模擬降雨條件下坡面土壤初始解凍深度與水沙響應(yīng)關(guān)系試驗(yàn)研究.pdf

1、一般情況下，水力侵蝕的產(chǎn)生往往伴隨著強(qiáng)降雨過(guò)程。在春季解凍期，雖然降雨量較小，但是由于坡面土壤解凍不完全、入滲能力較差，降水無(wú)法在土層中迅速下滲，降雨的侵蝕能力相對(duì)較強(qiáng)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。本研究以黃綿土為研究對(duì)象，設(shè)置解凍深度和降雨強(qiáng)度兩因子，通過(guò)室內(nèi)凍融試驗(yàn)和模擬降雨試驗(yàn)，探究?jī)梢蜃訉?duì)坡面產(chǎn)流、入滲和產(chǎn)沙的影響，并分析了坡面侵蝕因子與地形因子、侵蝕動(dòng)力因子的關(guān)系。得出以下主要結(jié)論：
　?。?）凍結(jié)作用對(duì)坡面水力侵蝕的影響

2、r>　　在雨強(qiáng)為0.9mm/min、1.2mm/min時(shí)，相比于對(duì)照坡面（CK），凍土坡面（FS）徑流量分別增加了0.35、0.38倍，產(chǎn)沙量分別增加了10.40、6.40倍。凍土坡面（FS）可蝕性是對(duì)照坡面（CK）的6.56～12.44倍。侵蝕泥沙顆粒平均重量直徑的平均值表現(xiàn)為：對(duì)照坡面（CK）＞本底物＞凍土坡面（FS）。在降雨初期，凍土坡面粗顆粒首先被輸移，降雨中后期顆粒組成逐漸接近本底物。
　?。?）降雨強(qiáng)度和初始解凍深度對(duì)

3、坡面徑流、侵蝕的綜合影響
　　降雨強(qiáng)度由0.6mm/min增加到1.2mm/min時(shí)，坡面徑流量增加了2.79～3.63倍，侵蝕量增加了0.78～4.22倍；隨解凍深度的增加，坡面侵蝕量基本呈增加趨勢(shì)，而徑流量呈先增大后減小趨勢(shì)。入滲率隨產(chǎn)流歷時(shí)延長(zhǎng)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，對(duì)比4種模型擬合程度發(fā)現(xiàn)，Horton模型最能夠反映凍融坡面土壤降雨入滲的特征。在小雨強(qiáng)下，初始解凍深度因子對(duì)侵蝕起主導(dǎo)作用，在大雨強(qiáng)時(shí)，降雨強(qiáng)度因子對(duì)侵蝕起主導(dǎo)作用。

4、不同處理下細(xì)溝侵蝕量占坡面總侵蝕量的83.85％～96.83%；累計(jì)徑流量和累計(jì)產(chǎn)沙量間的關(guān)系滿足線性函數(shù)形式。坡面徑流量主要受降雨強(qiáng)度的影響，而坡面侵蝕量主要受降雨強(qiáng)度、降雨強(qiáng)度-解凍深度交互作用的影響。分別建立了坡面徑流量與雨強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式以及坡面侵蝕量與降雨強(qiáng)度、降雨強(qiáng)度-解凍深度交互作用的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。
　?。?）坡面侵蝕地貌因子與侵蝕因子的響應(yīng)關(guān)系。
　　從選擇的8個(gè)參與篩選的地形因子中，確定了坡度、起伏度、切割度作

5、為比較因子。除坡長(zhǎng)、高程變異系數(shù)外，其余地形因子與產(chǎn)流量、侵蝕量均顯著相關(guān)。主成份分析變量結(jié)果顯示，地形因子間重復(fù)信息量較小，地形因子對(duì)地貌的完整表達(dá)近似等同于單一因子對(duì)地貌的表達(dá)之和。徑流量對(duì)地形因子響應(yīng)的敏感程度大于產(chǎn)沙量。
　?。?）坡面土壤剝蝕率與侵蝕動(dòng)力因子間的關(guān)系
　　土壤剝蝕率與水流剪切力、徑流能量、徑流侵蝕功率呈冪函數(shù)相關(guān)關(guān)系，而分別與水流功率、單位水流功率呈對(duì)數(shù)和線性相關(guān)關(guān)系。對(duì)比所有的擬合度發(fā)現(xiàn)，徑流侵蝕

6、功率與土壤剝蝕率的擬合度優(yōu)于其他參數(shù)，因此，在本實(shí)驗(yàn)中，徑流侵蝕功率是描述試驗(yàn)坡面徑流輸沙動(dòng)力學(xué)過(guò)程最好的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)。通過(guò)逐步回歸分析，建立基于初始解凍深度和水流功率的凍融坡面土壤剝蝕率預(yù)測(cè)方程。
　　一般情況下，水力侵蝕的產(chǎn)生往往伴隨著強(qiáng)降雨過(guò)程。在春季解凍期，雖然降雨量較小，但是由于坡面土壤解凍不完全、入滲能力較差，降水無(wú)法在土層中迅速下滲，降雨的侵蝕能力相對(duì)較強(qiáng)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。本研究以黃綿土為研究對(duì)象，設(shè)置解凍深度

7、和降雨強(qiáng)度兩因子，通過(guò)室內(nèi)凍融試驗(yàn)和模擬降雨試驗(yàn)，探究?jī)梢蜃訉?duì)坡面產(chǎn)流、入滲和產(chǎn)沙的影響，并分析了坡面侵蝕因子與地形因子、侵蝕動(dòng)力因子的關(guān)系。得出以下主要結(jié)論：
　　（1）凍結(jié)作用對(duì)坡面水力侵蝕的影響
　　在雨強(qiáng)為0.9mm/min、1.2mm/min時(shí)，相比于對(duì)照坡面（CK），凍土坡面（FS）徑流量分別增加了0.35、0.38倍，產(chǎn)沙量分別增加了10.40、6.40倍。凍土坡面（FS）可蝕性是對(duì)照坡面（CK）的6.56～1

8、2.44倍。侵蝕泥沙顆粒平均重量直徑的平均值表現(xiàn)為：對(duì)照坡面（CK）＞本底物＞凍土坡面（FS）。在降雨初期，凍土坡面粗顆粒首先被輸移，降雨中后期顆粒組成逐漸接近本底物。
　　（2）降雨強(qiáng)度和初始解凍深度對(duì)坡面徑流、侵蝕的綜合影響
　　降雨強(qiáng)度由0.6mm/min增加到1.2mm/min時(shí)，坡面徑流量增加了2.79～3.63倍，侵蝕量增加了0.78～4.22倍；隨解凍深度的增加，坡面侵蝕量基本呈增加趨勢(shì)，而徑流量呈先增大后減小

9、趨勢(shì)。入滲率隨產(chǎn)流歷時(shí)延長(zhǎng)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，對(duì)比4種模型擬合程度發(fā)現(xiàn)，Horton模型最能夠反映凍融坡面土壤降雨入滲的特征。在小雨強(qiáng)下，初始解凍深度因子對(duì)侵蝕起主導(dǎo)作用，在大雨強(qiáng)時(shí)，降雨強(qiáng)度因子對(duì)侵蝕起主導(dǎo)作用。不同處理下細(xì)溝侵蝕量占坡面總侵蝕量的83.85%～96.83%；累計(jì)徑流量和累計(jì)產(chǎn)沙量間的關(guān)系滿足線性函數(shù)形式。坡面徑流量主要受降雨強(qiáng)度的影響，而坡面侵蝕量主要受降雨強(qiáng)度、降雨強(qiáng)度-解凍深度交互作用的影響。分別建立了坡面徑流量與雨

10、強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式以及坡面侵蝕量與降雨強(qiáng)度、降雨強(qiáng)度-解凍深度交互作用的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。
　?。?）坡面侵蝕地貌因子與侵蝕因子的響應(yīng)關(guān)系。
　　從選擇的8個(gè)參與篩選的地形因子中，確定了坡度、起伏度、切割度作為比較因子。除坡長(zhǎng)、高程變異系數(shù)外，其余地形因子與產(chǎn)流量、侵蝕量均顯著相關(guān)。主成份分析變量結(jié)果顯示，地形因子間重復(fù)信息量較小，地形因子對(duì)地貌的完整表達(dá)近似等同于單一因子對(duì)地貌的表達(dá)之和。徑流量對(duì)地形因子響應(yīng)的敏感程度大于產(chǎn)沙量。<