水力侵蝕是土壤侵蝕中危害非常嚴(yán)重的一種侵蝕方式,坡面流是水力侵蝕的主要?jiǎng)恿?lái)源,研究坡面水流水動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)而揭示土壤侵蝕動(dòng)力的來(lái)源與機(jī)制,對(duì)研究土壤侵蝕動(dòng)力有非常重要的作用。本研究運(yùn)用室內(nèi)放水沖刷法,研究不同寬度條件下坡面流水動(dòng)力學(xué)特性及不同寬度條件對(duì)崩崗?fù)馏w水流分離能力的影響,試驗(yàn)設(shè)計(jì)兩個(gè)不同床面(光滑與粗糙床面),三個(gè)坡面長(zhǎng)度(3,6,9 m),三個(gè)沖刷槽寬度(用槽寬表示)(10,20,30 cm)和五個(gè)單寬流量(用q表示)(0.02,0.04,0.06,0.08,0.1 m~2/min)。結(jié)果表明:(1)在光滑床面上,伴隨q的遞增,流速、坡面水流深度、雷諾數(shù)(用Re表示)、侵蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)均表現(xiàn)為增大趨勢(shì);阻力系數(shù)、曼寧粗糙系數(shù)呈縮小趨勢(shì);弗勞德數(shù)(用Fr表示)在各個(gè)坡面上情況不同。在q為0.02 m~2/min,流速、Fr、阻力系數(shù)、曼寧粗糙系數(shù)、單位水流功率、斷面單位能量、水流剪切力與水流功率受到槽寬的影響較明顯;當(dāng)q為0.04,0.08 m~2/min,坡面流水深、Re受到槽寬的影響極為明顯。在其他流量下槽寬對(duì)水動(dòng)力參數(shù)的影響不明顯。q與阻力系數(shù)、曼寧粗糙系數(shù)表現(xiàn)為極顯著負(fù)相關(guān)(P0.01),與其他水力學(xué)參數(shù)及各侵蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)(P0.01)。坡面長(zhǎng)度與水流深度、Re、水流剪切力、水流功率表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)(P0.01),與曼寧粗糙系數(shù)表現(xiàn)為顯著正相關(guān)(P0.01)。槽寬與水深、阻力系數(shù)、曼寧粗糙系數(shù)、水流剪切力、水流功率表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)(P0.01),與Re表現(xiàn)為顯著正相關(guān)(P0.05)。(2)在粗糙床面上,伴隨q的持續(xù)增加,坡面水流深度、流速、Re、侵蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)均表現(xiàn)為增大趨勢(shì);阻力系數(shù)表現(xiàn)為逐漸縮小趨勢(shì);Fr、曼寧系數(shù)隨流量的變化和其他水動(dòng)力學(xué)參數(shù)不同。在q為0.02 m~2/min,流速、水深、Fr、阻力系數(shù)、曼寧粗糙系數(shù)、單位水流功率和斷面單位能量受到槽寬的影響較明顯;當(dāng)q為0.04m~2/min,單位水流功率和斷面單位能量受到槽寬的影響較明顯;在q為0.08 m~2/min,水深、Re受到槽寬的影響較明顯;其他流量下水動(dòng)力參數(shù)受到槽寬的影響不明顯。q和阻力系數(shù)、曼寧粗糙系數(shù)表現(xiàn)為極顯著負(fù)相關(guān)(P0.01),和其他水動(dòng)力學(xué)參數(shù)、侵蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)表現(xiàn)為極顯著正相關(guān),坡面長(zhǎng)度和曼寧粗糙系數(shù)、阻力系數(shù)表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)(P0.05)。槽寬和阻力系數(shù)表現(xiàn)為極顯著正相關(guān),和水深、水流剪切力表現(xiàn)為顯著正相關(guān)。(3)光滑床面下(Cr=0)水流分離能力遠(yuǎn)大于粗糙床面下水流分離能力(Cr=3.51),光滑床面上的侵蝕泥沙量變化程度較粗糙床面變化劇烈。不同粗糙床面下槽寬對(duì)水流分離能力的影響較光滑床面下影響更為明顯;不同床面下各單寬流量條件的水流分離能力均具有顯著性差異,不同床面上各槽寬下水流分離能力均不具有顯著性差異。下墊面性質(zhì)顯著影響坡面流水流分離能力。
【學(xué)位單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S157.1
【部分圖文】：

不同寬度條件下坡面流水動(dòng)力學(xué)特性研究第二章 材料與方法2.1 試驗(yàn)裝置本試驗(yàn)于 2018 年 8 月-12 月在福建省金山水土保持科教園徑流小區(qū)進(jìn)行。設(shè)計(jì)兩個(gè)不同床面（光滑與粗糙床面），三個(gè)坡面長(zhǎng)度（3，6，9 m），三個(gè)沖刷槽寬度（10，20，30 cm）和五個(gè)單寬流量（0.02，0.04，0.06，0.08，0.1m2/min），水槽深度為 0.05 m。試驗(yàn)用沖刷槽上方分別設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)寬度溢流槽，保證試驗(yàn)用水均勻平穩(wěn)從水箱中流出。本試驗(yàn)中采用蠕動(dòng)泵進(jìn)行流量控制，蠕動(dòng)泵產(chǎn)自河北保定蘭格恒流泵有限公司，型號(hào)為 WT600-4F-C，其可調(diào)整誤差在20 mL/min。實(shí)驗(yàn)裝置圖見(jiàn)圖 2-1、2-2。

圖 2-2 不同寬度沖刷槽2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)過(guò)程1）不同寬度條件下坡面流水動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與過(guò)程水流流動(dòng)受水槽邊界的影響，具體包括過(guò)水?dāng)嗝娴男螤�、面積、濕周及半徑等。通過(guò)蠕動(dòng)泵控制流量，進(jìn)行室內(nèi)人工放水沖刷試驗(yàn)，沖刷槽試驗(yàn)坡度為 15°。該試驗(yàn)中設(shè)計(jì)兩種不同粗糙程度的床面，分別為塑料膜（光床面以及塑料格網(wǎng)粗糙床面（Cr=3.51），粗糙床面粗糙度運(yùn)用鏈條法原理。兩種不同粗糙程度的床面形成的過(guò)程為：首先將塑料膜按照所需長(zhǎng)度與裁剪好，使用雙面膠并結(jié)合 520 膠水將塑料膜均勻粘貼在水槽上，形成光面。之后將塑料格網(wǎng)通過(guò)膠水和鳳尾夾均勻固定在光滑床面上，形成粗糙。試驗(yàn)設(shè)定三個(gè)坡面長(zhǎng)度（3，6，9 m），三個(gè)沖刷槽寬度（10，20，30 c五個(gè)單寬流量為（0.02，0.04，0.06，0.08，0.1 m2/min）。該部分試驗(yàn)均設(shè)重復(fù)，共計(jì)進(jìn)行試驗(yàn) 270 場(chǎng)。試驗(yàn)開(kāi)始前，使用蠕動(dòng)泵對(duì)試驗(yàn)流量進(jìn)行校正，用溫度計(jì)對(duì)水溫進(jìn)行測(cè)

圖 2-3 兩種不同粗糙程度床面（2）不同寬度條件下崩崗?fù)馏w坡面流水流分離能力的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與過(guò)程試驗(yàn)前將采集土壤進(jìn)行自然風(fēng)干后過(guò) 5 mm 篩，去除土壤中所含雜物。之后將其含水率控制為 18%，密封 48 h 等待其水分分布均勻，將處理好的土樣按照設(shè)定容重（1.40 g/cm3）分層均勻填入底部有若干小孔（直徑為 10 cm）的圓形土樣盒中，之后將土樣吸水 24 h 后待用。試驗(yàn)開(kāi)始前，將飽和土樣靜置 1 h去除重力水，將土樣盒放入土樣室，保持土樣表面與水槽底部保持相同高度。試驗(yàn)坡度為 15°，坡面長(zhǎng)度為 3 m，設(shè)定三個(gè)水槽寬度（10，20，30 cm）。結(jié)合沖刷槽寬度設(shè)定五個(gè)單寬流量（0.02，0.04，0.06，0.08，0.1 m2/min）。該部分試驗(yàn)均設(shè)置 3 個(gè)重復(fù)，共計(jì)進(jìn)行試驗(yàn) 45 場(chǎng)。

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本文編號(hào)：2812116