片沙覆蓋黃土坡面水蝕過程研究.pdf

1、水蝕風(fēng)蝕交錯帶是黃土高原土壤侵蝕最為劇烈的地區(qū)，該區(qū)域冬春季以風(fēng)蝕為主，夏秋季以水蝕為主，土壤侵蝕在時間上交錯，空間上疊加。劇烈的侵蝕是其成為黃河泥沙的主要源區(qū)—多沙粗沙區(qū)，也是下游河床粗泥沙的主要源區(qū)。片沙覆蓋黃土丘陵是水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)典型的地貌類型，由于風(fēng)力、地形及地被物的影響，片沙覆蓋坡面覆沙厚度、沙層空間分布、覆沙坡面大小、沙層粒徑組成等方面都存在差異，研究該區(qū)內(nèi)不同覆沙條件下的土壤侵蝕特征可對水蝕風(fēng)蝕交錯帶水土流失的預(yù)報及防治提

2、供理論依據(jù)。
　　本論文以不同覆沙條件的覆沙黃土坡面為研究對象，基于野外調(diào)查與室內(nèi)模擬降雨試驗，結(jié)合降雨過程中的近景攝影技術(shù)，研究不同覆沙方式、覆沙厚度、粒徑組成和不同坡長覆沙坡面下沙土二元結(jié)構(gòu)坡面產(chǎn)匯流、侵蝕產(chǎn)沙及坡面侵蝕動力過程的特征，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)分析了不同覆沙厚度和粒徑組成的覆沙黃土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程:覆沙黃土坡面較無覆沙黃土坡面的初始產(chǎn)流時間明顯延長，產(chǎn)流速率和產(chǎn)流量減小，產(chǎn)沙速率和產(chǎn)沙量增大，降雨過

3、程中產(chǎn)流產(chǎn)沙波動性增大，且這些變化隨覆沙厚度增加而明顯加強;沙層粒徑組成在不同覆沙厚度下對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響不同，2 cm覆沙厚度坡面在降雨前期隨粒徑變粗產(chǎn)流產(chǎn)沙呈增大趨勢，降雨后期無明顯變化;5cm覆沙厚度坡面隨沙層粒徑變粗產(chǎn)流速率呈增加趨勢，降雨前期粗粒徑覆沙坡面的侵蝕速率高于細粒徑沙層坡面，降雨后期恰好相反;10cm覆沙厚度的坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙隨沙層粒徑組成變化不明顯。典型覆沙黃土坡面的產(chǎn)流過程為雨水垂直入滲—沙土界面潛流—沙層邊緣滲流

4、—地表徑流，產(chǎn)沙過程為沙層邊緣滲流侵蝕—沙層坍塌重力侵蝕—地表徑流輸移，明顯不同于無覆沙黃土坡面的超滲產(chǎn)流方式及濺蝕—片蝕—細溝侵蝕的侵蝕發(fā)展過程。覆沙坡面的流速波動性大于黃土坡面。粒徑組成較細的覆沙坡面的坡面流速明顯大于粒徑較粗的覆沙坡面的坡面流速，粒徑組成較細的覆沙坡面侵蝕速率小于粒徑較粗的覆沙坡面的侵蝕速率。坡面流速與侵蝕速率在降雨前期呈同增同減，在降雨后期流速波動變化并趨于穩(wěn)定，侵蝕速率明顯減小。
　　(2)分析了不同覆沙

5、方式的覆沙坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程:無覆沙黃土坡面的產(chǎn)流快，隨雨強增大，產(chǎn)流速率與侵蝕速率均明顯增大，隨坡度增大，產(chǎn)流速率和侵蝕速率均有先增大后減小的趨勢。無覆沙黃土坡面在不同條件下產(chǎn)流速率均小于降雨強度;隨覆沙方式變化，初始產(chǎn)流時間有明顯差異，順坡變厚和順坡變薄的產(chǎn)流時間較平鋪坡面短。順坡變薄的產(chǎn)流速率在產(chǎn)流初期明顯大于順坡變厚和平鋪坡面的產(chǎn)流速率，產(chǎn)流后期則小于后者，覆沙坡面產(chǎn)流速率峰值出現(xiàn)大于降雨強度的現(xiàn)象。各覆沙方式下累積徑流量整體表現(xiàn)

6、為順坡變薄＞順坡變厚＞平鋪坡面;順坡變薄覆沙方式的侵蝕開始早，侵蝕速率隨降雨歷時延長先增大后減小。平鋪坡面覆沙方式的侵蝕以溯源侵蝕為主，侵蝕速率明顯大于順坡變薄的侵蝕速率。順坡變厚覆沙方式的侵蝕速率隨降雨歷時的變化表現(xiàn)為短時間迅速增大后迅速減小。各覆沙方式下短歷時降雨的累積侵蝕量為順坡變薄＞順坡變厚＞平鋪坡面，長歷時降雨的累積侵蝕量為順坡變薄＜順坡變厚＜平鋪坡面;平鋪覆沙坡面的流速最大，波動性也最大。順坡變薄覆沙坡面的流速最小，波動性也

7、最小。變薄坡面，降雨前期侵蝕速率增加，坡面流速增大，達到峰值后，侵蝕速率逐漸減小并趨于穩(wěn)定，坡面流速波動變化并趨于穩(wěn)定。順坡變厚和平鋪坡面，降雨初期侵蝕速率短時間內(nèi)達到峰值后開始下降，坡面流速逐漸增大。產(chǎn)流后期侵蝕速率減小并趨于穩(wěn)定，坡面流速波動變化并趨于穩(wěn)定。
　　(3)分析了不同坡長的覆沙坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程:3m坡長覆沙坡面的初始產(chǎn)流時間較1.1m坡長覆沙坡面的初始產(chǎn)流時間明顯提前;坡度為10°和20°時，長坡度覆沙坡面的產(chǎn)流速

8、率明顯大于1.1m坡長短坡長覆沙坡面的產(chǎn)流速率，坡度為30°時，長坡長覆沙坡面的產(chǎn)流速率在產(chǎn)流前期較大，明顯大于短坡長覆沙坡面的產(chǎn)流速率，在產(chǎn)流后期，坡長對產(chǎn)流速率的影響不明顯。短坡長覆沙坡面的產(chǎn)流速率波動性較小，長坡長覆沙坡面的產(chǎn)流速率波動較大;長坡長覆沙坡面侵蝕速率在降雨過程中的變化趨勢與短坡長覆沙坡面侵蝕速率的變化趨勢呈現(xiàn)出一致性，與短坡長覆沙坡面的侵蝕速率相比，長坡長覆沙坡面的侵蝕速率明顯較高。長坡長覆沙坡面的侵蝕速率在降雨前期