坡长与雨强对晋西黄绵土坡面径流侵蚀产沙的影响

发布时间：2018-02-16 07:53

本文关键词： 坡长雨强径流产沙水动力学参数　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：降雨条件下坡长对坡面径流侵蚀产沙规律的影响是探究水蚀机理的重要内容,可为小流域侵蚀模型的建立及科学防治水土流失提供理论基础。本研究以晋西王家沟流域黄绵土坡面为研究对象,基于室内人工模拟降雨试验方法,主要探讨两个问题:第一,揭示了坡长与雨强对晋西黄绵土坡面径流侵蚀产沙的影响规律,并提出适合于该区侵蚀预测的模型;第二,着重分析了坡长与雨强对坡面径流水动力学参数变化特征的影响。主要研究结论如下:(1)研究了坡长对坡面径流侵蚀产沙的影响。50~120mm/h雨强范围内,随着坡长的增加,坡面径流量、产沙量呈现出线性增加趋势,且雨强越大坡长作用越显著。坡长增加时径流水动力学参数的变化趋势有所差异,径流流速、径流深、径流剪切力及雷诺数呈增大趋势,弗劳德数则同时表现出增大、减小及波动3种趋势,所有坡长下径流流态均为层流、急流,说明裸坡坡面径流的运动形态较为剧烈。2~5m坡长下产沙量随径流量的增多呈指数形式增加(R~2=0.647~0.996),输沙率随径流剪切力的增大呈线性形式增加(R~2=0.896~0.997),表明径流是引起坡面产沙及输沙的重要因素。坡长等值增加时,径流量增量、产沙量增量的变化不具显著规律,但在4~5m处径流及产沙增量最易达到最大值,据此,建议在晋西黄绵土坡面至少应每隔4m布设水土保持措施以截短坡长、减少水土流失,如种植柠条、沙棘等作为植物篱,并将造林护坡与种草护坡相结合,以增大植被覆盖率、减小地表径流量并减缓径流汇集速度,种植侧柏、油松、山杏等植物以降低雨滴击溅并拦截部分降雨,利用根系含水固沙作用减少土壤流失,设置排水沟以汇集径流引水灌溉或修建水平梯田以改变径流路线贮水拦沙。(2)对比了不同雨强对坡面径流侵蚀产沙的影响。2~5m坡长范围内,随降雨历时的延长,时段径流量呈增大趋势,时段产沙量则表现出2种趋势,50~80mm/h雨强时多为增加趋势,90~120mm/h雨强时多为波动趋势。2~5m坡长下,雨强增大,径流量、产沙量均呈指数形式增加,且坡长越长雨强作用越明显,产流、产沙曲线分别在80mm/h、60mm/h雨强处增陡,此雨强是该区径流量、产沙量大幅增加的下限雨强,据此,建议在王家沟流域应以60mm/h雨强作为水土流失加剧发展的重点监测雨强。同样,雨强增大,流速、径流深、雷诺数及径流剪切力均呈增大趋势,弗劳德数则为波动变化。水动力学参数的变化与坡面侵蚀程度密切相关,产沙量与各参数的相关性顺序为雷诺数流速径流深弗劳德数,说明径流在流速及紊动性上对侵蚀产沙的影响较大,此外,径流剪切力与输沙率为极显著线性正相关,相关性系数为0.926,表明该流域可根据径流剪切力的大小来预测输沙率。(3)分析了坡长与雨强对坡面侵蚀的交互影响效应。共同作用时,雨强与产流、产沙及水动力学参数的相关性较坡长的大,偏相关分析时,二者与产流、产沙及水动力学参数的相关性均所有提高,说明坡长、雨强共同作用时在一定程度上对对方有所制约。坡长与产沙量的关系较与径流量的密切,雨强则与径流量的关系较与产沙量的密切。坡长、雨强与径流深及径流剪切力的相关性最高,与弗劳德数的相关性最低,表明坡长及雨强不是影响弗劳德数的主要因素。基于2~5m坡长,50~120mm/h雨强范围,建立了适用于晋西黄绵土坡面的产流及产沙模型,方程判定系数R~2分别为0.812、0.763,方程拟合度较好。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S157.1

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