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细沟水蚀动力过程试验研究

张晴雯  
【摘要】: 过程预报模型方法是目前研究土壤侵蚀问题的最有效手段之一,可为水土保持实践提供科 学依据,细沟侵蚀物理机理研究是过程预报模型的重要内容。 现有的土壤侵蚀过程预报模型虽然在概念上是以物理过程为基础的,但其数学表达式并非 完全基于物理过程。水流输沙能力(T_c)尚不能经直接的实验测定与检验。要实现土壤侵蚀预报 真正以物理过程为基础,模型中所涉及的参数应具有明确的物理意义,并力求给出力学表达式或 由实验直接测量。 细沟中径流的产沙动态过程、水流对泥沙的剥离作用、水流的输沙能力是细沟土壤侵蚀的 核心。根据细沟径流中的泥沙含量随水流路程增加并最终趋于稳定值—水流输沙能力这一事实, 提出了一种室内水槽实验方法,即通过测量逐步增长的不同沟长中泥沙含量随沟长的变化,建立 细沟中土壤侵蚀的动态过程关系,并用以确定侵蚀细沟水流输沙能力和水流对土壤剥蚀的定量关 系。 采用黄土高原黄绵土,在实验室内用水槽进行了5(5°10°15°20°25°、3 种流量(2L/min,4L/min,8L/min)下不同沟长(0.5,1,2,3,4,5,6,7,8m)时的 细沟土壤侵蚀产沙的摹拟侵蚀试验。在给定的稳定水流条件下,测定(一系列)不同长度细沟中 水流的产沙量,得到产沙量与细沟长度的对应关系。据此建立了侵蚀产沙量与沟长的函数关系: 分析了产沙量随沟长、坡度和流量的变化趋势。 提出了由试验所得的泥沙含量与沟长关系数据来估计水流输沙能力的方法,并给出了相应的 计算公式,得到了水流的输沙能力。而在某种沟坡条件下,细沟长度即使达到试验水槽长度时, 水流中的泥沙含量仍未达到稳定。此时,可由试验测得的泥沙含量与细沟长度的对应关系,用一 个恰当的数学表达式进行拟合。可用拟合得到的函数(在一定误差限下,如5%或10%)的极限 值作为水流输沙能力的估计值。并且得出,输沙能力随坡度的变化较大,影响输沙能力的临界坡 度在20°至25°之间;输沙能力随流量的变化则较小。 提出了一种利用上述试验数据计算含沙水剥蚀率的方法。通过分析剥蚀率与含沙量以及沟长 的关系,得出剥蚀率与水流中的含沙量以及沟长有良好的相关关系,剥蚀率随载沙量的增加呈线 性递减,随沟长的增加呈指数递减。 实验简化在土壤侵蚀模拟与试验中很重要。本次试验由于提出了一种新的试验方法,为了确 保试验的精确和可信程度,试验次数达405次之多。尚需野外试验对所采用的方法进行检验。


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