發(fā)布時間：2020-11-10 03:53

　　 大規(guī)模迅猛發(fā)展的生產(chǎn)建設(shè)項目造成大量的、類型多樣的松散工程堆積體,由此誘發(fā)的人為水土流失已成為當(dāng)前新增水土流失的重要來源之一,也是水土保持領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)之一。生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體主要是在項目施工過程中人為堆置而成,堆積松散、坡長短促、坡度較陡,往往達(dá)到堆積物質(zhì)的自然休止角,下墊面物質(zhì)組成復(fù)雜多樣,粒徑變化大,各類石礫參雜其中,成為重要的組成部分,相對傳統(tǒng)坡面有較大差異。生產(chǎn)建設(shè)項目造成的大量松散土石混合堆積體水土流失是典型的人為加速侵蝕,遇暴雨時易產(chǎn)生高含沙水流、泥石流等災(zāi)害,也導(dǎo)致其水土流失規(guī)律與農(nóng)地相比有一定差異。目前,關(guān)于生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失量的預(yù)測模型研究較少,使水土保持方案中水土流失量預(yù)測缺乏必要的科學(xué)依據(jù),嚴(yán)重滯后于生產(chǎn)實(shí)際的需要。因此,本文在2012-2013年前期已完成的大量試驗基礎(chǔ)上,采用模擬降雨試驗方法,補(bǔ)充研究了砂土區(qū)、粘土區(qū)工程堆積體在不同地形條件下侵蝕過程特征,分析堆積體侵蝕量與影響因素間的定量關(guān)系,進(jìn)一步明確堆積體水土流失機(jī)制,修訂并獲取模型各因子取值,最終建立生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型,并進(jìn)行模型驗證。為生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持方案編制、水行政主管部門水保監(jiān)督執(zhí)法提供依據(jù),完善我國土壤侵蝕模型的涵蓋范圍,具有重要的科學(xué)意義與生產(chǎn)應(yīng)用價值。得出以下主要結(jié)論:(1)砂土區(qū)含沙量隨產(chǎn)流歷時呈先遞減---相對穩(wěn)定---顯著波動的變化,粘土區(qū)含沙量先遞減至3min隨后趨于相對穩(wěn)定。坡度對含沙量的影響,存在一個閾值,大致在25°左右。砂土區(qū)、粘土區(qū)工程堆積體坡面流雷諾數(shù)Re均小于300,以層流為主,弗羅德數(shù)Fr變化范圍主要集中在0.5-2.0之間,表現(xiàn)為緩流,土壤侵蝕速率Dr與水流剪切力τ、水流功率ω和過水?dāng)嗝鎲挝荒芰縀均呈顯著相關(guān)。(2)壤土區(qū)工程堆積體石礫含量對產(chǎn)流時間影響表現(xiàn)為先遞增后遞減的趨勢,石礫含量30%時產(chǎn)流最慢,此時的平均徑流率也最小,平均流速與石礫含量呈顯著線性負(fù)相關(guān)。含石礫坡面工程堆積體平均含沙量均小于純土體,減少幅度為21.1%~61.2%。(3)相同坡度、坡長條件下(25°、5 m),壤土區(qū)堆積體產(chǎn)流快于粘土區(qū),砂土區(qū)產(chǎn)流最慢。砂土區(qū)堆積體平均徑流率最小,壤土區(qū)最大,粘土區(qū)居中。砂土區(qū)及壤土區(qū)堆積體平均含沙量均表現(xiàn)含石礫的小于純土體,隨雨強(qiáng)增大平均含沙量遞增幅度為63.3%~379.5%。(4)壤土區(qū)堆積體在坡度不同時,隨石礫含量增大,平均流速呈線性遞減。隨著坡度增大,平均徑流率減少24.5%~33.0%。含石礫坡面平均侵蝕速率僅為純土體的31.5%~65.0%。次降雨侵蝕量隨石礫含量增大可減少34.3%~65.1%。坡長不同時,平均徑流率隨坡長增大遞增幅度達(dá)51.6%~314.2%。含石礫坡面的平均徑流率較純土體減少3.0%~11.8%。次降雨侵蝕量隨石礫含量增大呈顯著遞減趨勢,純土體可達(dá)含石礫的1.5-2.6倍。(5)提出了適用于生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體實(shí)際情況的標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)及模型各因子含義:標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)是指坡度為25o,坡長為20 m,連續(xù)休閑裸露松散的工程堆積體;表征堆積物質(zhì)對侵蝕敏感程度的參數(shù)稱為土石質(zhì)因子T,定義為標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)上單位降雨侵蝕力產(chǎn)生的堆積體侵蝕量。(6)堆積體在相同降雨強(qiáng)度時的侵蝕量表現(xiàn)為砂土區(qū)壤土區(qū)粘土區(qū),隨雨強(qiáng)增大1.5-2.5倍,侵蝕量增大2.1-13.7倍。砂土區(qū)和壤土區(qū)堆積體侵蝕量隨石礫含量增大總體呈遞減趨勢。侵蝕量隨坡度的變化存在一個臨界閾值,大致在25°左右。侵蝕量與坡長呈顯著冪函數(shù)關(guān)系,隨坡長延長平均侵蝕量遞增幅度達(dá)23.4%~159.4%。(7)依據(jù)定義,計算得到15°、25°、30°、35°的坡度因子值S分別為0.6319、1.0000、0.9157、1.5147,2.72 m、4.53 m、5.89 m、10.88 m和20.00 m的坡長因子值L分別為0.3051、0.4837、0.5355、0.6692和1.0000。分別擬合出工程堆積體坡度因子S、坡長因子L的計算關(guān)系式,其冪指數(shù)分別為0.880和0.553。砂土區(qū)、壤土區(qū)和粘土區(qū)工程堆積體在石礫含量為0%(純土體)、10%、20%和30%時的土石質(zhì)因子T值分別為0.152、0.108、0.073、0.062 t·km2·h/(km2·MJ·mm),0.054、0.034、0.029、0.018 t·km2·h/(km2·MJ·mm)和0.042、0.036、0.027、0.020 t·km2·h/(km2·MJ·mm)。土石質(zhì)因子T值隨石礫含量的增大呈線性遞減關(guān)系。純土體時,砂土區(qū)土石質(zhì)因子T分別是壤土區(qū)和粘土區(qū)的2.8和3.6倍。(8)基于通用土壤流失方程,首次建立了生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型,以降雨侵蝕力R、土石質(zhì)因子T、坡度因子S和坡長因子L的連乘形式表示。并完成了模型驗證。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S157.1
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 選題背景、目的及意義
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 土壤侵蝕模型研究進(jìn)展
        1.2.2 土壤侵蝕模型研發(fā)應(yīng)用及因子修訂
        1.2.3 生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失研究概況
        1.2.4 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失預(yù)測預(yù)報
第二章 研究內(nèi)容與試驗方法
    2.1 研究目標(biāo)與內(nèi)容
        2.1.1 研究目標(biāo)
        2.1.2 研究內(nèi)容
        2.1.3 技術(shù)路線
    2.2 研究方法
        2.2.1 下墊面概化
        2.2.2 室內(nèi)模擬降雨試驗
第三章 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征
    3.1 砂土區(qū)工程堆積體在不同地形條件下侵蝕過程特征
        3.1.1 不同坡度工程堆積體徑流產(chǎn)沙特性
        3.1.2 不同坡長工程堆積體徑流產(chǎn)沙特性
    3.2 粘土區(qū)工程堆積體在不同地形條件下侵蝕過程特征
        3.2.1 不同坡度工程堆積體徑流產(chǎn)沙特性
        3.2.2 不同坡長工程堆積體徑流產(chǎn)沙特性
    3.3 壤土區(qū)大石礫含量工程堆積體坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征
        3.3.1 產(chǎn)流起始時間變化特征
        3.3.2 徑流率隨產(chǎn)流歷時變化特征
        3.3.3 流速隨產(chǎn)流歷時變化特征
        3.3.4 徑流含沙量隨產(chǎn)流歷時變化特征
    3.4 本章小結(jié)
第四章 不同土壤類型區(qū)工程堆積體水土流失差異特征
    4.1 工程堆積體在相同坡度、坡長時侵蝕過程差異
        4.1.1 不同土壤類型對產(chǎn)流起始時間影響
        4.1.2 不同土壤類型對坡面徑流率影響
        4.1.3 不同土壤類型對坡面流速影響
        4.1.4 不同土壤類型對坡面含沙量影響
    4.2 工程堆積體地形因子對侵蝕速率影響
        4.2.1 坡度不同時侵蝕速率變化特征
        4.2.2 坡長不同時侵蝕速率變化特征
    4.3 壤土區(qū)石礫含量對工程堆積體侵蝕參數(shù)特征的影響
        4.3.1 不同坡度下石礫含量對工程堆積體侵蝕參數(shù)影響
        4.3.2 不同坡長下石礫含量對工程堆積體侵蝕參數(shù)影響
    4.4 砂土區(qū)與粘土區(qū)工程堆積體侵蝕產(chǎn)沙與水力學(xué)參數(shù)特征
        4.4.1 砂土區(qū)工程堆積體侵蝕產(chǎn)沙與水力學(xué)參數(shù)關(guān)系
        4.4.2 粘土區(qū)工程堆積體侵蝕產(chǎn)沙與水力學(xué)參數(shù)關(guān)系
    4.5 本章小結(jié)
第五章 工程堆積體水土流失測算模型因子修訂及其建立
    5.1 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)定義
    5.2 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失機(jī)制研究
        5.2.1 降雨強(qiáng)度對工程堆積體侵蝕的影響
        5.2.2 降雨量對工程堆積體侵蝕的影響
        5.2.3 石礫含量對工程堆積體侵蝕的影響
        5.2.4 坡度對工程堆積體侵蝕的影響
        5.2.5 坡長對工程堆積體侵蝕的影響
    5.3 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型因子修訂
        5.3.1 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型坡度因子S修訂
        5.3.2 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型坡長因子L修訂
        5.3.3 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型土石質(zhì)因子T修訂
    5.4 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型框架
    5.5 生產(chǎn)建設(shè)項目工程堆積體水土流失測算模型驗證
    5.6 本章小結(jié)
第六章 主要結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 存在的不足與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2877438