紫色土丘陵區(qū)新改土侵蝕特征研究.pdf

1、在中國西南丘陵地區(qū)，坡耕地作為一項重要的國土資源，是人類賴以生存的重要的生產(chǎn)資料，也是水土流失最為嚴重的耕地類型。紫色土丘陵區(qū)的坡耕地由于受到人類活動等因素的影響，其水土流失過程變得更加復(fù)雜。在這些人類活動因素中，耕作田塊修筑是通過坡改梯等工程措施減緩原坡耕地坡度，從而有效控制其水土流失，但其效果需要一定年限才可實現(xiàn)。在紫色土丘陵區(qū)，坡式梯田是該區(qū)域最常見的一種耕作田塊修筑形式。因此，這種剛經(jīng)過工程改造工序且處于土體非穩(wěn)定期的“新改土”

2、的水土流失特征具有非常重要的研究意義。目前，對紫色土丘陵區(qū)坡地的水土流失特征已經(jīng)進行了大量研究，主要集中在坡度、雨強、礫石含量和耕作方式等對地表侵蝕過程的影響，而通過上方來水試驗研究侵蝕特征多集中于黃土區(qū)坡面和工礦堆積體，且上述研究多針對穩(wěn)定土體進行室內(nèi)模擬研究，缺乏對土地整理工程改造后處于非穩(wěn)定期新改土侵蝕特征的研究。本研究以紫色土丘陵區(qū)處于非穩(wěn)定期的新改土為研究對象，利用野外放水沖刷試驗并結(jié)合室內(nèi)實驗測定的方法，采用3個不同的上方來

3、水流量（30 L/min、15 L/min和5 L/min）對重慶紫色土丘陵區(qū)不同坡長（5 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m）新改土坡面侵蝕特性進行研究。深入分析了紫色土丘陵區(qū)新改土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律、坡面水動力學(xué)特征和土壤物理性質(zhì)特征，建立新改土坡面水沙關(guān)系方程及坡面侵蝕臨界坡長。主要研究結(jié)果如下：
　　1.新改土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律
　　新改土10°坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征為產(chǎn)流率隨著放水沖刷過程的變化趨勢為增長

4、期-穩(wěn)定發(fā)展期和波動變化期-穩(wěn)定發(fā)展期，產(chǎn)沙率變化趨勢為波動變化?穩(wěn)定發(fā)展。上方來水流量和坡長均為紫色土丘陵區(qū)新改土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響因素。產(chǎn)流產(chǎn)沙均隨著上方來水流量的增大而增大，坡長的影響規(guī)律較為復(fù)雜，其中20 m和30 m坡長是影響10°新改土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的臨界坡長，在小和中上方來水流量（5和15 L/min）下，20 m和30 m坡長的坡面水土保持效果較好，而在大上方來水流量（30 L/min）下的影響效果則反之。新改土坡面累積產(chǎn)

5、沙量與累積產(chǎn)流量呈極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系。
　　2.新改土坡面徑流水動力學(xué)特性
　　上方來水流量和坡長均為紫色土丘陵區(qū)新改土坡面水動力學(xué)參數(shù)的影響因素。不同坡長坡面的水動力學(xué)參數(shù)在不同上方來水流量下影響效果各不相同，其均隨坡長的增加呈波動變化趨勢，其中在大和中上方來水流量（30和15 L/min）下波動幅度較大，5 L/min上方來水流量下較緩。試驗條件下新改土坡面徑流型態(tài)最終均處于層流緩流狀態(tài)。與坡長相比，上方來水流量對坡

6、面雷諾數(shù)、徑流剪切力和徑流功率的影響更顯著。上方來水流量與雷諾數(shù)和徑流剪切力均呈二次曲線函數(shù)關(guān)系，與徑流功率呈線性方程函數(shù)關(guān)系。坡長的影響規(guī)律較為復(fù)雜，其中20 m和30 m坡長是影響10°新改土坡面平均流速、雷諾數(shù)和弗汝德數(shù)變化特征的重要臨界點。坡長比上方來水流量對徑流流速的影響更大，坡長與平均流速呈三次曲線函數(shù)變化關(guān)系。各水動力學(xué)參數(shù)與新改土坡面侵蝕產(chǎn)沙量均有一定關(guān)系，其中徑流功率對坡面侵蝕產(chǎn)沙量影響最大，與產(chǎn)沙量呈二次曲線函數(shù)關(guān)系

7、。
　　3.新改土坡面土壤物理特性的侵蝕響應(yīng)
　　不同流水強度的侵蝕作用對紫色土丘陵區(qū)10°新改土坡面土壤物理特性的影響表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。各放水流量沖刷后10~30 m坡長礫石含量主要呈增加變化，其余主要呈減小趨勢。土壤機械組成的空間分布特征主要表現(xiàn)為，上坡位置表層土壤粘粒及粉粒含量減小，砂粒含量增加；中坡位置粘粒和粉粒增加，砂粒減少；下坡位置粘粒和砂粒增加，粉粒減少。與穩(wěn)定耕地相比，新改土的土壤顆粒配級不均勻，但放水前

8、后對土壤顆粒分形維數(shù)的影響較小。
　　放水后新改土的團聚體破壞率主要呈增加變化，各小區(qū)的大團聚體多數(shù)受到了破壞，其變化范圍為-0.92％（20 m上坡位）~2.88%（10 m下坡位）；不同上方來水流量沖刷前后新改土＜0.02 mm土粒團聚度的變化率主要呈增加趨勢，其變化率為-0.9（20 m中）~45.31（5 m下），其二者變化幅度隨上方來水流量的增大分別呈增大和減小趨勢，隨坡長波動變化，隨坡位變化的規(guī)律不明顯。新改土容重在坡

9、長為5~30m小區(qū)主要呈現(xiàn)增加趨勢，增加幅度為0.01~0.20 g/cm3；而40 m和50 m呈減小趨勢，變化幅度為-0.01~-0.18 g/cm3。放水后土壤總孔隙度和非毛管孔隙度表現(xiàn)以下降為主，降幅分別為0.14%~10.67%和0.12%~6.27%?？偪紫抖群头敲芸紫抖鹊淖兎S坡長的增加呈先減少后增加的趨勢，其中10 m和20 m是其趨勢變化的轉(zhuǎn)折點。
　　不同坡長新改土的土壤含水量主要呈增加趨勢，變化值隨著坡長

10、的增加呈波動變化，其中10m坡長小區(qū)增幅最小為0.5%~4.8%，30 m增幅最大為5.63%~9.32%；各小區(qū)土壤含水量變化值在上方來水量為15 L/min時表現(xiàn)較大；增幅隨著上中下的坡位變化順序主要呈降低趨勢。放水后不同坡長新改土的總庫容和興利庫容主要呈減少趨勢，且隨坡長的增加均呈波動變化，其中30 m坡長下坡總庫容降幅最大為25.58 t/hm2，20 m中坡坡長的新改土降幅最大為21.92 t/hm2。
　　綜上所述，不