紫色土丘陵区新改土侵蚀特征研究

发布时间：2018-04-10 05:38

本文选题：紫色土　切入点：丘陵区　出处：《西南大学》2017年硕士论文

【摘要】：在中国西南丘陵地区,坡耕地作为一项重要的国土资源,是人类赖以生存的重要的生产资料,也是水土流失最为严重的耕地类型。紫色土丘陵区的坡耕地由于受到人类活动等因素的影响,其水土流失过程变得更加复杂。在这些人类活动因素中,耕作田块修筑是通过坡改梯等工程措施减缓原坡耕地坡度,从而有效控制其水土流失,但其效果需要一定年限才可实现。在紫色土丘陵区,坡式梯田是该区域最常见的一种耕作田块修筑形式。因此,这种刚经过工程改造工序且处于土体非稳定期的“新改土”的水土流失特征具有非常重要的研究意义。目前,对紫色土丘陵区坡地的水土流失特征已经进行了大量研究,主要集中在坡度、雨强、砾石含量和耕作方式等对地表侵蚀过程的影响,而通过上方来水试验研究侵蚀特征多集中于黄土区坡面和工矿堆积体,且上述研究多针对稳定土体进行室内模拟研究,缺乏对土地整理工程改造后处于非稳定期新改土侵蚀特征的研究。本研究以紫色土丘陵区处于非稳定期的新改土为研究对象,利用野外放水冲刷试验并结合室内实验测定的方法,采用3个不同的上方来水流量(30 L/min、15 L/min和5 L/min)对重庆紫色土丘陵区不同坡长(5 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m)新改土坡面侵蚀特性进行研究。深入分析了紫色土丘陵区新改土坡面产流产沙规律、坡面水动力学特征和土壤物理性质特征,建立新改土坡面水沙关系方程及坡面侵蚀临界坡长。主要研究结果如下:1.新改土坡面产流产沙规律新改土10°坡面的产流产沙特征为产流率随着放水冲刷过程的变化趋势为增长期-稳定发展期和波动变化期-稳定发展期,产沙率变化趋势为波动变化?稳定发展。上方来水流量和坡长均为紫色土丘陵区新改土坡面产流产沙的影响因素。产流产沙均随着上方来水流量的增大而增大,坡长的影响规律较为复杂,其中20 m和30 m坡长是影响10°新改土坡面产流产沙的临界坡长,在小和中上方来水流量(5和15 L/min)下,20 m和30 m坡长的坡面水土保持效果较好,而在大上方来水流量(30 L/min)下的影响效果则反之。新改土坡面累积产沙量与累积产流量呈极显著的线性正相关关系。2.新改土坡面径流水动力学特性上方来水流量和坡长均为紫色土丘陵区新改土坡面水动力学参数的影响因素。不同坡长坡面的水动力学参数在不同上方来水流量下影响效果各不相同,其均随坡长的增加呈波动变化趋势,其中在大和中上方来水流量(30和15 L/min)下波动幅度较大,5 L/min上方来水流量下较缓。试验条件下新改土坡面径流型态最终均处于层流缓流状态。与坡长相比,上方来水流量对坡面雷诺数、径流剪切力和径流功率的影响更显著。上方来水流量与雷诺数和径流剪切力均呈二次曲线函数关系,与径流功率呈线性方程函数关系。坡长的影响规律较为复杂,其中20 m和30 m坡长是影响10°新改土坡面平均流速、雷诺数和弗汝德数变化特征的重要临界点。坡长比上方来水流量对径流流速的影响更大,坡长与平均流速呈三次曲线函数变化关系。各水动力学参数与新改土坡面侵蚀产沙量均有一定关系,其中径流功率对坡面侵蚀产沙量影响最大,与产沙量呈二次曲线函数关系。3.新改土坡面土壤物理特性的侵蚀响应不同流水强度的侵蚀作用对紫色土丘陵区10°新改土坡面土壤物理特性的影响表现出不同的变化规律。各放水流量冲刷后10~30 m坡长砾石含量主要呈增加变化,其余主要呈减小趋势。土壤机械组成的空间分布特征主要表现为,上坡位置表层土壤粘粒及粉粒含量减小,砂粒含量增加;中坡位置粘粒和粉粒增加,砂粒减少;下坡位置粘粒和砂粒增加,粉粒减少。与稳定耕地相比,新改土的土壤颗粒配级不均匀,但放水前后对土壤颗粒分形维数的影响较小。放水后新改土的团聚体破坏率主要呈增加变化,各小区的大团聚体多数受到了破坏,其变化范围为-0.92%(20 m上坡位)~2.88%(10 m下坡位);不同上方来水流量冲刷前后新改土0.02 mm土粒团聚度的变化率主要呈增加趋势,其变化率为-0.9(20 m中)~45.31(5 m下),其二者变化幅度随上方来水流量的增大分别呈增大和减小趋势,随坡长波动变化,随坡位变化的规律不明显。新改土容重在坡长为5~30m小区主要呈现增加趋势,增加幅度为0.01~0.20g/cm3;而40 m和50 m呈减小趋势,变化幅度为-0.01~-0.18 g/cm3。放水后土壤总孔隙度和非毛管孔隙度表现以下降为主,降幅分别为0.14%~10.67%和0.12%~6.27%。总孔隙度和非毛管孔隙度的变幅均随坡长的增加呈先减少后增加的趋势,其中10 m和20 m是其趋势变化的转折点。不同坡长新改土的土壤含水量主要呈增加趋势,变化值随着坡长的增加呈波动变化,其中10m坡长小区增幅最小为0.5%~4.8%,30 m增幅最大为5.63%~9.32%;各小区土壤含水量变化值在上方来水量为15 L/min时表现较大;增幅随着上中下的坡位变化顺序主要呈降低趋势。放水后不同坡长新改土的总库容和兴利库容主要呈减少趋势,且随坡长的增加均呈波动变化,其中30 m坡长下坡总库容降幅最大为25.58 t/hm~2,20 m中坡坡长的新改土降幅最大为21.92 t/hm~2。综上所述,不同上方来水流量和坡长的影响下,紫色土丘陵区新改土的侵蚀特征稳定性弱、变异大。侵蚀对新改土坡面物理特性的影响的规律多变,主要呈新改土坡面土壤结构破坏的转化方向。上方来水流量与产流产沙呈正相关,而其对新改土坡面水动力学特性的影响强于坡长;20 m和30 m坡长是影响10°新改土坡面侵蚀的临界坡长。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S157.1

【参考文献】