降雨驱动下侵蚀泥沙颗粒分选特征及搬运机制

发布时间：2019-09-12 22:47

【摘要】：土壤侵蚀由雨滴击溅和径流冲刷引起的土壤颗粒分离、输移和沉积三个相互制约、相互影响的过程组成。侵蚀过程中泥沙颗粒携带的污染物质,如化肥、农药、杀虫剂等物质,对侵蚀区域的生态环境具有重要影响。侵蚀泥沙颗粒的研究有助于加深对侵蚀过程的理解,为侵蚀预报模型的建立提供理论基础,还可揭示土壤侵蚀的内在规律,指导水土保持规划设计与水土保持措施配置。本文以黄土高原两种典型土壤,长武黑垆土和绥德黄绵土为研究对象,设置模拟降雨强度为90 mm/h,坡长为5m,坡度分别为10°、15°、20°、25°,通过模拟降雨试验与传统的坡面侵蚀过程监测法、激光粒度分析方法相结合,阐述了降雨驱动下侵蚀过程中侵蚀泥沙颗粒分布特征、分选规律及其搬运机制。取得的主要结论如下:(1)在相同降雨条件下,长武黑垆土的产流时间比绥德黄绵土的时间要短,但是长武黑垆土的径流量、泥沙浓度、土壤侵蚀率均高于绥德黄绵土。不同坡度下,两种土壤的产流时间、径流量表现出极显著差异(p0.01)。两种土壤的径流量随时间变化规律为:在降雨开始的几分钟内,径流量逐步增加,随着降雨的进行,径流量达到平稳的状态。而泥沙浓度随时间变化规律为:产流开始后,泥沙浓度从最大值迅速下降,然后保持一个相对稳定的状态。(2)长武黑垆土侵蚀泥沙颗粒主要由粉粒(0.002 mm-0.05 mm)组成,其含量占整个泥沙侵蚀量的60%-65%。绥德黄绵土侵蚀泥沙颗粒的主要组成部分为粗粉粒(0.02 mm-0.05 mm)和细砂粒(0.05 mm-0.25 mm),其含量占泥沙组成的65%-70%。黑垆土侵蚀泥沙颗粒中粘粒的平均含量为16.4%,而黄绵土侵蚀泥沙颗粒中粘粒的平均含量为9.9%。黑垆土侵蚀泥沙颗粒中粉粒的含量在降雨过程中,变化较小,而黄绵土侵蚀泥沙颗粒中粉粒的含量在降雨初期,逐步增加而达到相对稳定的状态。两种土壤侵蚀泥沙颗粒中砂粒的含量逐渐下降,然后到达一个稳定的状态。(3)两种土壤侵蚀泥沙颗粒中粉粒的团聚率接近1,表明其以原始土壤的形式被搬运,而砂粒的团聚率均大于1,表明其以原始颗粒的形式被搬运。黑垆土和黄绵土侵蚀泥沙颗粒中粘粒的富集率均小于1,说明粘粒发生了分散,大多数粘粒以团聚体的形式被侵蚀;而砂粒的富集率大于1,说明在侵蚀过程中砂粒发生富集,而粉粒在侵蚀过程中没有发生明显变化,与原始土壤组成一致。两种土壤侵蚀泥沙颗粒呈现出相同的规律:随着降雨的进行,最终侵蚀泥沙颗粒组成和原始土壤的泥沙颗粒组成一致。(4)长武黑垆土侵蚀泥沙颗粒出现双峰分布,其中一个峰值的粒级为小于0.02mm粒级的细颗粒,另一个峰值为大于0.100 mm的较粗颗粒。但是绥德黄绵土侵蚀泥沙颗粒分布中,质量分数最高的为小于0.09 mm粒级的颗粒,其他粒级的侵蚀泥沙颗粒的质量分数随粒径的增大而降低。长武黑垆土侵蚀泥沙颗粒呈现双峰分布,主要由于悬移-跃移质和接触质两种不同搬运方式对侵蚀颗粒的大小的响应所造成的。绥德黄绵土中,悬移-跃移质是主要的搬运机制,并且随着侵蚀泥沙颗粒的变粗,搬运效率降低,表明侵蚀泥沙颗粒的分布和搬运可能与土壤类型密切相关。
【图文】：

泥沙颗粒,搬运机制,悬移质,跃移质

图 1 泥沙颗粒大小与搬运机理的关系ypothetical diagram reflecting the effects of suspension-saltation and bed load mectransporting of various size classes of soil particles.的土壤侵蚀量是悬移质、跃移质、推移质三者的总和，这三类侵蚀率被分离和搬运。悬移质-跃移质的相对重要性随着径流功率的增加随着径流功率的增加而变得重要（Asadi et al 2011；Shi et al 2012）。发现在较低的径流功率下，悬移-跃移是唯一的搬运机制，主要影搬运，但是随着径流功率的增加，包括悬移质-推移质的搬运机制逐强了大颗粒的泥沙或团聚体的搬运。当超过临界径流功率时，推移显现，侵蚀泥沙颗粒的搬运机制与径流功率和土壤类型相关（As竟多大的侵蚀泥沙颗粒粒径具有这三种搬运方式（悬移、跃移、推移79）指出侵蚀泥沙颗粒被分成悬移质、跃移质和接触质，每种方式

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降雨驱动下侵蚀泥沙颗粒分选特征及搬运机制的侵蚀泥沙颗粒含量，分析降雨驱动下分散前的侵蚀泥沙颗粒分布；（3）降雨驱动下的坡面侵蚀泥沙颗粒分选特性和搬运规律研究降雨驱动下，坡面侵蚀过程不同粒级侵蚀泥沙颗粒的团聚率和富集率，分析坡面侵蚀过程中，泥沙颗粒的分选特性；利用侵蚀泥沙颗粒和土壤团粒累计分布曲线划分侵蚀泥沙颗粒的悬移质、跃移质和接触质的粒径分界线，研究坡面侵蚀中侵蚀泥沙颗粒的搬运机制。1.3.2 技术路线
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S157

【参考文献】