本文關(guān)鍵詞：黃土工程堆積體坡面細溝發(fā)育過程與侵蝕產(chǎn)沙

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【摘要】：近20年來,我國大力推進交通、水利等基礎(chǔ)設(shè)施項目建設(shè),由此引起大量棄土棄渣堆置形成數(shù)量巨大的工程堆積體,成為新增水土流失的重要組成部分。由于建設(shè)項目施工工藝和運行方式多樣,致使工程堆積體下墊面條件復(fù)雜,表面土壤結(jié)構(gòu)缺失、土質(zhì)松散、植物根系缺乏,土壤抗沖性極差,極易產(chǎn)生水土流失。為揭示工程堆積體坡面細溝形態(tài)指標動態(tài)變化規(guī)律以及細溝形態(tài)指標與侵蝕產(chǎn)沙量之間的關(guān)系,本文運用標準試驗小區(qū)進行徑流沖刷試驗,探討其在2個坡長、3個坡度、4個放水流量條件下堆積體坡面細溝侵蝕過程。得到以下主要研究結(jié)論:(1)工程堆積體坡面細溝產(chǎn)流率隨時間的持續(xù)呈現(xiàn)波動變化趨勢,產(chǎn)沙率隨產(chǎn)流時間的延續(xù)呈“多峰多谷”的變化趨勢,坡面產(chǎn)沙率的變化過程主要受坡面細溝溝壁坍塌的影響,隨著坡長的增大,產(chǎn)沙率的波動頻率變小,振幅變大。累積產(chǎn)流量與沖刷時間呈線性關(guān)系,累積產(chǎn)沙量隨沖刷時間呈二次函數(shù)關(guān)系,累積產(chǎn)沙量存在最大值,隨著坡長的增加,累積產(chǎn)沙量增大。(2)工程堆積體坡面細溝徑流含沙量隨著產(chǎn)流時間的延續(xù)逐漸減小,坡度和流量對含沙量的影響不顯著,含沙量隨坡長的增大而增大。流量、坡度和坡長均對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程產(chǎn)生重要的影響,流量對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響作用大于坡度和坡長,流量對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙表現(xiàn)為正效應(yīng),坡度和坡長對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙表現(xiàn)為負效應(yīng)。(3)細溝溝寬和溝深均隨沖刷歷時的延續(xù)總體上呈增大趨勢,溝寬和溝深在前9 min內(nèi)快速發(fā)育,后36 min內(nèi)平穩(wěn)發(fā)育,溝寬和溝深與放水時間之間存在良好的對數(shù)函數(shù)關(guān)系,溝寬和溝深的發(fā)育過程主要受放水流量的影響,均隨放水流量的增大而增大,但隨坡度和坡長的增大細溝發(fā)育卻減弱。(4)細溝寬深比在0~27 min內(nèi)為變化劇烈階段,細溝下切侵蝕速率減弱,在27 min之后為保持穩(wěn)定階段。在10m坡長條件下,細溝寬深比最終穩(wěn)定在0.81~1.48,在15m坡長條件下,細溝寬深比最終穩(wěn)定在0.88~2.05,細溝的斷面形態(tài)最終大致呈現(xiàn)為“矩形”形狀。隨著坡長的增大,細溝的寬深比增大;細溝斷面積隨沖刷歷時的延續(xù)呈現(xiàn)持續(xù)增大趨勢,與放水時間之間存在良好的線性函數(shù)關(guān)系。(5)在10m坡長條件下,坡面細溝發(fā)育速度較慢,坡長為15m的坡面,細溝的發(fā)育在15min內(nèi)就達到穩(wěn)定形態(tài)。雷諾數(shù)在侵蝕過程中逐漸由小變大,雷諾數(shù)的變化受徑流量的影響比較大。在產(chǎn)流0~15 min之間坡面流呈現(xiàn)急流狀態(tài),產(chǎn)流15~45min之間坡面流呈現(xiàn)緩流狀態(tài)。在10m坡長條件下,阻力系數(shù)總體介于0.01~0.69之間,在15m坡長條件下,阻力系數(shù)總體介于0.01~1.08之間。流速、雷諾數(shù)、佛汝德數(shù)和阻力系數(shù)與放水時間之間均存在良好的冪函數(shù)關(guān)系。水流剪切應(yīng)力和徑流功率隨產(chǎn)流時間的變化分為兩個變化階段,在產(chǎn)流開始20min之間,水流剪切應(yīng)力隨產(chǎn)流時間增加,產(chǎn)流20min以后,水流剪切應(yīng)力隨產(chǎn)流時間的延續(xù)呈現(xiàn)波動變化趨勢。(6)細溝的形態(tài)指標-溝寬和溝深與產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率、累積產(chǎn)流量和累積產(chǎn)沙量之間存在良好的函數(shù)關(guān)系,徑流含沙量顯著影響坡面產(chǎn)沙量,隨著含沙量的增大,坡面侵蝕產(chǎn)沙量也相應(yīng)增大。(7)工程堆積體坡面細溝侵蝕產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率與水動力學參數(shù)流速、雷諾數(shù)和阻力系數(shù)之間存在良好的函數(shù)關(guān)系,工程堆積坡面細溝侵蝕的土壤可蝕性參數(shù)為1.6×10-3 s/m,侵蝕性細溝開始剝離土壤顆粒產(chǎn)生侵蝕的臨界水流剪切力為0.38 Pa。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S157.1
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本文編號：1250006