坡面水土流失是坡面侵蝕的必然結(jié)果,而無論是在流域自然階地形成的非連續(xù)性坡面或者開挖過程中形成的連續(xù)坡面,一定強(qiáng)度的降雨過程中,坡面土壤本身不同水流入滲率及土粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)特性會使坡面表現(xiàn)出不同徑流變化規(guī)律及產(chǎn)流產(chǎn)沙相應(yīng)機(jī)制,并造成土壤顆粒、泥沙沉淀搬運及攜帶氮磷養(yǎng)分輸出相互制約影響的過程,而坡面截排水溝的布置形成的水系結(jié)構(gòu)結(jié)合池、凼配套的蓄水體系,對于實現(xiàn)坡面侵蝕減少、水土流失控制及季節(jié)性農(nóng)業(yè)用水調(diào)節(jié)效果已經(jīng)有較成熟的示范驗證,但在暴雨情況下坡面水系排水沉沙效果不佳仍然是坡面截排水布置的設(shè)計難題,本研究在認(rèn)識自然水文系統(tǒng)的水流流動方式的基礎(chǔ)上,為改善坡面水系分段攔蓄徑流泥沙的調(diào)控效益,設(shè)計以改變坡面水流出流過程而布置的土槽模型坡面,以無截排水布置坡面(CK)為對照,借助人工模擬降雨試驗,對比探究坡面集中匯流(T1)和分散分流(T2)兩種不同的控制排水措施下的坡面產(chǎn)沙產(chǎn)流過程的影響機(jī)制和作用效果,發(fā)現(xiàn)截排溝的布置會通過分段截留、階段性排水時間差改變坡面單位徑流量過程變化,且在徑流率變化過程中坡面不同粒級顆粒選擇性搬運以保持坡面土壤微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)實現(xiàn)坡面截流及攔沙效益,并最后表現(xiàn)在徑流泥沙氮磷輸出濃度減小及全量養(yǎng)分和有效性養(yǎng)分隨徑流泥沙流失特征的控污效果。同時通過交互性試驗研究發(fā)現(xiàn),匯流與分流不同的控制截排水效果隨坡度的變化也表現(xiàn)出相異的變化規(guī)律,并在不同用地類型坡面存在不同對比關(guān)系,主要研究結(jié)果如下：(1)在坡耕地土壤坡面,T1、T2均能顯著減緩徑流變化率,相較CK消弱徑流率在短時間內(nèi)急劇增加,延緩增加歷時至21min,降低徑流增長速度31.16%～60.03%,增加徑流率隨徑流歷時變化的對數(shù)擬合系數(shù)(R20.85)實現(xiàn)徑流過程的穩(wěn)定分配,同時通過減小泥沙富集率變化范圍顯著消弱徑流挾沙能力,減低土壤流失微團(tuán)聚體變化的臨界粒級(5um),具體表現(xiàn)為T1較T2不僅更能顯著的減小微團(tuán)聚體變化的臨界粒級,泥沙富集率變化范圍顯著減小為0.576～1.563,保持大粒級微團(tuán)聚體,這有利于全量養(yǎng)分流失量受坡度因子影響程度減小,但徑流中養(yǎng)分如全氮及有效氮的平均輸出濃度均表現(xiàn)為T1T2,說明T1有利于減小泥沙中各形態(tài)氮磷流失富集比,而T2有利于消弱徑流各形態(tài)氮磷輸出濃度隨徑流歷時的變化波動程度及減小坡面徑流養(yǎng)分的平均流失量。(2)由于土壤結(jié)構(gòu)的改變和土壤抗蝕能力的提高,土粒在徑流發(fā)生更多的沉積,荒草地產(chǎn)沙產(chǎn)流動態(tài)過程表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律,在5°～10°坡面,T2在減弱因大粒級相對增加“粗骨�！爆F(xiàn)象時,又不造成小粒級微團(tuán)聚體的大量減少,T1、T2在于減小1000-50um粒級土粒的崩解遷移(11.31%,21.78%),且T2相較CK減小徑流率51.72%、58.95%,減流效果較T1明顯,當(dāng)坡度增加到15°坡面呈現(xiàn)相反規(guī)律,由此可以表明,在荒草地坡面截排水方式對減流減沙機(jī)制的影響并不存在對應(yīng)關(guān)系,其中T1有利于減小排水因子與坡度因子的交互效應(yīng)對徑流產(chǎn)生的影響,T2更有利于消減坡度與排水因子對產(chǎn)沙過程的影響,從而使T1坡面徑流全量養(yǎng)分在隨徑流流失量相對較小,而有效性氮和有效磷的徑流與泥沙中的平均流失總量在分流(T2)措施下較CK減小程度更大。(3)在有林地土壤坡面,T1、T2對土壤徑流分配調(diào)節(jié)效果在5～10°的緩坡較明顯,徑流率與降雨歷時擬合程度較高,而兩種控制排水方式消減徑流含沙率峰值的效果并不明顯且兩者之間不存在顯著差異,在林地土粒本身較重條件下容易出現(xiàn)中小粒級微團(tuán)聚體不同位置的差異性沉降,T1、T2排水因子使得坡面產(chǎn)流過程與產(chǎn)沙過程均會出現(xiàn)明顯的一致性,但T1由于能保持土壤復(fù)粒及單粒的階段的沉積和補充,有利于調(diào)節(jié)有效養(yǎng)分輸出濃度變化。故為實現(xiàn)不同立地類型坡面水沙的穩(wěn)定調(diào)控,要依據(jù)坡度和土地利用類型,合理選擇不同截排水溝控制排水布置方式。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S157
【部分圖文】：

３．３３．３．１?±糟設(shè)計與試驗準(zhǔn)備??為了實現(xiàn)坡面不同水流出流方式的室內(nèi)模擬，Ｗ透明有機(jī)玻璃設(shè)計??２ｍｘｌｍｘ〇．４ｍ同樣大小的可升降式止槽，Ｗ?ＰＶＣ板分別按照坡面集中出流＂Ｖ＂型??（Ｔ１）及分散出流的＂倒Ｖ＂型（Ｔ２）兩種徑流引導(dǎo)方式分別在兩種±槽布置設(shè)計??排水管線，并Ｗ無措施±槽（ＣＫ）為作為對照，坡面模擬引排水溝斷面尺寸按照??坡地降雨排水溝水力參數(shù)設(shè)計，水平溝間距根據(jù)等比例尺度設(shè)為６０ｃｍ，矩形斷面??寬深比根據(jù)試驗止壤容重設(shè)為１：１．５，參照陳渠昌１１１１坡地水平溝設(shè)計比尺（公式１）??確定斷面尺寸，保持整個坡面控制溝道徑流泥沙輸送能力一致，單位±槽模型見??圖１。??Ｈ?＝戶。（化／?ｍ?－?／公）?（１）??１０００?ＢＩ?ｍ??式中；Ｐｍ一最大一次降雨量，ｍｍ；?炭定穩(wěn)定入滲率，ｍｎｖｈ－１；?Ｓ一７＿Ｋ平溝間??距，ｍ；??Ｂ—水平溝寬度，ｍ；?Ｉｍ——降雨強(qiáng)度，ｍｍ．ｈ－ｉ；?Ｋ—常數(shù)，�。保埃�。??

?０?１０?２０?３０?４０?日?０?６０??圖４－ｌａ．５°坡耕地坡面在不同截排水?圖４－化１０。坡耕地坡面在不同截排水??方式下的產(chǎn)流率動態(tài)變化?方式下的產(chǎn)流率動態(tài)變化??Ｆｉｇ．４－ｌａ．?Ｔｈｅ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｒｕｎｏｆｆ?Ｆｉｇ．４－ｌｂ．?Ｔｈｅ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｒｕｎｏｆｆ??ｒａ化?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓｌｏｐｅ?ｏｆ?５°?ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ?ｌａｎｄ?ｒａｔｅ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓｌｏｐｅ?ｏｆ?１０。ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ?ｌａｎｄ??ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｗｉ化化ｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒａｉｎ過ｇｅ?ｐａＵｅｍｓ??１３??

?〇?１〇?２０?３０?４０?５０?６０??圖４－２ａ．不同截排水方式下５°坡耕地坡面?圖４－化．不同截排水方式下１０°坡耕地坡面??的含沙量含動態(tài)變化?的含沙量動態(tài)蠻化??Ｆｉｇ．?４－２ａ．Ｔｈｅ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｓｅｄｉｍｅｎｔ?Ｆｉｇ．?４－２ｂＴｈｅ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｓｅｄｉｍｅｎｔ??ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓｌｏｐｅ?ｏｆ?５°ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓｌｏｐｅ?ｏｆ?１０°ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ??ｌａｎｄ?ｗｉ化化ｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｌａｎｄ?ｗｋｈ?化ｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｐａｔｔｅｒｎｓ??對比不同截排水方式對坡面的水沙過程的影響可ｗ發(fā)現(xiàn)，坡面不同截排水方??式均能有效降低徑流含沙量，在攔截徑流減緩徑流速度時，有效坡長減少，一方??面使大顆粒無法達(dá)到搬運速度，同時較小粒徑的王壤顆粒在排水溝前回水帶大量??沉積，且其減沙效益隨著坡度的增大越來越明顯。在含沙量達(dá)峰值后，在匯流與??１５??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2866004