黄土坡面土壤侵蚀—搬运过程试验研究

本论文针对当前坡面侵蚀—搬运过程研究的薄弱环节以及坡面土壤侵蚀研究的热点,采用模拟降雨、模拟汇流汇沙和径流冲刷等研究方法,研究了不同侵蚀条件下的坡面土壤侵蚀—搬运过程。在坡长、汇水流量及其含沙浓度对坡面侵蚀—搬运过程的影响以及降雨和径流对坡面侵蚀产沙的作用分析等方面取得了新的研究进展,加深了对土壤侵蚀过程及机理的认识,也为侵蚀预报模型的建立提供了重要理论基础。主要研究结论如下: 1.初步阐明了黄土坡面坡长对侵蚀—搬运过程的影响。在坡度为15°和降雨强度为50和75mm/h及8m坡长内,坡面径流量随坡长增加的幅度基本相同。在100mm/h降雨强度下,当坡长小于5m时,坡面径流量随坡长的增加幅度较小;而当坡长大于5m时,坡面径流量随坡长增加的速率明显增大。在8m坡长内,坡面侵蚀产沙量随坡长的变化呈现波状起伏的交替变化。随坡长的增加,坡面侵蚀现象呈现以侵蚀—搬运过程为主与以侵蚀—沉积过程为主的交替现象。 2.研究了上方汇流对坡面侵蚀—搬运过程的影响。在坡度为15°和降雨强度为50、75和100mm/h时,坡面接受上方汇流后,坡面总侵蚀产沙量皆大于没有上方汇流时的坡面侵蚀产沙量,即产生了净侵蚀量。坡面侵蚀产沙量并不是简单地与坡面上方汇流强度成正相关。在小汇水流量下,汇水流量对坡面侵蚀产沙的影响较小;当上方汇水流量增加到约为1.6 L/min后,坡面侵蚀产沙量随汇水流量的增加明显增大,且增加幅度随汇水流量的增加而增大;但当汇水流量增加到约为3.2 L/min后,坡面侵蚀产沙量随汇水流量增加的幅度明显减小。接受上方汇流后,坡面侵蚀现象以侵蚀—搬运过程占主导地位。 3.探究了汇流含沙浓度对坡面侵蚀—搬运过程的影响。在坡度为15°和降雨强度为50mm/h及汇水流量为1.2和4.0 L/min时,当坡面接受上方汇流后,坡面净侵蚀量都随汇流含沙浓度的增大而减小,而泥沙沉积量随汇流含沙浓度的增加而增加;在降雨强度为75mm/h及汇水流量为5.4 L/min时,当汇流含沙浓度小于26.03g/L,净侵蚀量随汇流含沙浓度的增大而增大,但当汇流含沙浓度超过26.03g/L时,净侵蚀量随汇流含沙浓度的增大而减小,当汇流含沙浓度超过79.16g/L后,坡面出现沉积现象,且沉积量随汇流含沙浓度的增加而增加;在降雨强度为100 mm/h及汇水流量为3.2 L/min时,净侵蚀量随汇流含沙浓度的增大而减小的趋势;在降雨强度为100 mm/h及汇水流量为5.6 L/min时,净侵蚀量随着汇流含沙浓度的增加也呈现先增加后减小。在不同含沙浓度的汇流影响下,坡面侵蚀现象或呈现以侵蚀—搬运过程为主或以侵蚀—沉积过程为主,取决于坡面汇流含沙浓度。 4.分析了降雨侵蚀与径流侵蚀对坡面侵蚀产沙的贡献。降雨不仅增加了坡面径流量,而且也显著增加坡面侵蚀量。在坡度为15°和降雨强度为50、75和100 mm/h时,降雨引起的侵蚀量分别占总侵蚀量的68%-96%、50%-84%和34%-94%。在小供水流量下,降雨对坡面侵蚀产沙量的贡献明显大于较大供水流量时。当径流量相同时,降雨+供水试验下的坡面侵蚀产沙量明显大于供水试验下的坡面侵蚀产沙量,反映了雨滴打击作用对坡面侵蚀产沙的影响。雨滴打击作用对坡面侵蚀产沙的贡献随着供水流量的增加而减小。在降雨强度为50、75和100 mm/h时,雨滴打击作用对坡面侵蚀产沙量的贡献分别为21%-83%、20%-90%和23%-93%。