水平沟措施水土保持作用机理与适宜性研究

摘要

紫色土坡耕地是长江上游重要的农业资源，也是长江上游水土流失的策源地。坡耕地水土流失治理已成为保护长江上游有限的土地资源，减少江河水库等泥沙淤积的重要内容。目前长江上游广泛开展的坡耕地治理措施主要为水平沟，但水平沟措施在长江上游紫色土地区水土保持作用机理和适宜性缺乏研究。本文通过人工模拟降雨实验研究和大田天然降雨实验观测，以及数值模拟对水平沟措施坡耕地降雨、入渗、产流、产沙及沟垄水分变化、形态变化、稳定性、破坏条件进行研究，揭示紫色土地区水平沟水土保持作用机理与适宜性。通过研究得出以下结论： (1)通过比较水平沟措施、平坡措施和顺坡措施的水土保持效益，得出水平沟措施在截流、拦沙作用方面都优于其他两种措施，突出的表现在小于72．02mm/h雨强下，它的水土保持效益明显的大于平坡和顺坡措施。 (2)分析雨强、坡度、降雨历时对水平沟措施的水土保持作用的影响。得出结论如下：水平沟措施在0°～20°之间，雨强强度处于72．02mm/h以下时，垄状态稳定，安全系数较高，不易于发生坍塌破坏，具有较好的水土保持效益。未失稳的水平沟措施有较好的水土保持性，易于失稳的水平沟措施水土保持性差。25度坡的横垄易于失稳，水土保持性差，只能应用于降雨量较小的地区。 (3)通过沟、垄的水分变化分析得到水平沟措施的水分入渗变化规律，得出了何种情况下的水平沟措施的耕层储水最优，何种最差，临界坡度为多少。结论如下：雨强强度是53．95mm/h时最优水土保持性的坡度为10°，雨强为72．02mm/h时，最优水土保持性的坡度15°。20°为本地区水平沟措施的临界坡度。 (4)结合GEO-SI_,OPE软件中的SEEP/W模块和SLOPE/W模块，进行垄的稳定性分析，计算不同坡度不同雨强下的抗滑稳定安全系数，分析适宜范围，得出其适宜性结论如下：20°坡度以下的水平沟措施都具有较好的稳定性，所以该措施在本地区可适用于0°～20°坡度内；25°坡度在53．95mm/h雨强以下水平沟措施可以保持稳定状态，但是大于此强度就会失稳，所以该措施在本地区不适宜使用在25°坡上，可将其应用在降雨强度较小的地区；通过安全系数的对比得到20°为水平沟措施在该地区坡耕地保持稳定的临界坡度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1国内外现状

1.2研究目标

第二章研究区概况及研究方法

2.1研究区概况

2.2技术路线

2.3试验设计

2.3.1人工降雨模拟试验设计

2.3.2天然降雨观测试验设计

2.4数据处理与分析

第三章水平沟措施产流产沙分析

3.1 水平沟耕作的水土保持原理

3.2 不同耕作措施的径流系数差异性分析

3.3 不同耕作措施处理坡耕地的径流过程分析

3.3.1坡度对坡耕地径流过程的影响

3.3.2雨强对坡耕地径流过程的影响

3.4不同耕作措施处理坡耕地的泥沙流失过程分析

3.4.1坡度对坡耕地泥沙流失过程的影响

3.4.2雨强对坡耕地泥沙流失过程的影响

3.5 水平沟破坏时间与坡度、雨强的相关性分析

3.6小结

第四章水平沟垄水分变化分析

4.1沟内水分变化

4.2垄上水分变化

4.3小结

第五章水平沟措施的适宜性分析

5.1 垄上坡面降雨产流的单宽流量计算

5.1.1坡面流运动波基本方程

5.1.2坡面降雨产流入渗模型

5.1.3 降雨条件下坡面径流和入渗耦合的数值模拟计算

5.1.4修正单宽流量

5.2水平沟措施渗流场分析

5.2.1非饱和土水特性曲线参数的确定方法

5.2.2根据拟合经验公式计算水土特征曲线参数

5.2.3雨强对水平沟措施渗流场的影响

5.2.4坡度对水平沟措施渗流场的影响

5.2.5本节小结

5.3 水平沟措施的适应性分析

5.3.1土坡稳定性分析的极限平衡法

5.3.2垄边坡稳定性分析

5.3.3本节小结

5.4小结

第六章总结与展望

6.1 全文总结

6.2 存在的问题与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目