坡面地貌分形特征对径流动力学参数的响应

摘要

坡面是流域系统的重要组成单元,坡面侵蚀过程的研究是认识并建立流域侵蚀预测模型的前提和基础.自然坡面形态演变和侵蚀产沙是相互制约和影响的动态耦合系统,因此,研究坡面形态变化对径流动力学参数的响应关系,对进一步探索侵蚀产沙机理和土壤侵蚀数学模型研究具有重要意义.以人工降雨模拟试验为研究手段,以三维激光扫描得到的坡面地貌点云数据为数据源,以ArcGis软件为工具进行坡面侵蚀形态分形维数计算,研究了不同雨强条件下裸坡坡面的侵蚀分布特征和45mm/h雨强条件下的坡面流水动力学参数的沿程分布特征,结果表明:(1)不同雨强条件下坡面侵蚀量沿坡面基本呈增加趋势,但增加趋势的速率受雨强大小影响.雨后坡面的分形维数沿程呈增加趋势,反应了坡面侵蚀的复杂程度;(2)45mm/h雨强条件下,坡面径流雷诺数Re、弗劳得数Fr、径流剪切力τ沿程基本呈增加趋势,阻力系数λ沿程呈减小趋势,其沿程分布特征综合导致了坡面侵蚀空间分布的差异;(3)与其它径流水动力学参数相比,径流剪切力和分形维数的相关关系较强,试验表明,细沟内径流剪切力τ(r)和分形维数D满足D=1.9034+0.0998τ(r),相关系数达到0.91.