【摘要】：紫色土是我國南方的主要土壤類型之一,是一種極易侵蝕的高生產(chǎn)力巖性土。該土壤具有質(zhì)地松軟、結(jié)構(gòu)松散、易風(fēng)化、抗蝕性較差、保水保土能力弱的特點,使得我國紫色土地區(qū)土壤侵蝕面積及強(qiáng)度僅次于北方的黃土。細(xì)溝侵蝕是坡面土壤侵蝕的重要組成之一,也是紫色土地區(qū)坡面水蝕的重要過程以及小流域泥沙的重要來源,并對流域地貌的發(fā)育和演化過程具有重要的潛在影響。最近幾十年,關(guān)于細(xì)溝侵蝕的研究越來越豐富,但紫色土細(xì)溝侵蝕研究較少。因此,紫色土細(xì)溝侵蝕研究對科學(xué)與生產(chǎn)實際具有重要意義。1)本研究采用土槽模擬細(xì)溝侵蝕,研究紫色土細(xì)溝侵蝕沿程變化過程、及其與已完成研究的黃綿土侵蝕過程對比,并據(jù)此計算土壤剝蝕過程及其與含沙量和溝長的關(guān)系。試驗數(shù)據(jù)涉及三個流量水平:2,4和8 L min-1和5個坡度水平:5°、10°、15°、20°和25°。在細(xì)溝溝長為0~0.5 m、0.5~1 m、1~2 m、2~3 m、3~4 m、4~5 m、5~6 m、6~7 m、7~8 m、8~10 m及10~12 m間,分段測量侵蝕體積,根據(jù)出口處侵蝕泥沙量,計算得到細(xì)溝侵蝕分布過程,并用于后續(xù)計算剝蝕過程。結(jié)果表明:2)紫色土細(xì)溝累積侵蝕泥沙量及水流含沙量與細(xì)溝溝長的關(guān)系可以用指數(shù)函數(shù)較好地擬合,累積侵蝕量與水流含沙量隨細(xì)溝溝長的增加而增加,但增加的趨勢逐漸變緩,最終趨于一個穩(wěn)定值。這種變化趨勢在陡坡和大流量條件下更為明顯,且累積侵蝕量與水流含沙量的穩(wěn)定值隨坡度和流量的增大而增大。通過多元回歸分析得出試驗設(shè)置的兩個變量因子坡度與流量對輸沙過程的影響,坡度的變化對輸沙過程的影響更為明顯。黃綿土水流含沙量的沿程變化趨勢與紫色土相似,將兩種土壤的研究結(jié)果進(jìn)行對比,兩者因土壤結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致黃綿土水流可搬運(yùn)泥沙量較紫色土多,而兩者水流中泥沙增加速率基本相同。3)通過紫色土細(xì)溝水流含沙量隨細(xì)溝溝長變化擬合所得參數(shù),推導(dǎo)計算出不同水力工況條件下紫色土細(xì)溝侵蝕輸沙臨界坡長。在坡度較緩(5°、10°)時,即使在大流量條件下,紫色土輸沙臨界坡長仍較長,范圍在11~19m。在坡度較陡時(15°、20°、25°)時,輸沙臨界坡長就表現(xiàn)較為穩(wěn)定都集中在4~5m之間。紫色土細(xì)溝剝蝕率隨細(xì)溝溝長的增加呈指數(shù)下降,隨水流含沙量的增加呈線性減少。此規(guī)律在陡坡和大流量條件下更明顯。細(xì)溝剝蝕率穩(wěn)定峰值隨坡度和流量的增大而增大,且減少至最低值(0左右)的速率加快。說明了當(dāng)細(xì)溝下墊面土壤類型確定,在確定的坡度和流量條件下,細(xì)溝起始段大部分能量用于泥沙剝蝕作用,即此時具有最大剝蝕能力,剝蝕率最大。隨細(xì)溝溝長增加,能量逐漸從大部分用于剝蝕作用轉(zhuǎn)化為半剝蝕半運(yùn)輸泥沙,到了細(xì)溝后半段,大部分能量用于已剝蝕泥沙的運(yùn)輸,接近水流可承載的最大含沙量,此時剝蝕能力最小,剝蝕率趨近于0。同時通過模型公式指出細(xì)溝剝蝕率是坡度、流量、細(xì)溝溝長和水流含沙量的函數(shù),很好地得出紫色土細(xì)溝剝蝕過程的特征規(guī)律。黃綿土與紫色土細(xì)溝剝蝕過程變化趨勢大致相同,因紫色土黏粒含量多,極易形成團(tuán)聚體結(jié)構(gòu),相對黃綿土顆粒大,不易被水流搬運(yùn),所以從剝蝕過程看黃綿土剝蝕泥沙量較紫色土高,但兩種土壤基本在相似溝長位置達(dá)到其水流的飽和泥沙含量,即水流輸沙能力。4)研究從細(xì)溝剝蝕率的定義出發(fā),根據(jù)細(xì)溝輸沙過程所得結(jié)果推導(dǎo)計算了細(xì)溝剝蝕率的解析值。將計算得到的細(xì)溝剝蝕率解析值與相應(yīng)試驗值進(jìn)行對比,結(jié)果說明試驗值與解析值有高度的一致性,由此論證了解析公式推導(dǎo)的正確性,為估算細(xì)溝剝蝕率提供了一種新思路。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S157.1

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本文編號：2710652