本文選題：細(xì)溝流　切入點(diǎn)：水動(dòng)力學(xué)特性　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：黃土高原水土流失問題是整個(gè)中國乃至世界水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū),流失面積占整體75%以上。其中細(xì)溝侵蝕是黃土坡面上最主要侵蝕方式之一,占水土流失面積一半以上。水動(dòng)力學(xué)條件和床面土壤條件是細(xì)溝侵蝕的兩個(gè)主要因素,而細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙和縱橫斷面形態(tài)發(fā)育過程與徑流水動(dòng)力學(xué)參數(shù)相輔相成。系統(tǒng)分析細(xì)溝水動(dòng)力學(xué)特性及徑流產(chǎn)沙量和斷面形態(tài)發(fā)育影響因素對深入研究細(xì)溝侵蝕機(jī)理有一定價(jià)值。本文通過室內(nèi)沖刷試驗(yàn),基于黃河中游多沙粗沙區(qū)的陜西省神木縣沙黃土以及關(guān)中平原區(qū)楊凌當(dāng)?shù)豖土兩種土壤,分別研究了沙黃土(坡度:3°、9°、15°;流量:2.4、3.6、4.8、6.0、7.2L/min)和X土(坡度:2°、4°、6°、8°、10°、12°;流量:8、16、24、32、40L/min)在流量和坡度完全組合試驗(yàn)條件下,徑流水動(dòng)力學(xué)特征、徑流產(chǎn)沙機(jī)理以及溝道縱橫斷面幾何形態(tài)發(fā)育。主要得出以下結(jié)論:(1)細(xì)溝平均流速、水深均與流量和坡度呈冪函數(shù)關(guān)系,相較于坡度,流速和水深與流量的關(guān)系更為顯著,分析是因?yàn)榕c床面阻力構(gòu)成有關(guān)。弗勞德數(shù)大致在0.96~1.30之間,床面形態(tài)屬于動(dòng)平床過渡區(qū),通過對比分析發(fā)現(xiàn),床面能態(tài)與土壤粘粒含量和中值粒徑有關(guān)。雷諾數(shù)變化范圍為:307~1465,可知細(xì)溝水流流態(tài)處在過渡區(qū)范疇。水流阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的相關(guān)性并不顯著,這與明渠水流中紊流粗糙區(qū)的阻力特征比較類似。(2)橫斷面方向上,橫斷面寬深比隨坡度的增大而減小,說明下切和溯源侵蝕是細(xì)溝發(fā)育過程中主要的侵蝕方式,而溝壁坍塌侵蝕作用比較微弱。且與最佳斷面所對應(yīng)的寬深比相差較遠(yuǎn),即床面還未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。橫斷面形態(tài)指標(biāo)隨沖刷歷時(shí)和坡度的增加而增大,并逐漸趨近于梯形水力最佳斷面對應(yīng)的橫斷面形態(tài)指標(biāo)。隨距頂距離的增加,橫斷面指標(biāo)逐漸減小,隨著流程長度的增加,細(xì)溝斷面形態(tài)由寬深狀逐漸變窄,同時(shí)細(xì)溝侵蝕深度也減小�？v橫面形態(tài)系數(shù)范圍為:0.60δ11.26。縱橫面形態(tài)系數(shù)與坡度呈正相關(guān),與流量相關(guān)性不大。糙率系數(shù)和消能率均與縱橫面形態(tài)系數(shù)呈冪函數(shù)增加。(3)隨著距頂距離增大,斷面均速呈波動(dòng)性增加。斷面均速與流量和斷面呈0.001水平的極顯著性相關(guān),而和坡度關(guān)系不大。含沙量與流量、坡度的關(guān)系可用冪函數(shù)描述,且均呈極顯著性相關(guān)。徑流切應(yīng)力和有效水流功率與侵蝕產(chǎn)沙量的關(guān)系分別為線性和冪函數(shù)形式,其中有效水流功率能更好的描述細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙。水流挾沙飽和系數(shù)隨坡度和流量的增大而增大,由于試驗(yàn)土壤粘性較大,坡度對土壤輸移的貢獻(xiàn)不及土壤顆粒粘聚力的作用,挾沙飽和系數(shù)隨坡度的增加其增加趨勢減緩。
[Abstract]:The problem of soil and water loss in the Loess Plateau is the most serious in China and the world, and the area of soil erosion is more than 75%. The rill erosion is one of the most important erosion methods on the loess slope. The hydrodynamic condition and the bed soil condition are the two main factors of rill erosion. The development process of sediment yield and cross section and runoff hydrodynamic parameters are complementary to each other. A systematic analysis of the hydrodynamic characteristics of rill gullies and the influence factors of sediment yield and section shape development on the study of rill erosion. The mechanism has certain value. Based on the sandy loess in Shenmu County, Shaanxi Province, in the middle reaches of the Yellow River, and Yang Ling local X soil in Guanzhong Plain, The runoff hydrodynamics characteristics of sandy loess (slope: 3 擄/ 9 擄/ 15 擄; flow: 2. 4 / 3. 64.86.0 / 7.2L / min) and X soil (0: 2 擄/ 4 擄/ 6 擄/ 8 擄/ 8 擄/ 10 擄/ 12 擄) were studied respectively under the conditions of combined flow and slope tests. The main conclusions are as follows: (1) the average velocity and depth of the rill have a power function relationship with the flow rate and the gradient. Compared with the slope, the relationship between the velocity and depth of water and the flow rate is more significant. The Froude number is approximately between 0.96 and 1.30, and the bed shape belongs to the transitional zone of moving flat bed. The energy state of the bed surface is related to the clay content and the median particle size of the soil. The Reynolds number varies in the range of 1: 307 ~ 1465, which shows that the flow pattern of the rill is in the transition zone, and the correlation between the flow resistance coefficient and the Reynolds number is not significant. This is similar to the resistance characteristics of turbulent rough area in open channel flow. In the cross section direction, the ratio of width to depth of cross section decreases with the increase of slope, which indicates that undercutting and traceability erosion are the main erosion modes during the development of rill trenches. The ratio of width to depth corresponding to the optimum section is far different, that is, the bed surface has not reached a stable state. The cross section shape index increases with the increase of scour duration and slope. With the increase of the distance from the top to the top, the cross section index gradually decreased, and with the increase of the flow length, the shape of the rill section gradually became narrower from the wide to the deep shape, and the cross section shape of the trapezoidal hydraulic optimum section gradually decreased with the increase of the distance from the top to the top. At the same time, the depth of rill erosion also decreased. The shape coefficient of vertical and horizontal plane was in the range of: 0.60 未 11.26. The shape coefficient of vertical and horizontal plane was positively correlated with the slope. The roughness coefficient and energy dissipation coefficient were increased by power function with the shape coefficient of vertical and transverse plane. (3) with the increase of the distance from the top to the top, the average velocity of the section increased and the average velocity of the section increased, and the average velocity of the section was significantly correlated with the flow rate and the cross section at the level of 0.001. The relationship between sediment content and discharge and slope can be described by power function, and the relationship between runoff shear stress and effective flow power and erosion sediment yield is linear and power function, respectively. The effective flow power can better describe the sediment yield of rill erosion. The saturated coefficient of sediment transport increases with the increase of slope and flow rate, and the contribution of slope to soil transport is not as good as that of soil particle cohesion due to the large viscosity of experimental soil. The increasing trend of sediment saturation coefficient decreases with the increase of slope.
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S157.1

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本文編號(hào)：1629684