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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

陈晓安  
【摘要】: 黄土丘陵沟壑区具有极高的侵蚀强度,由于该区土壤松散,降雨多为短历时暴雨,导致其侵蚀主要集中在几次暴雨期,并且细沟侵蚀量对坡面侵蚀量的贡献极大。有关该区的坡面侵蚀规律,坡面侵蚀模型,吸引了很多学者的研究。论文以位于黄土丘陵沟壑区的子洲径流实验站水文实验资料和离石试验站的观测资料为基础,以岔巴沟流域的团山沟为研究区,首先分析降雨与土壤侵蚀的关系,特别是降雨侵蚀力指标;然后分析地貌、植被、土壤含水量对土壤侵蚀的影响;其后分析细沟侵蚀的判断及细沟对土壤侵蚀的影响;最后建立次降雨混合坡面侵蚀模型、侵蚀性降雨坡面模型、次降雨细沟侵蚀模型。主要研究结论如下: (1)不同坡度不同坡长下线性函数和幂函数对It或EIt与土壤侵蚀模数拟合效果之间没有显著性差异,线性函数和幂函数都可以作为It或EIt与土壤侵蚀模数的拟合函数,表明在侵蚀模型中的It或Elt既可以采用幂函数形式,又可采用线性函数形式;仅从因子与土壤侵蚀模数相关性数值的大小还不能选取降雨侵蚀力指标,必须进行相关性数值间的差异分析,通过统计分析表明,黄土高原从I10到I60各It与土壤侵蚀模数的相关性在统计学上没有显著性差异及从EI10到EI60各EIt与土壤侵蚀模数的相关性在统计学上亦没有显著性差异,从这个意义上说,从EI10到EI60各EIt都可以作为黄土高原的降雨侵蚀力指标。由于It是降雨集中程度的反映,不同雨型其降雨集中性有很大差异,那It雨型是影响各EIt与土壤侵蚀模数的相关性间差异性的主要因素,集中性很高的短历时雷暴雨A型雨中EI10到EI30与土壤侵蚀模数线性回归的相关性系数r没有显著性差异,但其与rEI40有显著性差异;集中性较差的锋面型夹雷暴雨B型雨中EI10到EI100与土壤侵蚀模数线性回归的相关性系数没有显著性差异;集中性最差的长历时锋面雨C型雨中rEI10到rEI100与土壤侵蚀模数线性回归的相关性系数也没有显著性差异。黄土高原土壤侵蚀主要集中在高强度短历时雷暴雨上,为提高产生侵蚀大的短历时雷暴雨的预测精度,选取EI1o到EI30各EIt都可作为黄土丘陵沟壑区的降雨侵蚀力指标。研究发现该区的El1o到EI30各EIt与相应的Pit线性回归拟合线在统计学检验上表现为过原点的直线,因此,其PIt可以很好的满足土壤侵蚀模型精度的需求,可以作为该区降雨侵蚀力的简易指标。 (2)坡度对土壤侵蚀影响很大,当雨强较大如I30≥0.31mm/min时,坡度与土壤侵蚀模数表现出较好的幂函数关系。 坡长对土壤侵蚀影响很大,雨强、坡长对土壤侵蚀影响存在交互作用,坡长与土壤侵蚀的关系很大程度上受雨强效应的影响。不同雨强效应下坡长与土壤侵蚀的关系不同,通过分析发现,当I30≤0.21mm/min时,即小雨强范围时,随着坡长从20m到60m的增加,土壤侵蚀模数随坡长增加而逐渐减小,此时,土壤侵蚀模数随坡长的变化趋势与径流模数随坡长的变化趋势相同;当I30>0.21mm/min时,即大雨强范围时,随着坡长从20m到60m的增加,土壤侵蚀模数先增加后趋于稳定,此时,土壤侵蚀模数随坡长的变化趋势与径流平均含沙量随坡长的变化趋势相同。坡面土壤侵蚀的临界坡长非定值,是关于I30的函数。 (3)岔巴沟流域农耕地的植被覆盖从五月到9月是先增大后减小的,7月底到8月底植被覆盖最大;植被覆盖显著的影响坡面土壤侵蚀,随着植被覆盖度的增加土壤侵蚀而减小,在黄土高原增加植被覆盖可以有效的起到减少水土流失的效果。土壤含水量对坡面土壤侵蚀有显著性的影响,从前11天到前15天的影响雨量都可以很好的反映土壤含水量。 (4)岔巴沟流域细沟侵蚀对坡面侵蚀贡献极大,细沟侵蚀的判断及细沟侵蚀下水沙规律的研究,对于细沟侵蚀模型的研究奠定基础。当I30≤0.31mm/min时,坡面土壤以溅蚀片蚀为主,土壤侵蚀存在临界坡度,临界坡度小于31。,此时,土壤侵蚀模数随坡度的变化趋势与径流模数随坡度的变化趋势相同,从9°到31°土壤侵蚀模数随坡度增加是先增加后减小。当I30>0.31mm/min时,坡面土壤以细沟侵蚀为主,土壤侵蚀在9°到31°之间不存在临界坡度,此时,从9°到31°土壤侵蚀模数随坡度增加是先急剧增加后缓慢增加。 (5)构建的次降雨坡面土壤侵蚀模型,次侵蚀性降雨坡面侵蚀模型,次降雨坡面细沟侵蚀模型,精度较高,对大侵蚀事件具有很高的预测精度。次降雨坡面土壤侵蚀模型、次侵蚀性降雨坡面侵蚀模型中灵敏度较高的因子是S、C、I10或PIlo,次降雨坡面细沟侵蚀模型中灵敏度较高的因子是S、I10或PIlo,在以细沟侵蚀为主导侵蚀中植被对侵蚀减少作用相对较小。


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