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喀斯特裸坡土壤侵蚀模拟研究

刘正堂  
【摘要】:土壤关系着人类的生存与发展,而喀斯特地区生态系统敏感度高,灾变承受能力低,环境容量小,是典型的生态脆弱区,也是土壤侵蚀最严重的地区之一。中国喀斯特广泛发育,按碳酸盐岩的分布面积计(含埋藏型岩溶),可达346.3万km2,按含碳酸盐岩地层出露的面积计,为206万km2,而按碳酸盐岩出露面积计,也有90.7万km2,所以对喀斯特地区水土流失的研究刻不容缓。本文通过人工模拟降雨试验,研究不同孔(裂)隙度、基岩裸露率和雨强对地表、地下产流产沙的影响,以及产流产沙随降雨历时的变化规律,有助于为未来喀斯特地区水土流失的研究、水土流失的评价与估量、治理措施、以及石漠化的治理措施提供理论依据。得出了以下结论: 1各因子对坡面产流的影响 (1)地表、地下累积产流量都是随降雨强度增大而增大,地表径流变幅较大,在146.5-685L范围波动,而地下产流量变幅较地表的小,变化幅度在119.5-327.3L范围波动。随降雨历时,雨强为30mm/h时,地表径流量变化幅度为2L,地下产流量变化幅度为2.5L;雨强为50mm/h时,地表径流量变化幅度为6L,地下产流量变化幅度为5.5L;雨强为150mm/h时,地表径流量变化幅度为13L,地下产流量变化幅度为6L,雨强越大,地表、地下产流量变化幅度越大;地表、地下产流量都是随降雨历时呈波动性变化。 (2)在较小雨强(雨强为30、50mm/h)和较大基岩裸露率(基岩裸露率为50%)时,入渗率较大,降雨全部入渗,地表没有产生径流;在相同的基岩裸露率时,地表、地下产流量随雨强增大而增大;在相同雨强时,地表、地下产流量都是随基岩裸露率增大呈波动性变化,而不是呈正相关或负相关关系。 (3)在最大雨强(150mm/h)和最小地下孔裂隙度(1%)时,地表产生的径流量最大,为758.8L;在最小雨强(30mmm/h)和最大的地下孔裂隙度(5%)时,地表产生的径流量最小,为98L;在最小雨强(30mm/h)和最小的地下孔裂隙度(1%)时,地下产生的径流量最小,为68.1L;在最大雨强(150mm/h)和最大的地下孔裂隙度(5%)时,地卜严生的径流量最大,为345.2L;在地下孔裂隙度不变情况下,地表、地下产流量随雨强增大而增大,在雨强不变条件下,地表产流量随地下孔裂隙度增大而减小,而地下产流量则相反。 (4)地表、地下产流量随降雨历时变化不大,都是在10L范围内波动;降雨强度不变条件下,地表产流量是在143.5L-629.5L范围内波动,而地下产流量是在95L-367L范围内波动,所以地表产流量较地下的大;地表、地下产流量都是随降雨历时呈波动性的变化;雨强为150mm/h时地表产流量变幅最大,斜率K=84.658;雨强为30mm/h时地下产流量变幅最小,斜率K=8.9083。 2各因子对地表土壤流失的影响 (1)在较小雨强(30mm/h)时,地表没有产生推移质流失,只产生悬移质流失,由此可知地表产生推移质流失具有临界雨强;随雨强增大,地表产生的推移质和悬移质流失都增大,地表产生的悬移质流失变化较大,且土壤主要是通过悬移质流失的,通过悬移质流失的土壤占土壤地表总流失的2/3;在降雨强度不变时,地表产生的推移质和悬移质流失都是随降雨历时呈波动性变化,且在相同雨强时,随降雨历时地表产生的推移质流失变化幅度比产生的悬移质流失变化幅度的大。 (2)在较小雨强(30mmm/h)时,地表都没有产生推移质流失;在基岩裸露率为50%时,雨强为30mm/h和50mm/h时地表没有产生推移质和悬移质流失;在岩石裸露相同时,地表产生的推移质和悬移质流失都是随雨强增大而增大;在相同雨强时,地表产生的土壤流失都是随基岩裸露率的增大而呈波动性变化;土壤主要是通过悬移质流失的。 (3)在雨强较小(30mm/h)和地下孔裂隙度较大(3%、4%和5%)时,地表没有产生推移质流失,只产生悬移质流失;在相同地下孔裂隙度时,地表产生的土壤流失随雨强增大而增大,在相同的雨强时,地表产生的土壤流失随地下孔裂隙度增大而减小;土壤主要以悬移质的方式流失,在雨强为150mm/h时,最高流失量可达199.94g/min。 (4)在较小雨强(30mm/h)时,地表没有产生推移质流失,只产生悬移质流失;地表土壤流失随降雨历时呈波动性变化;随雨强增大,地表土壤流失变化幅度增大,在30mm/h时,地表悬移质流失变化幅度为4.1345,在雨强为150mm/h时,地表悬移质流失的变化幅度为102.499;雨强为150mm/h时地表累积悬移质变幅最大,斜率K=190.3,雨强为30mm/h时地表悬移质变幅最小,斜率K=0.0817,在雨强为30mm/h时没有产生推移质,所以累积推移质与降雨历时的关系是一条平行线:y=0。 3各因子对地下土壤流失的影响 (1)地下土壤流失都是通过悬移流失的,没有通过推移流失的,所以地下土壤流失只产生悬移质,没有产生推移质。随雨强增大,土壤流失越大,在雨强为30-50mm/h时,土壤流失变化较小,在雨强为50~80mm/h时变化较大,而在雨强为120~150mm/h时变化又变小。 (2)在基岩裸露率不变时,土壤流失量随雨强增大而增大;在雨强不变时,地下土壤流失规律和地表土壤流失规律相似,都是随基岩裸露率增大而呈波动性变化。 (3)地下孔裂隙度不变时,土壤流失量随雨强增大而增大;雨强不变时,土壤流失量随地下孔裂隙度增大而增大;在雨强由50mm/h增大到80mm/h时,土壤流失量的变化幅度最大。 (4)雨强越大,地下土壤流失量越大;土壤流失量随降雨历时呈波动性变化,雨强越大,土壤流失量变幅越大。雨强为150mm/h时地表悬移质变幅最大,斜率K=23.443;雨强为30mm/h时地下悬移质变幅最小,斜率K=6.0077。 各因子和土壤侵蚀的相关程度为:雨强降雨历时地下孔(裂)隙度基岩裸露率。


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