不同控制截排水布置方式下坡面產(chǎn)流-產(chǎn)沙過(guò)程的模擬研究.pdf

1、坡面水土流失是坡面侵蝕的必然結(jié)果，而無(wú)論是在流域自然階地形成的非連續(xù)性坡面或者開(kāi)挖過(guò)程中形成的連續(xù)坡面，一定強(qiáng)度的降雨過(guò)程中，坡面土壤本身不同水流入滲率及土粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)特性會(huì)使坡面表現(xiàn)出不同徑流變化規(guī)律及產(chǎn)流產(chǎn)沙相應(yīng)機(jī)制，并造成土壤顆粒、泥沙沉淀搬運(yùn)及攜帶氮磷養(yǎng)分輸出相互制約影響的過(guò)程，而坡面截排水溝的布置形成的水系結(jié)構(gòu)結(jié)合池、凼配套的蓄水體系，對(duì)于實(shí)現(xiàn)坡面侵蝕減少、水土流失控制及季節(jié)性農(nóng)業(yè)用水調(diào)節(jié)效果已經(jīng)有較成熟的示范驗(yàn)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(shè)計(jì)難題，本研究在認(rèn)識(shí)自然水文系統(tǒng)的水流流動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，為改善坡面水系分段攔蓄徑流泥沙的調(diào)控效益，設(shè)計(jì)以改變坡面水流出流過(guò)程而布置的土槽模型坡面，以無(wú)截排水布置坡面(CK)為對(duì)照，借助人工模擬降雨試驗(yàn)，對(duì)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(chǎn)沙產(chǎn)流過(guò)程的影響機(jī)制和作用效果，發(fā)現(xiàn)截排溝的布置會(huì)通過(guò)分段截留、階段性排水時(shí)間差改變坡面單位徑流量過(guò)程變化，且

3、在徑流率變化過(guò)程中坡面不同粒級(jí)顆粒選擇性搬運(yùn)以保持坡面土壤微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)坡面截流及攔沙效益，并最后表現(xiàn)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(shí)通過(guò)交互性試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，匯流與分流不同的控制截排水效果隨坡度的變化也表現(xiàn)出相異的變化規(guī)律，并在不同用地類型坡面存在不同對(duì)比關(guān)系。
　　本研究主要內(nèi)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(shí)間內(nèi)急劇增加，延緩

4、增加歷時(shí)至21min，降低徑流增長(zhǎng)速度31.16％～60.03％，增加徑流率隨徑流歷時(shí)變化的對(duì)數(shù)擬合系數(shù)(R2＞0.85)實(shí)現(xiàn)徑流過(guò)程的穩(wěn)定分配，同時(shí)通過(guò)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(tuán)聚體變化的臨界粒級(jí)(5um)，具體表現(xiàn)為T(mén)1較T2不僅更能顯著的減小微團(tuán)聚體變化的臨界粒級(jí)，泥沙富集率變化范圍顯著減小為0.576～1.563，保持大粒級(jí)微團(tuán)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(xiàn)為T(mén)1＞T2，說(shuō)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(shí)的變化波動(dòng)程度及減小坡面徑流養(yǎng)分的平均流失量。⑵由于土壤結(jié)構(gòu)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(chǎn)沙產(chǎn)流動(dòng)態(tài)過(guò)程表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，在5°～10°坡面，T2在減弱因大粒級(jí)相對(duì)增加“粗骨?！爆F(xiàn)象時(shí)，又不造成小粒級(jí)微團(tuán)聚體的大量減少，T1、T2在于減小1000-50um粒級(jí)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(dāng)坡度增加到15°坡面呈現(xiàn)相反規(guī)律，由此可以表明，在荒草地坡面截排水方式對(duì)減流減沙機(jī)制的影響并不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中T1有利于減小排水因子與坡度因子的交互效應(yīng)對(duì)徑流產(chǎn)生的影響，T2更有利于消減坡度與排水因子對(duì)產(chǎn)沙過(guò)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(duì)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(duì)土壤徑流分配調(diào)節(jié)效果在5～10°的緩坡較明顯，徑流率與降雨歷時(shí)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(xiàn)中小粒級(jí)微團(tuán)聚體不同位置的差異性沉降，T1、T2排水因子使得坡面產(chǎn)流過(guò)程與產(chǎn)沙過(guò)程均會(huì)出現(xiàn)明顯的一致性，但T1由于能保持土壤復(fù)粒及單粒的階段的沉積和補(bǔ)充，有利于調(diào)節(jié)有效養(yǎng)分輸出濃度變化。故為實(shí)現(xiàn)