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黄土坡面土壤侵蚀能量描述

尹武君  
【摘要】:坡面是构成山地丘陵和破碎黄土高原最重要的景观单元。当降雨强度大于土壤的入渗能力时,多余的降雨就会转变成地表径流,径流冲刷地表是坡面土壤侵蚀的主要途径之一。开展水沙二相流能量的研究,对于探索和揭示区域内坡耕地土壤侵蚀规律、防止土壤侵蚀引起的土壤退化,进行水土保持和指导实践工作具有重要的实际意义。本文利用可变坡度土槽模拟黄土坡面,采用人工放水和人工降雨的方法,研究了不同土壤特性对雨滴能量传递的影响和不同坡度及地表糙度条件下径流能传递规律等问题。结合试验观测,得出了以下结论: 1、土壤结构对溅蚀量具有显著影响。例如雨滴直径为3.65mm时,疏松干土(密度为1.07g/cm~3)在300滴雨滴下溅蚀量达1.93g,而当土壤密实度为1.31g/cm~3时,溅蚀量仅为1.19g。因此,可以认为溅蚀主要发生在地表密实度较小的情况下,此时土壤颗粒疏松,雨滴在撞击地表时只需消耗很少的能量来消除土壤颗粒间的作用力。 2、地表水层对雨滴溅蚀有削弱作用。与饱和土(水层厚度为0mm)相比较,雨滴能量一定时,土壤溅蚀量随着水层厚度的增加逐渐减少。通过对比分析,2mm水层下土壤溅蚀量仅为饱和土的22.45%;4mm水层下土壤溅蚀量仅为饱和土的19.42%;6mm水层下土壤溅蚀量仅为饱和土的16.97%;8mm水层下土壤溅蚀量仅为饱和土的12.31%。地表出现水层后,雨滴溅蚀作用随着水层厚度的增加,在逐渐递减,当水层厚度h大于雨滴直径d一定量时,雨滴动能完全消耗于对水层的扰动,雨滴溅蚀量递减为零。 3、地表糙度n、放水流量Q和地表坡度p发生变化,坡面薄层水流的流速v和水深h也会发生相应变化,同时会引起水流流型、流态和阻力系数的变化。 4、不同坡度的径流势能Ej和径流动能Ed表现出相似的变化规律。径流势能随着断面远离坡顶的位置呈现逐渐下降的趋势,而径流动能则表现出较为复杂的变化规律,先是随着坡位降低而降低,然后再逐渐增大。 5、降雨扰动会增加径流消耗于侵蚀产沙的能量。分析对比有无降雨扰动径流泥沙含量,降雨扰动后不同时段径流泥沙含量增加量的变化趋势不同。前10min,降雨扰动的作用表现得十分明显,径流泥沙含量较无降雨扰动径流泥沙含量平均增加384.06%;10min~15min阶段,降雨扰动作用减弱,径流泥沙含量较无降雨扰动径流泥沙含量平均增加24.04%。


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