不同控制截排水布置方式下坡面產流-產沙過程的模擬研究.pdf

1、坡面水土流失是坡面侵蝕的必然結果，而無論是在流域自然階地形成的非連續(xù)性坡面或者開挖過程中形成的連續(xù)坡面，一定強度的降雨過程中，坡面土壤本身不同水流入滲率及土粒團聚結構特性會使坡面表現出不同徑流變化規(guī)律及產流產沙相應機制，并造成土壤顆粒、泥沙沉淀搬運及攜帶氮磷養(yǎng)分輸出相互制約影響的過程，而坡面截排水溝的布置形成的水系結構結合池、凼配套的蓄水體系，對于實現坡面侵蝕減少、水土流失控制及季節(jié)性農業(yè)用水調節(jié)效果已經有較成熟的示范驗證，但在暴雨情況

2、下坡面水系排水沉沙效果不佳仍然是坡面截排水布置的設計難題，本研究在認識自然水文系統(tǒng)的水流流動方式的基礎上，為改善坡面水系分段攔蓄徑流泥沙的調控效益，設計以改變坡面水流出流過程而布置的土槽模型坡面，以無截排水布置坡面(CK)為對照，借助人工模擬降雨試驗，對比探究坡面集中匯流(T1)和分散分流(T2)兩種不同的控制排水措施下的坡面產沙產流過程的影響機制和作用效果，發(fā)現截排溝的布置會通過分段截留、階段性排水時間差改變坡面單位徑流量過程變化，且

3、在徑流率變化過程中坡面不同粒級顆粒選擇性搬運以保持坡面土壤微團粒結構實現坡面截流及攔沙效益，并最后表現在徑流泥沙氮磷輸出濃度減小及全量養(yǎng)分和有效性養(yǎng)分隨徑流泥沙流失特征的控污效果。同時通過交互性試驗研究發(fā)現，匯流與分流不同的控制截排水效果隨坡度的變化也表現出相異的變化規(guī)律，并在不同用地類型坡面存在不同對比關系。
　　本研究主要內容包括：⑴在坡耕地土壤坡面，T1、T2均能顯著減緩徑流變化率，相較CK消弱徑流率在短時間內急劇增加，延緩

4、增加歷時至21min，降低徑流增長速度31.16％～60.03％，增加徑流率隨徑流歷時變化的對數擬合系數(R2＞0.85)實現徑流過程的穩(wěn)定分配，同時通過減小泥沙富集率變化范圍顯著消弱徑流挾沙能力，減低土壤流失微團聚體變化的臨界粒級(5um)，具體表現為T1較T2不僅更能顯著的減小微團聚體變化的臨界粒級，泥沙富集率變化范圍顯著減小為0.576～1.563，保持大粒級微團聚體，這有利于全量養(yǎng)分流失量受坡度因子影響程度減小，但徑流中養(yǎng)分如全

5、氮及有效氮的平均輸出濃度均表現為T1＞T2，說明T1有利于減小泥沙中各形態(tài)氮磷流失富集比，而T2有利于消弱徑流各形態(tài)氮磷輸出濃度隨徑流歷時的變化波動程度及減小坡面徑流養(yǎng)分的平均流失量。⑵由于土壤結構的改變和土壤抗蝕能力的提高，土粒在徑流發(fā)生更多的沉積，荒草地產沙產流動態(tài)過程表現出不同的變化規(guī)律，在5°～10°坡面，T2在減弱因大粒級相對增加“粗骨粒”現象時，又不造成小粒級微團聚體的大量減少，T1、T2在于減小1000-50um粒級土粒的

6、崩解遷移(11.31％，21.78％)，且T2相較CK減小徑流率51.72％、58.95％，減流效果較T1明顯，當坡度增加到15°坡面呈現相反規(guī)律，由此可以表明，在荒草地坡面截排水方式對減流減沙機制的影響并不存在對應關系，其中T1有利于減小排水因子與坡度因子的交互效應對徑流產生的影響，T2更有利于消減坡度與排水因子對產沙過程的影響，從而使T1坡面徑流全量養(yǎng)分在隨徑流流失量相對較小，而有效性氮和有效磷的徑流與泥沙中的平均流失總量在分流(T

7、2)措施下較CK減小程度更大。⑶在有林地土壤坡面，T1、T2對土壤徑流分配調節(jié)效果在5～10°的緩坡較明顯，徑流率與降雨歷時擬合程度較高，而兩種控制排水方式消減徑流含沙率峰值的效果并不明顯且兩者之間不存在顯著差異，在林地土粒本身較重條件下容易出現中小粒級微團聚體不同位置的差異性沉降，T1、T2排水因子使得坡面產流過程與產沙過程均會出現明顯的一致性，但T1由于能保持土壤復粒及單粒的階段的沉積和補充，有利于調節(jié)有效養(yǎng)分輸出濃度變化。故為實現