本文關(guān)鍵詞：花崗巖崩崗集水坡面土壤水分狀況研究

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【摘要】：崩崗是發(fā)生在我國南方花崗巖紅壤上的一種侵蝕災(zāi)害,嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。當(dāng)前較多從巖土性質(zhì)等方面研究崩崗侵蝕的成因,而對崩崗侵蝕發(fā)生的水力機(jī)理研究較少,主要集中于崩壁或崩積體地表徑流的發(fā)生及水分入滲對崩崗?fù)馏w抗剪強(qiáng)度的影響,而缺少對崩壁上游的集水坡面上土壤水分的時(shí)空特征關(guān)注。研究崩崗集水坡面水分的時(shí)空變異規(guī)律及其與崩崗侵蝕之間的可能關(guān)系,有可能從一個(gè)側(cè)面揭示崩崗發(fā)生機(jī)理。本研究選取湖北省咸寧市通城縣大坪鄉(xiāng)坪山村具有代表性的崩崗集水坡面作為研究區(qū)域,采取野外實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法,在不同時(shí)期(降雨期和無雨期)、不同前期含水量、不同降雨因子(降雨量和降雨強(qiáng)度)條件下,研究坡面土壤水分的運(yùn)移和分布特征,探討與該坡面崩崗發(fā)生的可能關(guān)系。試驗(yàn)在2015年6月~2016年2月進(jìn)行,崩崗坡高13 m、長25 m,為一扇形集水坡面,在該集水坡面的順坡從上到下依次設(shè)置了3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(1、2、3號(hào)位點(diǎn))和4個(gè)深度(20、40、60、80 cm),埋設(shè)土壤水分探頭(ITEM 6470-6,SMEC300)和數(shù)據(jù)采集器(Watchdog2004),高頻監(jiān)測含水量(5分鐘一個(gè)讀數(shù)),得到以下研究結(jié)果:1)集水坡面土壤較為粘重,通氣孔隙少,土壤導(dǎo)水透水能力差,持水性能較強(qiáng),田間持水量值在0.38~0.49 cm3·cm-3之間,整個(gè)觀測期間坡面土壤含水量都較高。在坡面尺度上,不同測點(diǎn)間土壤含水量和持水能力的分布規(guī)律為1號(hào)2號(hào)3號(hào)位點(diǎn),土壤含水量形成了坡面“上高下低”的分布模式;同時(shí)上坡位點(diǎn)含水量變異小,而臨近崩壁的下坡位點(diǎn)變異大。在剖面尺度上,1號(hào)剖面在60 cm土層含水量最高,20 cm土層較低,形成了“上低下高”的形式;2號(hào)剖面則形成了中間土層含水量低而上下兩層高的“啞鈴形”分布形式;3號(hào)剖面從上向下含水量分布是波動(dòng)狀,形成了“夾心狀”的分布形式。2)坡面土壤水分的入滲和再分布受降雨影響。各種降雨下,坡面土壤含水量變化幅度均表現(xiàn)出2號(hào)3號(hào)1號(hào)位點(diǎn)。降雨總量對表層20 cm影響較大,影響土體儲(chǔ)水量增量和坡面?zhèn)认蛄餮a(bǔ)給狀況。降雨量越大,坡面土壤接受的側(cè)向流補(bǔ)給時(shí)間越長,補(bǔ)給量越大,降雨總量增加51 mm,坡面土壤水分的補(bǔ)給量最多可增加84.5mm,而小雨量下基本無側(cè)向流補(bǔ)給。3)降雨強(qiáng)度越大,土壤剖面濕潤鋒運(yùn)移速度越快,土層的平均滲透速率也較大。比較大雨強(qiáng)4 mm·h-1(峰值型降雨)和小雨強(qiáng)1.55 mm·h-1(均勻型降雨)發(fā)現(xiàn),當(dāng)降雨強(qiáng)度增加2.6倍,濕潤鋒到達(dá)20 cm土層所用時(shí)間會(huì)增快156倍,大雨強(qiáng)下土壤水分的滲透速率是小雨強(qiáng)下的133倍。雨強(qiáng)較小時(shí),3個(gè)位點(diǎn)處降雨總量累積分別達(dá)到8.4 mm、4.4 mm、18.7 mm時(shí),才會(huì)觸動(dòng)濕潤鋒運(yùn)移。4)土壤前期含水量低,坡面各測點(diǎn)處水分入滲快,但剖面水分達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間長。土壤前期含水量增高0.061 cm3·cm-3,濕潤鋒到達(dá)20 cm土層所用時(shí)間延長19倍,而含水量到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間會(huì)減少1/3。土壤前期含水量較低時(shí),降雨會(huì)引起坡面土壤含水量的二次波動(dòng),即在含水量達(dá)到穩(wěn)定后一段時(shí)間,當(dāng)降雨繼續(xù)時(shí),土壤水分會(huì)再次發(fā)生改變。前期土壤較為濕潤時(shí),3個(gè)位點(diǎn)剖面下層含水量到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間均早于其上方土層。5)崩崗集水坡面土壤含水量上升速率快而消退速度慢,導(dǎo)致處于高含水量狀態(tài)的時(shí)間長。坡面土壤含水量的消退速率從大到小的順序?yàn)?號(hào)3號(hào)1號(hào)位點(diǎn)。降雨總量在20 mm以上時(shí),剖面水分消退量遠(yuǎn)小于其降雨過程中的增長量。夏季土壤含水量的消退速率可達(dá)到冬季的3.58倍。在前期土壤濕潤時(shí),坡面土壤水分的消退速率為波動(dòng)式消退。土層間水分的消退速率變化較大,同一土層在干前期和濕前期情況下,消退較快的土壤的消退速率為較慢的10倍和17倍。這也驗(yàn)證了土壤初始含水量值越大,土壤能夠越早的達(dá)到穩(wěn)定。崩崗集水坡面土壤含水量高,順坡向下逐漸降低,“頭重腳輕”的分布模式是崩壁的基本土壤水力狀態(tài)。而降雨、土壤前期含水量對崩崗集水坡面水分的運(yùn)移以及再分布狀況也有較大的影響,特別當(dāng)前期含水量低,降雨強(qiáng)度大,或者累積降雨量較大時(shí),會(huì)加劇坡面水分的不均勻分布,從而可能導(dǎo)致由土壤水分狀況控制的崩壁土體的抗剪強(qiáng)度和剪切力發(fā)生改變,從而啟動(dòng)崩壁侵蝕。
【關(guān)鍵詞】：崩崗 降水 土壤水分 運(yùn)移 再分布
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S152.7;S157
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 1 前言11-21
• 1.1 崩崗研究的意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展12-17
• 1.2.1 崩崗及其危害12-13
• 1.2.2 崩崗形成機(jī)理研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3 崩崗集水坡面土壤水分與崩崗侵蝕發(fā)生的關(guān)系17-19
• 1.4 崩崗侵蝕研究存在的問題19-20
• 1.5 研究目的和內(nèi)容20-21
• 1.5.1 研究目的20
• 1.5.2 研究內(nèi)容20-21
• 2 材料與方法21-27
• 2.1 研究區(qū)概況21-22
• 2.2 崩崗與土壤性質(zhì)22-23
• 2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)23-24
• 2.4 觀測項(xiàng)目及方法24-26
• 2.4.1 土壤基本理化性質(zhì)的測定25
• 2.4.2 土壤水分特征曲線的測定25
• 2.4.3 土壤含水量的測定25-26
• 2.5 數(shù)據(jù)處理方法26-27
• 3 結(jié)果與分析27-63
• 3.1 崩崗坡面土壤水力性質(zhì)27-32
• 3.1.1 氣象條件27-28
• 3.1.2 花崗巖崩崗集水坡面土壤粒徑組成與質(zhì)地28-29
• 3.1.3 崩崗集水坡面不同位點(diǎn)及不同層次土壤水分特征曲線29-31
• 3.1.4 崩崗集水坡面不同位點(diǎn)及不同層次土壤孔性31-32
• 3.2 崩崗坡面土壤含水量時(shí)空分布特征32-44
• 3.2.1 土壤含水量分布的總體統(tǒng)計(jì)特征32-34
• 3.2.2 土壤含水量的相對概率分布34-38
• 3.2.3 降雨期土壤水分狀況38-41
• 3.2.4 無雨期土壤水分狀況41-44
• 3.3 降雨對崩崗坡面土壤水分入滲和分布的影響44-57
• 3.3.1 降雨過程中土壤水分動(dòng)態(tài)44-51
• 3.3.2 降雨強(qiáng)度對土壤水分入滲與分布的影響51-52
• 3.3.3 24 h降水量對坡面土壤水分入滲和分布的影響52-54
• 3.3.4 前期含水量對土壤水分分布的影響54-57
• 3.4 崩崗坡面土壤水分消退特征57-63
• 4 討論63-70
• 4.1 花崗巖崩崗區(qū)土壤性質(zhì)對集水坡面水分狀況的影響63-65
• 4.2 降雨特性對崩崗集水坡面水分狀況的影響65-68
• 4.3 花崗巖集水坡面水分狀況與崩崗侵蝕發(fā)育的關(guān)系68-70
• 5.結(jié)論與展望70-74
• 5.1 結(jié)論70-73
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)73
• 5.3 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1031079