过程中,各坡段的泥沙含量从坡顶到坡脚依次增高,坡面各段土壤剥蚀率的峰值同次降雨过程瞬时雨强的峰值基本相对应;各坡段土壤剥蚀率和水流含沙量之间在次降雨过程中呈显著的幂函数关系(D_r=aS_w~b);在全年连续降雨过程中土壤剥蚀率和水流含沙量呈幂函数关系(D_r=aS_w~b)。


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