為奠定基于運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)構(gòu)建土壤侵蝕模型的理論基礎(chǔ),通過(guò)不同降雨強(qiáng)度(25、50和75 mm/h)、不同坡長(zhǎng)(1、5、10、15和20 m)下徑流小區(qū)內(nèi)人工模擬降雨試驗(yàn),對(duì)不同處理下坡面薄層水動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析,并對(duì)水動(dòng)力學(xué)參數(shù)與土壤侵蝕之間的關(guān)系進(jìn)行初步探討。結(jié)果表明:當(dāng)坡度一定時(shí),坡面平均流速主要受坡長(zhǎng)及單寬流量影響,降雨強(qiáng)度通過(guò)影響單寬流量的大小間接影響坡面平均流速;在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi),當(dāng)坡長(zhǎng)>1 m時(shí),整體上呈"層流-急流態(tài)",當(dāng)坡長(zhǎng)為1 m時(shí),整體上呈"層流-緩流態(tài)";當(dāng)降雨強(qiáng)度一定時(shí),雷諾數(shù)隨著坡長(zhǎng)的增加線性增加,佛汝德數(shù)隨著坡長(zhǎng)的增加以冪函數(shù)形式增加;降雨強(qiáng)度對(duì)坡面流有明顯的"增阻"效應(yīng);坡面阻力系數(shù)隨著坡長(zhǎng)的增加呈冪函數(shù)減小趨勢(shì);坡面平均土壤侵蝕率與單寬流量間呈一元線性趨勢(shì)增加,與水流平均流速間呈指數(shù)函數(shù)增加,與雷諾數(shù)間呈二次函數(shù)增加。

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圖1坡長(zhǎng)20m時(shí)的人工模擬降雨系統(tǒng)示意圖

測(cè)定徑流小桶中的徑流樣及大桶中的徑流樣的體積,確定不同時(shí)刻的徑流量以及總徑流量。然后,分別將所有的徑流樣沉淀、風(fēng)干,取出泥沙樣稱重備用,確定不同時(shí)刻的侵蝕量及總侵蝕量。1.3土壤侵蝕率及坡面流水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算

圖3平均土壤侵蝕率與單寬流量、平均流速及雷諾數(shù)的關(guān)系

擬合方程的F檢驗(yàn)均達(dá)到P<0.01極顯著水平,符合統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。3結(jié)論

圖2坡長(zhǎng)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系

雷諾數(shù)是判定坡面水流紊動(dòng)程度的主要參數(shù)。根據(jù)明渠水流判別方法,當(dāng)Re<500時(shí),水流為層流;當(dāng)500<Re<5000時(shí),水流為過(guò)渡流;當(dāng)Re>5000時(shí),水流為紊流。在本試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi),黃土丘陵區(qū)的坡面雷諾數(shù)為2.443～347.048(表2),均屬層流。雷諾數(shù)與坡長(zhǎng)、雨強(qiáng)....

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