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)系試驗研究.pdf

1、一般情況下，水力侵蝕的產(chǎn)生往往伴隨著強降雨過程。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，降水無法在土層中迅速下滲，降雨的侵蝕能力相對較強，將導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。本研究以黃綿土為研究對象，設(shè)置解凍深度和降雨強度兩因子，通過室內(nèi)凍融試驗和模擬降雨試驗，探究兩因子對坡面產(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、侵蝕動力因子的關(guān)系。得出以下主要結(jié)論：
　?。?）凍結(jié)作用對坡面水力侵蝕的影響

2、r>　　在雨強為0.9mm/min、1.2mm/min時，相比于對照坡面（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。
　?。?）降雨強度和初始解凍深度對

3、坡面徑流、侵蝕的綜合影響
　　降雨強度由0.6mm/min增加到1.2mm/min時，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，而徑流量呈先增大后減小趨勢。入滲率隨產(chǎn)流歷時延長呈波動下降趨勢，對比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。在小雨強下，初始解凍深度因子對侵蝕起主導(dǎo)作用，在大雨強時，降雨強度因子對侵蝕起主導(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%；累計徑流量和累計產(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度的影響，而坡面侵蝕量主要受降雨強度、降雨強度-解凍深度交互作用的影響。分別建立了坡面徑流量與雨強的經(jīng)驗關(guān)系式以及坡面侵蝕量與降雨強度、降雨強度-解凍深度交互作用的經(jīng)驗關(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、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，地形因子對地貌的完整表達(dá)近似等同于單一因子對地貌的表達(dá)之和。徑流量對地形因子響應(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、單位水流功率呈對數(shù)和線性相關(guān)關(guān)系。對比所有的擬合度發(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，在本實驗中，徑流侵蝕功率是描述試驗坡面徑流輸沙動力學(xué)過程最好的水動力學(xué)參數(shù)。通過逐步回歸分析，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)測方程。
　　一般情況下，水力侵蝕的產(chǎn)生往往伴隨著強降雨過程。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，降水無法在土層中迅速下滲，降雨的侵蝕能力相對較強，將導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。本研究以黃綿土為研究對象，設(shè)置解凍深度

7、和降雨強度兩因子，通過室內(nèi)凍融試驗和模擬降雨試驗，探究兩因子對坡面產(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、侵蝕動力因子的關(guān)系。得出以下主要結(jié)論：
　?。?）凍結(jié)作用對坡面水力侵蝕的影響
　　在雨強為0.9mm/min、1.2mm/min時，相比于對照坡面（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。
　?。?）降雨強度和初始解凍深度對坡面徑流、侵蝕的綜合影響
　　降雨強度由0.6mm/min增加到1.2mm/min時，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，而徑流量呈先增大后減小

9、趨勢。入滲率隨產(chǎn)流歷時延長呈波動下降趨勢，對比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。在小雨強下，初始解凍深度因子對侵蝕起主導(dǎo)作用，在大雨強時，降雨強度因子對侵蝕起主導(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%；累計徑流量和累計產(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度的影響，而坡面侵蝕量主要受降雨強度、降雨強度-解凍深度交互作用的影響。分別建立了坡面徑流量與雨

10、強的經(jīng)驗關(guān)系式以及坡面侵蝕量與降雨強度、降雨強度-解凍深度交互作用的經(jīng)驗關(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、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，地形因子對地貌的完整表達(dá)近似等同于單一因子對地貌的表達(dá)之和。徑流量對地形因子響應(yīng)的敏感程度大于產(chǎn)沙量。<