小型沖蝕槽設(shè)計中水力學(xué)參數(shù)獲取及沖蝕試驗效果.pdf

1、我國紅壤丘陵區(qū)開發(fā)利用強度大，土壤侵蝕成為該區(qū)土地退化的重要形式之一，水力侵蝕是該區(qū)土壤侵蝕的主要類型。研究薄層水流水力學(xué)特性，是研究水力侵蝕機理的基礎(chǔ)。近年來利用實驗室裝置室內(nèi)模擬坡面薄層水流來弄清楚坡面流水力學(xué)規(guī)律的試驗研究越來越受到重視。本文依據(jù)前人研究結(jié)果，設(shè)計一種小型變坡定床沖蝕水槽，通過坡面流水力學(xué)特性試驗以及粗顆粒泥沙(團聚體)在坡面流下的輸移過程沖蝕試驗來驗證該裝置的可靠性和實用性，試驗取得的主要結(jié)果如下：
　　

2、 (1)各水力學(xué)參數(shù)均達到設(shè)計值，能滿足侵蝕試驗要求，且與其他研究者研究結(jié)果在同一范圍。該沖蝕水槽性能可靠，不同坡度及流量對各個水力學(xué)參數(shù)具有極顯著影響，坡面水流沖蝕試驗結(jié)果同其他研究者相比具有一致性。
　　 (2)坡面流流態(tài)主要以過渡流和紊流為主，通過佛汝德數(shù)Fr可知試驗范圍內(nèi)坡面流全部為急流狀態(tài)，層流和緩流很少出現(xiàn)；對于雷諾數(shù)Re來說，主要受流量影響，二者呈現(xiàn)極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系且與坡度無關(guān)；佛汝德數(shù)Fr可表示為坡度和流量

3、的冪函數(shù)，擬合方程達到極顯著水平，且坡度對Fr的影響要大于流量。Fr與Re呈現(xiàn)顯著的冪函數(shù)關(guān)系，坡度對二者之間關(guān)系影響較大。
　　 (3)坡面流流速、平均水深和阻力系數(shù)均可表示為坡度和流量的冪函數(shù)方程，流量對三個參數(shù)影響均大于坡度，坡度對平均水深的影響要略大于對平均流速影響?？梢灾苯永昧魉俅笮眚炞C坡面流是急流還是緩流；而利用流速判斷坡面流是層流還是紊流則需要考慮不同的坡度影響。一定坡度下阻力系數(shù)f與雷諾數(shù)Re和佛汝德數(shù)Fr均

4、呈冪函數(shù)負相關(guān)關(guān)系。
　　 (4)隨著坡度和流量的增加，水流剪切力、水流功率、單位水流功率三個參數(shù)均呈冪函數(shù)增加趨勢，坡度對三個參數(shù)的影響程度要大于流量；與水流剪切力、水流功率和單位水流功率相關(guān)性能達到極顯著水平的基本水力學(xué)參數(shù)是坡面流平均流速和佛汝德數(shù)Fr，在本試驗研究范圍內(nèi)無論從力或是能量角度分析，反映水流流態(tài)的佛汝德數(shù)Fr是表征坡面流侵蝕力的最佳基本水力學(xué)參數(shù)。
　　 (5)不同坡度流量下坡面水流對團聚體輸移過程中

5、剝蝕程度有極顯著差異，坡度的影響要大于流量，一定流量下團聚體的剝蝕程度隨著坡度的增大而增加。緩坡條件(<26.8％)下，團聚體剝蝕程度隨著流量的增加出現(xiàn)減小趨勢；陡坡條件下隨著流量的增加團聚體剝蝕先減小后增大，二者呈拋物線擬合關(guān)系。從物理意義上看坡面流阻力系數(shù)和平均深度是表征坡面流輸移過程中粗顆粒泥沙(團聚體)侵蝕狀況的最佳水力學(xué)參數(shù)。坡面流綜合性動力學(xué)參數(shù)水流剪切力和水流功率與泥沙輸移過程下剝蝕程度的相關(guān)性均不顯著。用平均水流深度與坡