模拟降雨下冻融坡面侵蚀产沙试验研究

摘要

冻融侵蚀是土壤侵蚀的一种重要形式，经过冻融作用土壤物理性质发生改变，进而影响土壤可蚀性；在水力侵蚀的复合下，产生水土流失。本研究以冻融坡面为研宄对象，通过室内模拟降雨试验，探究模拟降雨下冻融作用对坡面侵蚀产沙的影响，分析了产流产沙特性、前期含水量对侵蚀过程影响，坡度与糙度对侵蚀调控机理、径流能量与侵蚀产沙的关系。
　　本研究主要内容包括：⑴分析了冻融坡面产流产沙过程。相比于对照坡面，冻融坡面的产流量减小、产沙量增大；两种坡面累计径流量与累计产沙量拟合的最优方程为幂函数方程，径流能量与产沙量呈线性增加趋势，且对照坡面的径流能量大于冻融坡面；对照坡面和冻融坡面的溅蚀颗粒和冲刷颗粒的MWD均低于土壤的本底值的MWD，坡面细颗粒优先被输移；累计产流量与累计产沙量之间的回归系数α可以更好地评价土壤可蚀性。⑵阐明了不同坡度下冻融坡面糙度变化及其与径流产沙的响应关系。径流量在20°与25°坡面表现出显著性差异，临界坡度在15°~25°之间；坡面地表糙度变异降幅率为12°>9°>25°>15°>20°；次降雨产流量与坡度、糙度变异变率呈显著指数函数关系，能更好地预测次降雨产流量：产沙量在20°与25°坡面表现出显著性差异，临界坡度在15°~20°之间；次降雨产沙量与坡度、糙度变异变率呈极显著线性关系，能更好地预测次降雨产沙量。⑶阐明了前期含水量下冻融坡面侵蚀过程的演变特征。土壤经过冻融作用延长了坡面的产流时间：对照坡面和冻融坡面径流量与时问的关系均服从对数函数，坡面入渗率随时间呈幂函数变化；对照坡面和冻融坡面产沙量最少的最优前期土壤含水量分别为20.89％和21.77％；前期含水量为10％和30％的径流均值、总量均表现为对照坡面小于冻融坡面，前期含水量为15％、207％和25％的径流均值、总量均表现为对照坡面大于冻融坡面；不同前期含水量的坡面泥沙的递减速率均表现为冻融坡面大于对照坡面，说明冻融作用提前了坡面主要产沙时间。⑷随着土壤前期含水量的增加，冻融坡面和对照坡面的径流平均能量呈现先增大后减小的趋势；当前期含水量为20％时，其径流平均能量均达到最小值；冻融坡面和对照坡面次降雨对应的单位面积的产沙量与平均径流能量之间具有较好的线性关系，冻融坡面与对照坡面单位面积产沙量与瞬时单位径流能量的线性关系较弱；冻融坡面和对照坡面次降雨的径流功率随着前期含水量的增加表现为先减小后增大的趋势，均在在含水量为20％时达到最小值；不同前期含水量下次降雨对应的单位面积产沙量与径流功率呈线性关系。试验条件下平均径流能量可以较好地描述坡面细沟问侵蚀过程。

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3研究内容

1.4研究方法与技术路线

2 试验材料及设计

2.1 试验材料

2.2试验装置

2.3 试验设计与方法

2.5 小结

3 模拟降雨条件下冻融坡面产流产沙过程

3.1数据处理

3.2两种坡面产流、入渗与产沙过程

3.3基于HYDRUS模型的冻融作用对坡面入渗过程的影响

3.4径流及径流能与泥沙的相关关系

3.5坡面侵蚀过程中颗粒的分选性

3.6坡面土壤可蚀性的差异

3.7小结

4冻融坡面糙度变化及其与坡面产流产沙之间的响应关系

4.1数据处理

4.2坡度及糙度变异对径流的影响

4.3径流量与坡度及糙度变异的关系

4.4坡度及糙度变异对产沙的影响

4.5径流量与坡度及糙度变异的关系

4.6讨论

4.7小结

5土壤前期含水量对冻融坡面侵蚀过程的影响

5.1土壤前期含水量条件对坡面初始产流时间变化

5.2土壤前期含水量对坡面产流的影响

5.3土壤前期含水量对坡面产沙特性的响应

5.4土壤前期含水量条件下冻融坡面含沙量特征演变

5.7小结

6坡面侵蚀能量特征及其与侵蚀产沙响应关系

6.1坡面侵蚀对径流能量的响应关系

6.2坡面侵蚀对径流功率的响应关系

6.3小结

7 结论与建议

7.1结论

7.2建议

致谢

参考文献

附录