花崗巖區(qū)崩壁土體水力侵蝕特征研究.pdf

1、本文選取湖北省咸寧市通城縣五里鎮(zhèn)一發(fā)育典型的花崗巖區(qū)崩壁作為研究對象，采集崩壁A層、B層、BC層、C層土樣，開展模擬降雨試驗和沖刷試驗。研究花崗巖區(qū)崩壁土體的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征、可蝕性空間變化特征、抗沖性影響因素和水動力學(xué)侵蝕特征。進而揭示花崗巖區(qū)崩壁各層次土體侵蝕的產(chǎn)流產(chǎn)沙機理、抗侵蝕性能和水力侵蝕規(guī)律。為崩壁水蝕過程研究和模型建立奠定基礎(chǔ)，為豐富崩崗侵蝕理論、有效治理崩崗提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。研究結(jié)果如下:
　　(1)花崗巖區(qū)崩壁

2、各層次土體入滲率和累積入滲量在整個降雨時間段內(nèi)差異顯著。隨著降雨時間的延長，各層次土體入滲率均表現(xiàn)出先快速減小后逐漸趨于穩(wěn)定，累積入滲量則相差越來越大;B層的穩(wěn)定入滲率最大為0.27mm/min，是A層的1.13倍，C層的1.76倍;Horton模型能對各層次土體入滲率很好的擬合(R2＞0.922)，且擬合結(jié)果證實了模擬降雨條件下各層次土體入滲率隨時間的變化規(guī)律。
　　(2)降雨條件下花崗巖區(qū)崩壁各層次土體產(chǎn)沙率和累積產(chǎn)沙量在整個

3、降雨時間段內(nèi)差異顯著。C層平均產(chǎn)沙率為40.43g/L·min，是B層的1.79倍，A層的3.11倍;B層的累積產(chǎn)沙量增加較快，A層的累積產(chǎn)沙量較緩慢增長，C層的累積產(chǎn)沙量在整個降雨時間段內(nèi)不斷增加且遠遠大于A層和B層的累積產(chǎn)沙量。各層次土體＜0.2mm粒徑的流失量最多，0.2～1mm粒徑次之，＞1mm粒徑流失量最小;隨著降雨時間的延長，A層各粒徑流失量均逐漸減小，B層各粒徑流失量逐漸增多，C層各粒徑流失量逐漸趨于穩(wěn)定。
　　(3

4、)沖刷條件下花崗巖區(qū)崩壁各層次土體產(chǎn)沙率存在很大差異，產(chǎn)沙率變化規(guī)律和降雨條件下一致，C層產(chǎn)沙率最大，BC層次之，A層最小;同一流量下，各層次土體產(chǎn)沙率均隨沖刷時間的延長逐漸降低并趨于穩(wěn)定，同一坡度下，土體產(chǎn)沙率隨徑流流量的增大而增大;產(chǎn)沙率受坡度和流量的復(fù)合影響且可用二元冪函數(shù)方程很好的擬合(R2＞0.878)。其中，坡度對A層、B層、BC層產(chǎn)沙率的影響大于流量，而C層反之。
　　(4)花崗巖區(qū)崩壁各層次土體可蝕性差異顯著，C層

5、平均K值最大，是A層的1.20倍，B層的1.03倍;諾莫法估算的各層次土壤的可蝕性K比值與40min每層土的穩(wěn)定產(chǎn)沙率之比最接近，諾莫法估算各層次土壤可蝕性K值的靈敏度最高，為修正諾莫的1.5倍，EPIC模型法的6倍。因此，針對花崗巖區(qū)崩壁土體可采用諾莫法準(zhǔn)確評價土壤可蝕性K值。
　　(5)花崗巖區(qū)崩壁各層次土體抗沖指數(shù)差異明顯，且均隨流量和坡度的增大逐漸減小，A層抗沖指數(shù)變化范圍是2.603～12.705S/g，B層抗沖指數(shù)變化

6、范圍是0.279～5.099S/g，BC層抗沖指數(shù)變化范圍是0.125～0.823S/g，C層抗沖指數(shù)變化范圍是0.018～0.110S/g，在同一坡度和流量條件下，A層的抗沖指數(shù)最大，B層次之，C層最小，各層次土體抗沖指數(shù)與坡度、流量的關(guān)系能用二元冪函數(shù)方程很好地擬合(R2＞0.89)。崩壁各層次土體理化性質(zhì)、礦物組成及力學(xué)特性對抗沖性均有影響。其中，土體容重、有機質(zhì)含量、粘聚力及抗剪強度與崩壁土體抗沖性呈顯著正相關(guān)，而0.2～0.0

7、2mm顆粒含量與崩壁土體抗沖性呈顯著負相關(guān)，且相關(guān)性均較高。因此，土體容重、有機質(zhì)含量、0.2～0.02mm顆粒含量、粘聚力和抗剪強度均可作為花崗巖區(qū)崩壁土體抗沖性的評價指標(biāo)。
　　(6)徑流剪切力、水流功率對崩壁各層次土體產(chǎn)沙率的影響均可采用線性方程很好地描述(R2＞0.926)，相比用單位水流功率擬合的多項式方程的相關(guān)性(R2＜0.830)要高，徑流剪切力和水流功率均可作為描述崩崗各層次土體土壤侵蝕的水動力學(xué)參數(shù)。A層、B層、