本文關(guān)鍵詞：我國(guó)主要侵蝕土壤濺蝕和片蝕特征與機(jī)理研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：對(duì)比研究不同土壤的濺蝕和片蝕特征,可為侵蝕預(yù)報(bào)模型構(gòu)建提供重要的理論依據(jù),其對(duì)坡面侵蝕防治也具有重要的指導(dǎo)意義。本論文針對(duì)我國(guó)主要侵蝕土壤濺蝕和片蝕特征的對(duì)比研究相對(duì)薄弱的現(xiàn)實(shí),以我國(guó)三個(gè)主要水蝕區(qū)(西北黃土高原地區(qū)、東北黑土區(qū)和南方紅壤區(qū))的典型侵蝕土壤黃綿土、黑土和紅壤為研究對(duì)象,基于相同的試驗(yàn)方法,對(duì)比分析了三種主要侵蝕土壤的濺蝕和片蝕特征,量化了濺蝕對(duì)片蝕的貢獻(xiàn),探究了片蝕的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理,構(gòu)建了適用于我國(guó)主要水蝕區(qū)的濺蝕和片蝕預(yù)報(bào)模型。主要研究結(jié)論如下:(1)對(duì)比分析了三種主要侵蝕土壤濺蝕特征。試驗(yàn)條件下黃土、黑土和紅壤坡面不同方向?yàn)R蝕量(向上坡、向下坡,側(cè)向)、凈濺蝕量(向下坡-向上坡)和總濺蝕量(向上坡+向下坡+左側(cè)+右側(cè))均隨降雨強(qiáng)度和降雨能量的增加而增大。當(dāng)降雨強(qiáng)度由50 mm h 1增加到100 mm h 1時(shí),黃土、黑土和紅壤坡面總濺蝕量分別增加了0.2~14.2,1.9~10.9和1.1~11.3倍。次降雨坡面向上坡,向下坡和側(cè)向?yàn)R蝕量分別占總濺蝕量的14.1%~14.7%,32.8%~33.3%和26.0%~26.3%。三種主要侵蝕土壤不同方向?yàn)R蝕量,凈濺蝕量和總濺蝕量大小關(guān)系為:黑土最大,紅壤次之,黃土最小。坡面不同方向土壤濺蝕量,凈濺蝕量和總濺蝕量在坡面產(chǎn)流前后表現(xiàn)出較大的差異性,坡面產(chǎn)流前,三種主要侵蝕土壤干土濺蝕量均顯著高于濕土濺蝕量;而坡面產(chǎn)流后,前期土壤含水量對(duì)黑土和紅壤的影響表現(xiàn)出三種現(xiàn)象,即干、濕土的濺蝕量之間沒有顯著性差異,干土濺蝕量顯著高于濕土濺蝕量,濕土濺蝕量顯著高于干土濺蝕量。(2)闡明了三種主要侵蝕土壤坡面片蝕特征。三種主要侵蝕土壤坡面片蝕量均隨降雨強(qiáng)度,降雨能量和前期土壤含水量的增加而增大。當(dāng)降雨強(qiáng)度由50 mm h 1增加為100 mm h 1時(shí),黃土、黑土和紅壤坡面片蝕量分別增加了8.3~19.3,15.0~68.8和5.1~36.9倍。隨著前期土壤含水量的增加,黑土和紅壤坡面片蝕量分別增加了1.4~9.0和1.2~15.8倍。干土條件下,紅壤坡面的片蝕量高于黑土坡面。濕土條件下,三種土壤片蝕量的大小關(guān)系受降雨強(qiáng)度和降雨能量的影響。50 mm h 1降雨強(qiáng)度下或100 mm h 1降雨強(qiáng)度而降雨能量小于8.52 J m 2 mm 1時(shí),三種土壤片蝕量大小關(guān)系為:紅壤最大,黃土次之,黑土最小;100 mm h 1降雨強(qiáng)度下,當(dāng)降雨能量高于8.52 J m 2 mm 1時(shí),黃土坡面片蝕量最大,紅壤次之,黑土最小。(3)量化了濺蝕對(duì)片蝕的貢獻(xiàn)。三種主要侵蝕土壤總濺蝕量對(duì)片蝕量的貢獻(xiàn)受降雨特性和前期土壤含水量的綜合影響。黃土向上坡,向下坡,側(cè)向,凈濺蝕量和總濺蝕量與片蝕量的比值平均值分別為0.2,0.4,0.3,0.2和1.2;黑土向上坡,向下坡,側(cè)向,凈濺蝕量和總濺蝕量與片蝕量的比值平均值分別為1.1,2.4,1.9,1.3和7.3;紅壤向上坡,向下坡,側(cè)向,凈濺蝕量和總濺蝕量與片蝕量的比值平均值分別為0.4,0.9,0.9,0.5和3.1。干土條件下,黑土總濺蝕量對(duì)片蝕量的貢獻(xiàn)高于紅壤。濕土條件下,當(dāng)降雨強(qiáng)度為50 mm h 1時(shí),三種主要侵蝕土壤總濺蝕量對(duì)片蝕量的貢獻(xiàn)為黑土最大,黃土次之,紅壤最小;而當(dāng)降雨強(qiáng)度為100 mm h 1,降雨能量小于12.85 J m 2 mm 1時(shí),三種主要侵蝕土壤總濺蝕量對(duì)片蝕量的貢獻(xiàn)為黑土最大,紅壤次之,黃土最小。當(dāng)降雨能量高于12.85 J m 2mm 1時(shí),三種主要侵蝕土壤之間總濺蝕量對(duì)片蝕量的貢獻(xiàn)差異較小。(4)探究了片蝕的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理。對(duì)于三種主要侵蝕土壤,隨降雨強(qiáng)度、降雨能量和前期土壤含水量的增加,徑流流速和雷諾數(shù)顯著增加,弗汝德數(shù)無明顯變化,Darcy-Weisbach阻力系數(shù)顯著減小。三種土壤臨界徑流剪切力、臨界水流功率、臨界單位水流功率大小關(guān)系為,黑土最大,紅壤次之,黃土最小。對(duì)于三種主要侵蝕土壤,徑流流速是最佳的水力學(xué)參數(shù),而徑流剪切力是最佳的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)。(5)構(gòu)建了濺蝕和片蝕預(yù)報(bào)模型,其模型有效性系數(shù)ENS分別達(dá)到0.82和0.85,表明模型具有較高的預(yù)報(bào)精度。
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