基于正交設(shè)計(jì)的細(xì)溝侵蝕室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究.pdf

1、細(xì)溝侵蝕是坡面土壤侵蝕的主要方式之一，坡面上一旦出現(xiàn)細(xì)溝侵蝕現(xiàn)象，侵蝕量會(huì)成倍甚至數(shù)十倍的增加，因此，細(xì)溝侵蝕的研究一直是坡面土壤侵蝕研究的重要內(nèi)容。目前，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已對(duì)細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙過程、產(chǎn)沙機(jī)理以及侵蝕影響因素進(jìn)行了大量的研究，并取得了一大批成果。但這些成果大多是建立在以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的定性分析上的，且不同的學(xué)者、不同的試驗(yàn)方法和不同的水力學(xué)參數(shù)得出的結(jié)果不盡相同。本文采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，應(yīng)用相似理論，建立了碎石土沖刷槽試驗(yàn)比尺模型

2、，通過分析細(xì)溝侵蝕影響因子，研究了坡面由片蝕至細(xì)溝侵蝕整個(gè)過程中坡面流水力學(xué)特征變化規(guī)律以及細(xì)溝侵蝕演化規(guī)律，建立了細(xì)溝侵蝕模型。主要研究結(jié)論如下：
　　(1)坡面流速是非常重要的水力學(xué)參數(shù)之一，流量和坡度是平均流速特別顯著的影響因素。隨著流量和坡度的增大，平均流速逐漸增大，但是流量對(duì)流速的貢獻(xiàn)大于坡度對(duì)流速的貢獻(xiàn)。
　　(2)土壤侵蝕量與跌穴發(fā)育存在密切關(guān)系，跌穴平均深寬乘積能夠更好的反映土壤侵蝕規(guī)律。土壤侵蝕量的主要影響

3、因素由大到小依次是時(shí)間、流量、坡度和坡面形態(tài)，其中，時(shí)間和流量是影響坡面侵蝕量的特別顯著因素，侵蝕量隨著時(shí)間、流量以及坡度的增大而增大，起伏的坡面有利于土壤侵蝕。
　　(3)坡面細(xì)溝流屬于急流的范疇，弗勞德數(shù)的變化范圍在0.95-1.57之間，雷諾數(shù)的變化范圍在900-6500之間。當(dāng)坡面流速較小時(shí)，坡面流更接近于層流，但隨著流速的增大，雷諾數(shù)迅速增大，坡面流轉(zhuǎn)化為紊流。弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)均隨著平均流速的增大顯著增大。流量和坡度是影

4、響弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)的兩個(gè)重要因素，流量的影響大于坡度的影響。
　　(4)細(xì)溝演化過程實(shí)際上是坡面跌穴發(fā)育過程。流量、坡度、時(shí)間以及坡面形態(tài)對(duì)坡面跌穴的發(fā)育均有影響，但最主要的因素為沖刷時(shí)間和坡面形態(tài)，沖刷時(shí)間越長、坡面起伏度越大，流量越大，有利于坡面跌穴的形成；坡度越大，越不利于跌穴的形成。坡面起伏度越大，跌穴在坡面發(fā)育的范圍越廣。依據(jù)跌穴發(fā)育特征，將細(xì)溝侵蝕分為片蝕階段、細(xì)溝雛形階段、細(xì)溝發(fā)育階段以及細(xì)溝調(diào)整階段四個(gè)階段。在細(xì)溝

5、演化過程中，片蝕階段和細(xì)溝雛形階段相對(duì)短暫，而細(xì)溝發(fā)育階段在細(xì)溝演化過程中占有重要地位，持續(xù)時(shí)間最長。
　　(5)建立了細(xì)溝侵蝕模型，細(xì)溝侵蝕的臨界條件為坡面水深。細(xì)溝水深隨著流量、溝壁坡度的增大而增大，隨著坡面坡度的增大而減??；流速均隨著流量和坡度的增大而增大。坡面流可搬運(yùn)土粒的直徑隨著坡面坡度、溝壁坡度以及細(xì)溝流量的增大而增大，隨著內(nèi)摩擦角增大而迅速減小。
　　(6)當(dāng)侵蝕速率大于零時(shí)，坡面侵蝕能力隨著坡度的增大而增大；