為揭示喀斯特坡耕地土壤侵蝕驅(qū)動力——產(chǎn)流過程及機(jī)制,本研究采用人工模擬降雨試驗,通過模擬典型喀斯特坡耕地耕作層、地表微地貌和地下孔（裂）隙構(gòu)造,探索不同雨強(qiáng)（30,50,70和90mm/h）、坡度（5°,10°,15°,20°和25°）、地下孔（裂）隙度（1%,2%,3%,4%和5%）組合下坡耕地產(chǎn)流特征.結(jié)果表明:（1）對于地下產(chǎn)流降雨（雨強(qiáng)為30mm/h）,喀斯特坡耕地坡面不產(chǎn)生地表徑流,降雨全部轉(zhuǎn)化為地下徑流;不同地下孔（裂）隙度下的地下產(chǎn)流率大致相當(dāng),而不同坡度下的地下產(chǎn)流率差異較大.（2）對于地表產(chǎn)流降雨（50和70mm/h）,地表地下均產(chǎn)生徑流,其中地表產(chǎn)流率隨坡度增加而增大,且隨地下孔（裂）隙度增大而減小,而地下產(chǎn)流率則相反;（3）對于極端降雨（雨強(qiáng)90mm/h）,地表產(chǎn)流率隨坡度增加而增加,隨地下孔（裂）隙度增大而減小,而地下徑流則與地表徑流相反.地下徑流是喀斯特坡耕地主要產(chǎn)流方式,地下孔（裂）隙度和坡度共同影響著徑流分布,而降雨強(qiáng)度決定著地表徑流和地下徑流率. 

【文章來源】：應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報. 2019,27(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

試驗裝置示意

坡面徑流是造成坡面土壤侵蝕的主要動力,降雨特征決定著土壤侵蝕程度和侵蝕形態(tài).巖溶地質(zhì)條件不僅塑造喀斯特景觀,還影響該地區(qū)的土壤侵蝕形式.當(dāng)降雨強(qiáng)度為30mm/h時無地表徑流產(chǎn)生,卻產(chǎn)生了明顯的地下徑流,其產(chǎn)流過程如圖2所示.次降雨過程中地下孔(裂)隙產(chǎn)流率呈先增加后趨于穩(wěn)定的變化,前10min產(chǎn)流率最小,但與坡度、地下孔(裂)隙度無顯著相關(guān)性.隨后地下產(chǎn)流率急劇增加,在產(chǎn)流后30～50min后,產(chǎn)流率達(dá)到最大并維持在相對穩(wěn)定值,隨后小幅度波動.在一定條件下,不同地下孔(裂)隙度條件下的地下徑流相差不大,而不同坡度下的地下徑流差異較大.這說明地下產(chǎn)流降雨條件下,地下孔(裂)隙度對地下徑流影響不大,而坡度對地下徑流影響較大.進(jìn)一步深入分析雨強(qiáng)和地下孔(裂)隙度對地下產(chǎn)流侵蝕性降雨產(chǎn)流率的影響,對揭示喀斯特坡耕地產(chǎn)流機(jī)理具有重要意義.由表1可知,地下孔(裂)隙度對該條件下產(chǎn)流率影響較小,不同地下孔(裂)隙度下的產(chǎn)流率總體差異不顯著;坡度亦對其產(chǎn)流率影響較小,不同坡度下的產(chǎn)流率總體差異亦不顯著.相關(guān)性分析表明,地下徑流量與地下孔(裂)隙度和坡度相關(guān)性不顯著,與降雨歷時呈極顯著相關(guān),(r=0.625,p=0.003).究其原因,地下徑流由土壤入滲水分轉(zhuǎn)化而成,土壤水分入滲不受坡度和地下孔(裂)隙度限制;土壤與變坡鋼槽地面突變接觸面相當(dāng)于入滲剖面夾層[21],土體的含水量需達(dá)到飽和后在重力作用下形成地下徑流,而土壤水分入滲是降雨歷時的函數(shù).

地表產(chǎn)流降雨(雨強(qiáng)50mm/h)條件下的產(chǎn)流特征如圖3所示.可以看出,降雨強(qiáng)度為50mm/h時坡面產(chǎn)生地表徑流,10min時段內(nèi)即有地表徑流量產(chǎn)生,降雨量僅為8.33mm.5°坡面發(fā)生地表或無明顯地表徑流,10°以上坡面地表均產(chǎn)生地表徑流;隨著坡度增大,產(chǎn)流率增大,15°坡面有較大地表徑流產(chǎn)生,在25°坡度達(dá)到最大值,坡度顯著影響坡面地表產(chǎn)流率.地表產(chǎn)流率除地下孔(裂)隙度5%且25°坡面偏大,總體上地表產(chǎn)流率隨地下孔(裂)隙度增大而減小.究其原因,坡面地表徑流隨坡度增加而增大,地表徑流速度越大,坡面匯流過程加快,產(chǎn)流率增大,其產(chǎn)流時間縮短,初始產(chǎn)流率增加,理論上前10min產(chǎn)流率與坡度正相關(guān),受坡面匯流、土壤水分入滲共同作用,初始產(chǎn)流率隨坡度變化存在差異.不同坡度和地下孔(裂)隙度坡面產(chǎn)流過程存在差異,但總體上地表產(chǎn)流率先增加,達(dá)到最大產(chǎn)流后減小,其減幅與坡度相關(guān)(p=0.02),與地下孔(裂)隙度無相關(guān)性;坡面產(chǎn)流過程表現(xiàn)出無規(guī)則波動性.從地下孔(裂)隙產(chǎn)流過程可知,地表產(chǎn)流侵蝕性降雨條件下(雨強(qiáng)50mm/h),坡度越小,地下徑流越大,即隨坡度增大,地表徑流增大而地下徑流減小;隨著地下孔(裂)隙度增大,地下徑流增加,不同坡度坡面地下徑流差異越大.地下產(chǎn)流過程曲線有相似性,降雨前20～30min內(nèi)急劇增加到最大,然后波動性緩慢減小,孔(裂)隙增大其波動性增加.地下徑流與坡度、地下孔(裂)隙度、降雨歷時的變化規(guī)律性相對地表徑流更強(qiáng),如孔裂隙度1%時,不同坡度坡面地下產(chǎn)流量隨坡度增大遞減,產(chǎn)流過程曲線無顯著差異;地下孔(裂)隙度5%時,地下徑流總體增加,其不同坡度坡面產(chǎn)流過程差異性明顯增大.地表徑流與地下徑流產(chǎn)流率在產(chǎn)流后20～30min時達(dá)到最大值,隨后緩慢減小;隨著坡度增大,地下徑流產(chǎn)流率減小,變幅減小,其變化過程和幅度與地下孔(裂)隙度相關(guān).

【參考文獻(xiàn)】：
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