人工模拟冲刷条件下紫色土坡面径流及流速特征分析

摘要

水流冲刷情况下会携带大量泥沙，造成水土流失和土壤侵蚀，而且水流侵蚀的能力和搬运泥沙的能力远大于雨滴打击的侵蚀力和搬运力，因此研究水流冲刷条件下径流对作用面产生的影响具有现实意义。坡面径流和流速之间相互影响、相互作用，同时又受流量和坡度等外界条件的影响。本试验以坡耕地紫色土为研究对象，采用室内放水冲刷的方法在尺寸为3m×0.2m×0.4m的土槽上进行坡面径流及流速特征研究，分别在4个坡度（2°、4°、8°、10°）和3个流量（1，2，4L/min）控制条件下研究紫色土坡面径流及流速变化特征，计算得到不同冲刷条件对坡面径流和流速的影响作用以及其间的耦合作用。本研究对于揭示坡耕地紫色土坡面土壤侵蚀过程及其内在规律、建立土壤侵蚀物理模型、提高土壤侵蚀预测和预报水平具有重要的理论意义和较高的实用性价值。
　　本研究得到以下结论：
　　（1）随坡度和放水流量的增加，径流初始产流时间呈现出缩短的规律，且不同坡度、放水流量条件下，径流初始产流时间的缩短程度不同。坡度由2°增加到4°时，径流初始产流时间变化剧烈，三种放水流量下缩短率为41.18％-52.46%。而4°之后径流初始产流时间变化不再明显，其缩短率在9.09%-24.14%范围内变化。在四种坡度下，径流初始产流时间随放水流量的增加而缩短31.03%-51.11%。
　　（2）坡度与放水流量均对坡面径流持续时间有一定影响，大体表现为坡度和放水流量越大，径流的持续时间越长。三种坡度下，不同放水流量的坡面径流的相对持续时间表现为4 L/min＞2L/min＞1L/min，而三种放水流量下，不同坡度的坡面径流的持续时间表现为10°＞8°＞2°＞4°。
　　（3）三种坡度下，径流量随放水流量的增加均表现出先增加后减小的规律，具体表现为2 L/min＞1 L/min＞4 L/min，其中1 L/min与4 L/min，2 L/min与4 L/min放水流量下的径流量在0.05水平上差异显著，而1 L/min与2 L/min放水流量下的径流量差异不显著。三种放水流量下，当坡度分别由2°增加到4°，8°增加到10°时，坡面径流量均呈增加的规律；而当坡度由4°增加到8°时，坡面径流量均出现下降的规律。其中2°、4°和8°坡面径流量在0.05水平上差异显著，而8°和10°坡面径流量差异不明显。
　　（4）不同坡度和放水流量条件下，三种坡位的径流流速变化分布不同。在坡度和放水流量均较小的情况下（坡度为2°，放水流量为4 L/min），坡面径流流速由坡上向坡脚呈现出逐渐减小的规律。随着坡度和放水流量的增加（坡度为4°、8°和10°，放水流量为1L/min和2 L/min，以及坡度为2°和8°，放水流量为4 L/min），坡面流速由坡上向坡脚呈现出先减小后增加的规律。而当坡度和放水流量继续增加时（坡度为4°和8°，放水流量为4 L/min），坡面径流流速由坡上向坡脚呈现出逐渐增加的规律。
　　（5）不同放水流量下，径流流速随坡度的变化规律不一致。当放水流量为1L/min和2L/min时，不同坡度下的径流流速表现为10°＞4°＞8°＞2°，呈现出随坡度的增加而先增加后减小再增加的趋势。而放水流量为4L/min时，不同坡度下的径流量表现为10°＞8°＞4°＞2°，呈现出随坡度的增加而持续增加的趋势。坡面径流流速随放水流量的增加表现为4L/min＞2L/min＞1L/min，呈现出随放水流量的增加而增加的正相关关系，并且可用线性函数来描述。
　　（6）坡面径流流速与径流初始产流时间呈负相关关系，随着径流流速的增加而呈幂函数递减。而径流流速与坡面径流持续时间之间则呈正相关关系，二者的关系可以用抛物线来描述。坡面径流量随径流流速的增加而大致呈增加的趋势，但径流速度的变化并不能直接表征径流量的变化。在考虑径流速度的同时，还需要考虑坡度、放水流量等各项重要因子，以及他们之间的耦合作用对坡面状况产生的影响。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 研究背景

1.2坡面径流研究现状

1.3坡面径流流速研究现状

第2章 研究目的与意义

2.1 研究目的

2.2 研究意义

2.3 研究内容

第3章 材料与方法

3.1研究区概况

3.2土壤基本理化性质及测定

3.3试验设计

3.4试验过程

3.5技术路线

3.6数据处理

第4章 不同冲刷条件对坡面径流的影响

4.1不同冲刷条件对坡面产流时间的影响

4.2不同冲刷条件对坡面径流量与入渗量的影响

4.3 小结

第5章 不同冲刷条件对径流流速的影响

5.1坡度、放水流量对径流流速的影响

5.2径流流速对坡面径流特征的影响

5.3 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

参与科研及发表论文情况