采用人工模擬降雨試驗,研究不同雨強（40,66,80 mm/h）和坡度（5°,10°,15°）條件下,湖北省武漢市蔡甸區(qū)紅壤坡面流速、產(chǎn)流產(chǎn)沙時空變化及水動力學(xué)過程。使用長2.5 m,寬0.5 m,高0.3 m的可調(diào)坡度徑流土槽,每場降雨試驗在槽子底端出口開始產(chǎn)流后持續(xù)60 min,每3 min收集一次徑流泥沙樣品。結(jié)果表明:相同坡度下,坡面平均產(chǎn)流率和產(chǎn)沙率均隨雨強增加而增大;產(chǎn)流率在降雨初期波動增長,隨降雨時間延長而逐漸穩(wěn)定;產(chǎn)沙率在降雨初期急劇上升,隨后稍有下降并逐漸趨于平穩(wěn)。坡度從5°增加到15°,雨強為40,66,80 mm/h下的平均產(chǎn)流率依次增加24%,22%和15%,平均產(chǎn)沙率依次增加89%,60%和84%。隨雨強或坡度增加,流速均增大,且雨強對流速的影響較坡度更大;流速沿坡長方向呈增大趨勢,且細溝流速是細溝間的1.33～2.10倍。66 mm/h,10°條件下,坡面形成細溝并發(fā)生明顯下切和溯源侵蝕。相同雨強下,徑流剪切力隨坡度增加而增大、達西—韋斯巴赫阻力系數(shù)隨坡度增加而減小。坡面徑流屬于層流且為急流,水動力學(xué)參數(shù)和侵蝕產(chǎn)沙率的擬合方程表明,弗勞德數(shù)和流速可以較好地模... 

【文章來源】：水土保持研究. 2020,27(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

試驗裝置示意圖

不同雨強和坡度條件下,試驗過程中坡面產(chǎn)流率隨降雨歷時變化的過程如圖2所示�？傮w上看,坡面產(chǎn)流的時間變化趨勢在不同雨強和坡度條件下基本一致,平均產(chǎn)流率均隨降雨歷時延長而緩慢增長,在8～15 min的區(qū)間內(nèi)會有小范圍的波動,最后達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)直至降雨結(jié)束(圖2)。在坡度5°和雨強40 mm/h的條件下,產(chǎn)流率非常穩(wěn)定;在坡度15°雨強80 mm/h的條件下,產(chǎn)流率在試驗后期依然有增大趨勢。對比可知,在坡度較緩、雨強較小的條件下,平均產(chǎn)流率相對穩(wěn)定;而在坡度較陡、雨強較大的條件下,平均產(chǎn)流率波動較大,不易穩(wěn)定。在相同雨強條件下,隨坡度增加,坡面入滲量減小致使更多降雨轉(zhuǎn)化為坡面徑流,同時坡度增加致使坡面水流速度加快,單位時間內(nèi)坡面徑流量越大。在相同雨強條件下,平均產(chǎn)流率會隨著坡度的增大而增大。隨著降雨時間的增加,在產(chǎn)流初期(0～15 min)徑流過程表現(xiàn)為波動增加過程,特別是大雨強下波動較為明顯,15 min以后徑流量的波動趨于穩(wěn)定,伴有較小的波動,一直持續(xù)到降雨結(jié)束;這與Donjadee等[24]認為的不同雨強下產(chǎn)流達穩(wěn)定的時間不同,大雨強下通常需要更多的時間才能達到平穩(wěn)狀態(tài)的結(jié)論相一致。

對于不同條件下,產(chǎn)沙量變化的臨界坡度,梁志權(quán)等[25]所給出的結(jié)論是在雨強為50 mm/h時,在20°附近存在一個侵蝕產(chǎn)沙量的臨界坡度,并且以此論證了不同的雨強大小會影響侵蝕的臨界坡度值。王麗園等[26]認為產(chǎn)沙結(jié)果的差異性變化主要由于坡度變化會影響到垂直坡面分力與滯雨量的不同,從而改變坡面的侵蝕方式,影響產(chǎn)沙過程變化,雨強也對產(chǎn)沙量有一定的影響,小坡度條件下,坡面穩(wěn)定性較好,坡度對產(chǎn)沙量的影響程度不如雨強,這也與前文所提到的試驗結(jié)果相佐證。鐘壬琳等[27]的研究表明紅壤坡面侵蝕產(chǎn)沙總量有隨降雨強度和坡度增加而增大的趨勢,在降雨強度和坡度較小時,產(chǎn)沙量變化幅度較大,這與本試驗的結(jié)果相吻合。2.2 坡面流速時空分異特征

【參考文獻】：
期刊論文
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[10]不同母質(zhì)紅壤坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征比較[J]. 徐銘澤,楊潔,劉窯軍,楊廣勇.  水土保持學(xué)報. 2018(02)

碩士論文
[1]不同寬度條件下坡面流水動力學(xué)特性研究[D]. 田野.福建農(nóng)林大學(xué) 2019
[2]武漢市蔡甸區(qū)生態(tài)功能區(qū)劃研究[D]. 趙莎.湖北大學(xué) 2014



本文編號：3017134