發(fā)布時間：2020-04-01 17:53

【摘要】：我國黃土高原地區(qū)坡陡溝深,地形復(fù)雜,近年來由于人為活動增加了很多25°的急陡邊坡,成為了土壤侵蝕的潛在新源地,可能造成嚴(yán)重的土壤侵蝕。為探明降雨條件下急陡黃土坡面土壤侵蝕特征與機理,為我國黃土區(qū)土壤侵蝕預(yù)報和防治提供科學(xué)依據(jù),同時豐富坡面土壤侵蝕理論。本文采用室內(nèi)模擬降雨的方法,研究了6個坡度(25°、30°、35°、40°、45°和50°)和3個雨強(1.0 mm min~(-1)、1.5 mm min~(-1)和2.0 mm min~(-1))組合條件下急陡黃土坡面產(chǎn)流、產(chǎn)沙、水力學(xué)參數(shù)、侵蝕泥沙粒徑組成等特征。主要研究結(jié)果如下:(1)急陡黃土坡面侵蝕產(chǎn)沙過程:產(chǎn)流開始后的前幾分鐘,產(chǎn)流速率迅速增加之后變化較為平穩(wěn),降雨強度對產(chǎn)流速率起主導(dǎo)作用,產(chǎn)流速率隨著降雨強度的增大而增加,而且降雨強度越大增幅越大,總徑流量隨著降雨強度的增加而增加。每場降雨的產(chǎn)沙速率總體表現(xiàn)為同坡度下隨雨強的增加而增大,同一雨強不同坡度條件下的產(chǎn)沙速率變化差異較大,坡度對產(chǎn)沙速率變化趨勢的影響存在閾值效應(yīng),雨強對產(chǎn)沙速率的變化起主導(dǎo)作用;當(dāng)坡度相同時,總侵蝕量隨著降雨強度的增加呈指數(shù)型增加趨勢,當(dāng)降雨強度為1.0 mm min~(-1)和1.5 mm min~(-1)時,總侵蝕量隨著坡度的增加呈先增加后減小的趨勢,坡度為40~45°時存在峰值;當(dāng)降雨強度為2.0 mm min~(-1)時,坡度對總侵蝕量的影響較為復(fù)雜。(2)急陡黃土坡面水力學(xué)參數(shù)變化特征:坡度相同時,流速隨雨強的增加而增大;雨強相同時,坡度對薄層水流流速的影響存在臨界效應(yīng)(40°~45°),小于臨界坡度,流速隨坡度的增加而增大,大于臨界坡度,流速隨坡度增加而減小;各坡度條件下,坡面薄層水流的平均徑流水深隨降雨強度增加呈平穩(wěn)增長趨勢;相同雨強時,徑流深隨坡度的增大有減小趨勢;黃土急陡坡坡面雷諾數(shù)(Re)整體較小(遠(yuǎn)小于580),試驗條件下坡面薄層徑流屬于層流且水流處于層流中的失穩(wěn)區(qū);弗勞德數(shù)(Fr)大于0.8,薄層水流屬于急流;阻力系數(shù)(f)隨著降雨強度增加而增大,隨著坡度的增加而減小;方差分析結(jié)果顯示,雨強、坡度及二者交互作用對急陡坡坡面薄層水流水力學(xué)參數(shù)均有顯著影響(p0.01),但流速、弗勞德數(shù)和阻力系數(shù)的變化主要受坡度控制,而徑流深和雷諾數(shù)的變化主要受雨強控制。(3)急陡黃土坡面產(chǎn)沙速率與各水動力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系:當(dāng)坡度相同時,徑流剪切力、徑流功率和過水?dāng)嗝鎲挝荒芏紩S著降雨強度的增加而增加,其中規(guī)律性最好的是徑流功率,在同一降雨強度下,徑流剪切力、徑流功率和過水?dāng)嗝鎲挝荒茈S坡度的增加呈波動增加的趨勢;急陡黃土坡面產(chǎn)沙速率與徑流剪切力、徑流功率與過水?dāng)嗝鎲挝荒芫蕛绾瘮?shù)關(guān)系,就擬合優(yōu)度而言,R~2(ω)R~2(τ)R~2(E),因此本試驗條件下徑流功率是描述急陡黃土坡面徑流侵蝕的最優(yōu)水力學(xué)參數(shù)。(4)急陡黃土坡面侵蝕泥沙顆粒特征:總體而言各場次降雨侵蝕泥沙顆粒中黏粒含量最少,細(xì)粉粒含量次之,粗粉粒和砂粒含量較多,坡度對各粒級泥沙的影響較為復(fù)雜,規(guī)律不明顯,各粒級泥沙含量主要受降雨強度的控制,當(dāng)坡度較小(≤35°)時,黏粒含量和細(xì)粉粒含量隨著降雨強度的增大而增大,而粗粉粒含量和砂粒含量隨著降雨強度的增大而減小;當(dāng)坡度較大(35°)時,黏粒含量和細(xì)粉粒含量隨著降雨強度的增大呈波動增加的趨勢,而粗粉粒含量和砂粒含量隨著降雨強度的增大呈波動減小的趨勢;從整體趨勢來看,每場試驗過程中黏粒含量隨產(chǎn)流歷時的變化明顯呈現(xiàn)兩個階段,第一個階段是黏粒含量迅速增加階段,第二個階段是黏粒含量穩(wěn)定或波動穩(wěn)定階段;整體而言降雨過程中優(yōu)先搬運粒徑較小的泥沙顆粒,黏粒和細(xì)粉粒多發(fā)生富集,粗粉粒和砂粒在侵蝕過程中沒有發(fā)生明顯的變化,與原始土壤組成相一致。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S157.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2610773