坡面徑流侵蝕過程試驗研究.pdf

1、本文采用室內(nèi)放水沖刷試驗、水動力學(xué)、土壤侵蝕學(xué)和稀土元素示蹤方法相結(jié)合的方法,系統(tǒng)研究了不同坡度、流量條件下的坡面徑流侵蝕動力變化過程;觀測分析了坡面徑流的流態(tài)、流速、阻力等的時空變化特點;分別用坡面徑流剪切力、坡面徑流能耗動力學(xué)參數(shù)對坡面徑流侵蝕發(fā)生的動力過程進行了研究;并對不同條件下坡面侵蝕的時空變化進行了分析研究。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.在試驗的坡度和流量范圍內(nèi),薄層水流的流速隨時間呈遞減趨勢,當坡度≥18°時流速變化隨試驗時

2、間延長而波動劇烈;就不同坡位的流速而言,上半段流速變化較大,下半坡段流速較為穩(wěn)定。2.在試驗的坡度和流量范圍內(nèi),雷偌數(shù)Re變化范圍在300-1000之間,薄層水流存在由層流到紊流的過渡階段,坡面平均雷偌數(shù)Re隨坡度和流量均呈拋物線形式變化;試驗范圍內(nèi)的坡度臨界值為24°左右和流量臨界值為7.5l/min~8.5 l/min。3.在試驗的坡度和流量范圍內(nèi),徑流佛汝德數(shù)Fr均大于1,最大值為14左右,屬于急流狀態(tài);隨著坡度的增大,徑流佛汝德

3、數(shù)Fr也相應(yīng)增大且Fr隨著試驗時間延長而減小的趨勢也越不明顯;與流量相比,坡度對Fr的影響顯著;當坡度相同時,阻力系數(shù)f均呈先增大后減小的趨勢,該變化可能與坡面侵蝕發(fā)生過程有關(guān)。4.通過室內(nèi)模擬沖刷試驗系統(tǒng)研究了不同土壤的坡面徑流的侵蝕特性并建立了剝蝕率跟徑流剪切力關(guān)系以及剝蝕率與能耗的關(guān)系。結(jié)果表明:產(chǎn)沙隨時間變化過程均呈波形前進并存在1～2個峰值,且顆粒細占的比重越大剝蝕率越大。與徑流剪切力相比,就現(xiàn)狀而言,使用能耗理論來研究土壤侵

4、蝕精度更高。5.利用稀土元素示蹤技術(shù),對細溝發(fā)生侵蝕不同部位的相對產(chǎn)沙量、侵蝕發(fā)生發(fā)展過程和坡面徑流輸沙率隨時間的變化規(guī)律進行了分析。研究表明:在放水沖刷條件下,細溝侵蝕發(fā)生的部位主要在坡上段2m以內(nèi);侵蝕發(fā)生的過程基本為坡面上端50cm首先形成溝形,而后在其下部某處隨機出現(xiàn)跌坎并繼續(xù)發(fā)育直至細溝貫通,與此同時,細溝溝底下切侵蝕劇烈;通過綜合分析相同時間內(nèi)不同流量下的各部分產(chǎn)沙量后發(fā)現(xiàn),在相同坡度下,坡面各部位的產(chǎn)沙貢獻率在8.5l/m