瓦背形坡面在黃土丘陵區(qū)普遍存在,該地形極易造成嚴(yán)重的水土流失,降低耕地質(zhì)量。該特殊地貌發(fā)生侵蝕過(guò)程中侵蝕物質(zhì)、能量及形態(tài)是如何演變?nèi)绾畏植嫉瓤茖W(xué)問(wèn)題還亟待深入研究。因此,本研究以黃土丘陵溝壑區(qū)的瓦背形坡面為研究對(duì)象,在人工模擬降雨和構(gòu)建實(shí)體模型的條件下采用照片三維重建技術(shù),研究了瓦背形坡面侵蝕形態(tài)的演變、侵蝕方式的比例、侵蝕貢獻(xiàn)率及時(shí)空分布;量化了坡面溝道發(fā)育過(guò)程中各侵蝕形態(tài)指標(biāo)的時(shí)空變化;探究了形態(tài)指標(biāo)與產(chǎn)流產(chǎn)沙量及流速之間的相互影響關(guān)系。主要研究結(jié)論如下:(1)將整個(gè)淺溝系統(tǒng)侵蝕過(guò)程分為兩個(gè)階段。第一階段,溝槽深度為10-30 cm,此階段實(shí)測(cè)溝槽平均深度的變化范圍為29.3-28.4 cm;第二階段,溝槽深度為30-50 cm,此階段實(shí)測(cè)溝槽平均深度的變化范圍為31.6-39 cm。將淺溝溝槽內(nèi)的侵蝕過(guò)程分為三個(gè)階段:第一階段(初期),下切侵蝕速率溝壁擴(kuò)張速率溯源侵蝕速率;第二階段(中期),溝壁擴(kuò)張速率下切侵蝕速率溯源侵蝕速率;第三階段(后期),下切侵蝕速率溯源侵蝕速率溝壁擴(kuò)張速率。(2)溝道密度和溝道割裂度均隨降雨場(chǎng)次的增加而增大。溝密度的變化范圍為0.51-1.96,溝道割裂度的變化范圍為0.08-0.27。斜坡段寬深比大于3,陡坡寬深比小于1。表明斜坡段側(cè)蝕大于下切侵蝕,陡坡段與之相反。(3)對(duì)比計(jì)算侵蝕量與實(shí)測(cè)侵蝕量,第一次計(jì)算誤差最大為22.75%,后六次誤差均小于10%,前五場(chǎng)降雨誤差為正值,后三場(chǎng)為負(fù)值。因此,照片三維重建技術(shù)可應(yīng)用于土壤侵蝕研究。(4)在8場(chǎng)降雨中,溝蝕對(duì)總侵蝕的貢獻(xiàn)率為72.87%;淺溝侵蝕對(duì)總溝蝕的貢獻(xiàn)率隨降雨場(chǎng)次的增加先減小后增加,為49.39%。溝槽侵蝕溝的平面面積對(duì)侵蝕溝總面積的貢獻(xiàn)率為44.68%。(5)侵蝕形態(tài)特征指標(biāo)與平均產(chǎn)流量可擬合為二次函數(shù),判定系數(shù)分別為0.941和0.988,溝密度和溝道割裂度可以與平均產(chǎn)沙量很好的擬合為三次函數(shù),判定系數(shù)分別為0.955和0.976。平均流速與侵蝕形態(tài)特征指標(biāo)及含沙量均為正相關(guān)關(guān)系,判定系數(shù)分別為0.707、0.731和0.71。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(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】：

土壤越來(lái)越貧瘠，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展造成了嚴(yán)重的損失，制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)趙永國(guó) 1989；唐克麗等 1987；Zheng et al. 2005；鄭粉莉和張成娥 2002；Xu et a6）。因此，對(duì)淺溝侵蝕過(guò)程的研究，有助于對(duì)坡耕地改良和治理對(duì)策的研究和制定為黃土高原水土流失的治理提供理論依據(jù)，還能夠?yàn)闇\溝侵蝕預(yù)報(bào)模型的建立和提供理論基礎(chǔ)。由于淺溝侵蝕的復(fù)雜性和重要性，因此，對(duì)于黃土丘陵溝壑區(qū)淺溝侵蝕過(guò)程的研年來(lái)都是學(xué)者和政府關(guān)注的重要科學(xué)命題，并且近年來(lái)對(duì)其研究也取得了大量的成果。其中包括，淺溝侵蝕量、侵蝕速率、淺溝侵蝕對(duì)流域土壤流失的貢獻(xiàn)率、形成的主要影響因子、淺溝發(fā)生的地形臨界條件、發(fā)育機(jī)理及防治措施等（張科 1991b；程宏等 2006；龔家國(guó)等 2010；胡剛等 2004；王文龍等 2003；張永光2008）。但是，近年來(lái)，對(duì)淺溝形態(tài)的量化研究大多集中于對(duì)其長(zhǎng)寬深的簡(jiǎn)單的量尚且缺乏普適性的量化指標(biāo)，且對(duì)溝蝕過(guò)程中溝溯源侵蝕、溝壁崩塌和溝底下切的定量表達(dá)還有待更多更深入的研究。瓦背形坡面相對(duì)于直型坡來(lái)說(shuō)更加復(fù)雜，的侵蝕方式相互交織，瞬時(shí)演變，具有很大的不確定性，然而近年來(lái)對(duì)淺溝系統(tǒng)部分的侵蝕貢獻(xiàn)量的研究并不多見(jiàn)，還有待更加深入的研究。

圖 2-1 實(shí)體模型Fig.2-1 Physical model of slope system圖 2-2 瓦背形橫剖面圖Fig. 2-2 Ephemeral gully system cross section模擬降雨裝置制備及降雨試驗(yàn)設(shè)計(jì)。本研究采取人工模擬降雨試驗(yàn)由三組噴頭、水管、水泵、支架組成，三組噴頭為側(cè)噴式噴頭，設(shè)取對(duì)噴的形式。根據(jù)依據(jù)黃土高原侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)（周佩華和王占降雨強(qiáng)度為 90 mm/h。安裝前，進(jìn)行多次降雨試驗(yàn)來(lái)率定雨強(qiáng)，確和距離，設(shè)置噴頭距地面 15 米。安裝好降雨設(shè)備之后，試驗(yàn)之前進(jìn)定降雨均勻度達(dá)到 80%以上。降雨采取間歇式降雨模式，降雨場(chǎng)次-2 為模擬降雨的各參數(shù)的具體情況。 模擬降雨事件期間降雨參數(shù)及每次降雨事件結(jié)束后 0-20cm 土層含水量Parameters of the rainfall during the simulated storm events and the soil mois

流速測(cè)量?jī)x器—蠕動(dòng)泵Fig.2-3Velocimeter-peristalticpump
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