發(fā)布時(shí)間：2021-07-16 13:35

　　坡面是土壤發(fā)生侵蝕的基本單元,坡面流是泥沙運(yùn)動(dòng)的載體,其水動(dòng)力學(xué)特征直接影響坡面侵蝕的強(qiáng)度和時(shí)空分布。利用坡面放水沖刷試驗(yàn),研究了不同植被覆蓋下坡面流水力學(xué)參數(shù)和侵蝕產(chǎn)沙特征,結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析,確定影響坡面侵蝕產(chǎn)沙的關(guān)鍵水力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明:沖刷流量和植被覆蓋對(duì)坡面流水力學(xué)參數(shù)和侵蝕產(chǎn)沙過程有顯著影響,沖刷流量越大,徑流流速越大,阻力系數(shù)、糙率系數(shù)和弗汝德數(shù)越小,徑流剪切力和徑流動(dòng)能越大,侵蝕產(chǎn)沙量越大;隨著植被覆蓋度的增大,坡面徑流平均流速、弗汝德數(shù)和單位水流功率呈指數(shù)減小,徑流剪切力、平均阻力系數(shù)和糙率系數(shù)呈指數(shù)增大,徑流動(dòng)能呈直線減小。每增加1%的植被,徑流流速平均降低1%～3%,不同覆蓋下侵蝕減沙效益達(dá)到15%～89%�；疑P(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明,由于徑流紊動(dòng)性較小,在3.2 L·min^-1沖刷流量下的各參數(shù)與侵蝕產(chǎn)沙量的相關(guān)系數(shù)均小于5.2 L·min^-1,在不同沖刷流量下,弗汝德數(shù)和單位水流功率與侵蝕產(chǎn)沙量相關(guān)關(guān)系最為密切,其次是水流動(dòng)能。侵蝕產(chǎn)沙量隨著單位水流功率的增加呈現(xiàn)顯著指數(shù)減小,可以預(yù)測(cè)不同覆蓋下的侵蝕產(chǎn)沙量。 

【文章來源】：中國(guó)沙漠. 2020,40(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

坡面放水沖刷試驗(yàn)示意圖

隨著植被覆蓋度的增加，坡面流平均阻力系數(shù)和曼寧糙率系數(shù)均呈指數(shù)增加（圖4）。植被增加了水流阻力，減緩流態(tài)[17]，減少切應(yīng)力，進(jìn)而降低流速[18]，而且隨著草地植被覆蓋度增加，植被阻水面積增加，水流繞過植被向下流動(dòng)的流程也增加，水流與邊界接觸面積增大，水流阻力增大。本研究中，有植被覆蓋的坡面阻力系數(shù)和曼寧糙率系數(shù)分別是裸坡的2.8～57倍和1.0～9.5倍，平均阻力系數(shù)范圍為0.95～54.16，比Huggins等[19]、Wu等[20]f值均小于0.5的試驗(yàn)結(jié)果稍大，也大于Zhao等[15]用PVC短管模擬地表植被覆蓋得到的阻力系數(shù)，這可能與本試驗(yàn)中植被的分布格局有很大關(guān)系。張冠華等[21]發(fā)現(xiàn)帶狀格局的植被布設(shè)增阻作用顯著高于長(zhǎng)條狀、棋盤狀和隨機(jī)格局，這是因?yàn)樵谥仓昃o密布設(shè)形成的微地形作為新的粗糙元分離渦流，二次消耗了徑流沖刷能量[22]。本試驗(yàn)中草地為集中連片式鋪設(shè)，且最大植被蓋度為90%。蓋度越高，流態(tài)越趨近于緩流，弗汝德數(shù)越小，流速越慢，耗散的水流能量大，徑流阻力系數(shù)越大。2.1.2 坡面侵蝕動(dòng)力特征

圖3顯示，坡面流流速隨覆蓋度的增加顯著減�。≒<0.01），在不同流量下流速與覆蓋度呈指數(shù)遞減規(guī)律，二者相關(guān)關(guān)系分別為y=42.566e-0.017x(3.2L·min-1),y=42.233e-0.015x(5.2 L·min-1）。試驗(yàn)表明，有植被覆蓋的坡面徑流流速平均比裸坡徑流流速減少30%～80%，說明植被覆蓋能夠顯著降低坡面流流速[7,15-16]。坡面流流動(dòng)過程中，需要克服坡面植被所產(chǎn)生的阻力，蓋度越大，坡面流克服阻力消耗的能量越大，流速越低。每增加1%的植被，徑流流速平均降低1%～3%。當(dāng)覆蓋度≥70%時(shí)，每增加1%的蓋度，坡面流流速平均降低3.22%，說明植被覆蓋度越大，對(duì)坡面流流速的減緩作用越顯著。分析坡面流流速與沖刷流量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)條件下，沖刷流量越大，坡面流流速越大，但流量對(duì)坡面流流速影響不顯著（P>0.05）。流量為3.2 L·min-1時(shí)，30%、50%、70%和90%覆蓋度下坡面徑流流速分別是裸坡的69%、69.3%、49.6%和17.6%,5.2 L·min-1時(shí)，30%、50%、70%和90%覆蓋度下坡面徑流流速分別是裸坡的69.4%、83.6%、50.1%和21.8%,3.2L·min-1流量下的流速降幅要大于5.2 L·min-1流量下的流速降幅，說明坡面草被覆蓋對(duì)坡面流的延緩作用隨著流量的增加被削弱。隨著植被覆蓋度的增加，坡面流平均阻力系數(shù)和曼寧糙率系數(shù)均呈指數(shù)增加（圖4）。植被增加了水流阻力，減緩流態(tài)[17]，減少切應(yīng)力，進(jìn)而降低流速[18]，而且隨著草地植被覆蓋度增加，植被阻水面積增加，水流繞過植被向下流動(dòng)的流程也增加，水流與邊界接觸面積增大，水流阻力增大。本研究中，有植被覆蓋的坡面阻力系數(shù)和曼寧糙率系數(shù)分別是裸坡的2.8～57倍和1.0～9.5倍，平均阻力系數(shù)范圍為0.95～54.16，比Huggins等[19]、Wu等[20]f值均小于0.5的試驗(yàn)結(jié)果稍大，也大于Zhao等[15]用PVC短管模擬地表植被覆蓋得到的阻力系數(shù)，這可能與本試驗(yàn)中植被的分布格局有很大關(guān)系。張冠華等[21]發(fā)現(xiàn)帶狀格局的植被布設(shè)增阻作用顯著高于長(zhǎng)條狀、棋盤狀和隨機(jī)格局，這是因?yàn)樵谥仓昃o密布設(shè)形成的微地形作為新的粗糙元分離渦流，二次消耗了徑流沖刷能量[22]。本試驗(yàn)中草地為集中連片式鋪設(shè)，且最大植被蓋度為90%。蓋度越高，流態(tài)越趨近于緩流，弗汝德數(shù)越小，流速越慢，耗散的水流能量大，徑流阻力系數(shù)越大。

【參考文獻(xiàn)】：
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