花岗岩崩岗集水坡面土壤水分状况研究

发布时间：2017-10-14 12:28

  本文关键词：花岗岩崩岗集水坡面土壤水分状况研究

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【摘要】：崩岗是发生在我国南方花岗岩红壤上的一种侵蚀灾害,严重阻碍了当地农业生产和经济发展。当前较多从岩土性质等方面研究崩岗侵蚀的成因,而对崩岗侵蚀发生的水力机理研究较少,主要集中于崩壁或崩积体地表径流的发生及水分入渗对崩岗土体抗剪强度的影响,而缺少对崩壁上游的集水坡面上土壤水分的时空特征关注。研究崩岗集水坡面水分的时空变异规律及其与崩岗侵蚀之间的可能关系,有可能从一个侧面揭示崩岗发生机理。本研究选取湖北省咸宁市通城县大坪乡坪山村具有代表性的崩岗集水坡面作为研究区域,采取野外实时监测的方法,在不同时期(降雨期和无雨期)、不同前期含水量、不同降雨因子(降雨量和降雨强度)条件下,研究坡面土壤水分的运移和分布特征,探讨与该坡面崩岗发生的可能关系。试验在2015年6月~2016年2月进行,崩岗坡高13 m、长25 m,为一扇形集水坡面,在该集水坡面的顺坡从上到下依次设置了3个监测点(1、2、3号位点)和4个深度(20、40、60、80 cm),埋设土壤水分探头(ITEM 6470-6,SMEC300)和数据采集器(Watchdog2004),高频监测含水量(5分钟一个读数),得到以下研究结果:1)集水坡面土壤较为粘重,通气孔隙少,土壤导水透水能力差,持水性能较强,田间持水量值在0.38~0.49 cm3·cm-3之间,整个观测期间坡面土壤含水量都较高。在坡面尺度上,不同测点间土壤含水量和持水能力的分布规律为1号2号3号位点,土壤含水量形成了坡面“上高下低”的分布模式;同时上坡位点含水量变异小,而临近崩壁的下坡位点变异大。在剖面尺度上,1号剖面在60 cm土层含水量最高,20 cm土层较低,形成了“上低下高”的形式;2号剖面则形成了中间土层含水量低而上下两层高的“哑铃形”分布形式;3号剖面从上向下含水量分布是波动状,形成了“夹心状”的分布形式。2)坡面土壤水分的入渗和再分布受降雨影响。各种降雨下,坡面土壤含水量变化幅度均表现出2号3号1号位点。降雨总量对表层20 cm影响较大,影响土体储水量增量和坡面侧向流补给状况。降雨量越大,坡面土壤接受的侧向流补给时间越长,补给量越大,降雨总量增加51 mm,坡面土壤水分的补给量最多可增加84.5mm,而小雨量下基本无侧向流补给。3)降雨强度越大,土壤剖面湿润锋运移速度越快,土层的平均渗透速率也较大。比较大雨强4 mm·h-1(峰值型降雨)和小雨强1.55 mm·h-1(均匀型降雨)发现,当降雨强度增加2.6倍,湿润锋到达20 cm土层所用时间会增快156倍,大雨强下土壤水分的渗透速率是小雨强下的133倍。雨强较小时,3个位点处降雨总量累积分别达到8.4 mm、4.4 mm、18.7 mm时,才会触动湿润锋运移。4)土壤前期含水量低,坡面各测点处水分入渗快,但剖面水分达到稳定所需时间长。土壤前期含水量增高0.061 cm3·cm-3,湿润锋到达20 cm土层所用时间延长19倍,而含水量到达稳定的时间会减少1/3。土壤前期含水量较低时,降雨会引起坡面土壤含水量的二次波动,即在含水量达到稳定后一段时间,当降雨继续时,土壤水分会再次发生改变。前期土壤较为湿润时,3个位点剖面下层含水量到达稳定的时间均早于其上方土层。5)崩岗集水坡面土壤含水量上升速率快而消退速度慢,导致处于高含水量状态的时间长。坡面土壤含水量的消退速率从大到小的顺序为2号3号1号位点。降雨总量在20 mm以上时,剖面水分消退量远小于其降雨过程中的增长量。夏季土壤含水量的消退速率可达到冬季的3.58倍。在前期土壤湿润时,坡面土壤水分的消退速率为波动式消退。土层间水分的消退速率变化较大,同一土层在干前期和湿前期情况下,消退较快的土壤的消退速率为较慢的10倍和17倍。这也验证了土壤初始含水量值越大,土壤能够越早的达到稳定。崩岗集水坡面土壤含水量高,顺坡向下逐渐降低,“头重脚轻”的分布模式是崩壁的基本土壤水力状态。而降雨、土壤前期含水量对崩岗集水坡面水分的运移以及再分布状况也有较大的影响,特别当前期含水量低,降雨强度大,或者累积降雨量较大时,会加剧坡面水分的不均匀分布,从而可能导致由土壤水分状况控制的崩壁土体的抗剪强度和剪切力发生改变,从而启动崩壁侵蚀。
【关键词】：崩岗 降水 土壤水分 运移 再分布
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152.7;S157
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 1 前言11-21
• 1.1 崩岗研究的意义11-12
• 1.2 国内外研究进展12-17
• 1.2.1 崩岗及其危害12-13
• 1.2.2 崩岗形成机理研究现状13-17
• 1.3 崩岗集水坡面土壤水分与崩岗侵蚀发生的关系17-19
• 1.4 崩岗侵蚀研究存在的问题19-20
• 1.5 研究目的和内容20-21
• 1.5.1 研究目的20
• 1.5.2 研究内容20-21
• 2 材料与方法21-27
• 2.1 研究区概况21-22
• 2.2 崩岗与土壤性质22-23
• 2.3 试验设计23-24
• 2.4 观测项目及方法24-26
• 2.4.1 土壤基本理化性质的测定25
• 2.4.2 土壤水分特征曲线的测定25
• 2.4.3 土壤含水量的测定25-26
• 2.5 数据处理方法26-27
• 3 结果与分析27-63
• 3.1 崩岗坡面土壤水力性质27-32
• 3.1.1 气象条件27-28
• 3.1.2 花岗岩崩岗集水坡面土壤粒径组成与质地28-29
• 3.1.3 崩岗集水坡面不同位点及不同层次土壤水分特征曲线29-31
• 3.1.4 崩岗集水坡面不同位点及不同层次土壤孔性31-32
• 3.2 崩岗坡面土壤含水量时空分布特征32-44
• 3.2.1 土壤含水量分布的总体统计特征32-34
• 3.2.2 土壤含水量的相对概率分布34-38
• 3.2.3 降雨期土壤水分状况38-41
• 3.2.4 无雨期土壤水分状况41-44
• 3.3 降雨对崩岗坡面土壤水分入渗和分布的影响44-57
• 3.3.1 降雨过程中土壤水分动态44-51
• 3.3.2 降雨强度对土壤水分入渗与分布的影响51-52
• 3.3.3 24 h降水量对坡面土壤水分入渗和分布的影响52-54
• 3.3.4 前期含水量对土壤水分分布的影响54-57
• 3.4 崩岗坡面土壤水分消退特征57-63
• 4 讨论63-70
• 4.1 花岗岩崩岗区土壤性质对集水坡面水分状况的影响63-65
• 4.2 降雨特性对崩岗集水坡面水分状况的影响65-68
• 4.3 花岗岩集水坡面水分状况与崩岗侵蚀发育的关系68-70
• 5.结论与展望70-74
• 5.1 结论70-73
• 5.2 创新点73
• 5.3 展望73-74
• 参考文献74-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：1031079