干热河谷土砾混合坡面细沟侵蚀的水力学特征

发布时间：2020-06-30 02:58

【摘要】：土壤侵蚀涉及范围广,形态多样,已经严重影响到人们的生产和生活,阻碍了区域经济的发展。元谋干热河谷区土壤性质独特,含砾的土壤性质使其侵蚀沟的发育具有特殊的规律与动力学特征,认识干热河谷土砾混合条件下坡面细沟发育过程的水动力学特征及其影响机制对该区的径流水动力学研究及龙川江水土流失的防治具有重要的意义。本文是以云南省元谋县干热河谷区为研究对象,在试验基地进行野外放水冲刷试验,结合土壤学、土壤侵蚀学、统计学等学科理论知识,定性定量的描述恒坡度条件下坡面径流水动力学参数的空间变化特征,探索其变化特征的影响机制,为元谋干热河谷区土壤侵蚀过程中的坡面径流水动力学参数变化的研究提供一定的依据。主要结论如下:(1)试验中,各动力学参数沿程呈现由复杂到简单的变化趋势,随着冲刷次数的增多,整体上波动状态呈现简单化的趋势。沿程上各参数的整体上单次变化特征大致为:Re、Fr、τ、P、ε都呈现明显的增加的趋势,f呈现较为复杂的波浪式变化趋势。变性土区Re在沟头处先减后增,燥红土区相反。变性土区沟头处Fr波动较大且每次冲刷的波动趋势不同,燥红土区变化复杂。一般流量燥红土区f波动最复杂,其次高流量变性土区,沟头与沟口处波动较大。燥红土区τ波动相对复杂,变性土区的沟口处呈现先减后增趋势,而燥红土区呈现先增后减趋势,随着距离的增加,燥红土区域波动较多。4个小区P呈现不断增加的趋势。4个小区ε沿程亦呈增长趋势,但变性土区波动较大。总之,在高流量条件下,坡面径流对变性土和燥红土的侵蚀能力逐渐增强,对燥红土的侵蚀更加明显,而一般流量条件下,对变性土的侵蚀作用较强。(2)时间上,Re、f、τ呈现增加趋势,而Fr、P呈现逐渐减小的趋势。随着流量的增加,坡面径流对土壤的侵蚀作用加强,变性土小区f有所减低,而燥红土小区f波动增加,τ增大,P变化逐渐平稳。故在高流量条件下,坡面径流对燥红土的侵蚀作用较强,在一般流量条件下对燥红土的侵蚀作用较平稳,对变性土的影响相对较大。(3)试验中,Re与f、Fr与Re无明显关系。Fr与f关系的拟合程度高,无论是线性关系、幂函数关系,还是对数关系、多项式关系其系数基本都在0.9以上。1号小区以二次多项式拟合关系为主,2号小区所拟合的函数种类相对较复杂,3号小区以幂函数拟合关系为主,4号小区以二次多项式拟合关系为主。在土壤性质相同的情况下,高流量条件下的Fr与f的拟合关系更加明显,拟合程度更高;在流量大小相同的情况下,变性土小区的Fr与f的拟合关系更加明显。(4)试验小区无论是高流量条件还是一般流量条件,坡面径流始终属于急紊流流态。流量的大小与坡面径流的侵蚀作用有着显著的关系。试验中,1号小区平均流速持续增加,而其他3个小区先减后增,其中2号小区增长的拐点与3号和4号小区有所差别。冲刷前期,坡面径流阻力小,流速大,之后坡面出现跌坎,植被根系、石块、土砾等出露地表,对坡面水流的运行造成一定的阻碍,平均流速减小,当这些阻碍因子被径流冲刷带走,平均流速又逐渐增大。变性土土质疏松,流量大,泥沙含量多,流速小,燥红土土质紧实,土壤中植被根系较多,流速大。跌坎、砾石加剧了坡面的不完整性,水流紊动性发生变化,随着流量增大,阻碍因子的作用被弱化或消除,平均流速增大。综上所述,土壤性质的不同,土砾、石块、植被根系等以及由其造成的跌坎、细沟的演化都是影响坡面径流的水力学参数变化特征的重要因素。
【学位授予单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157.1
【图文】：

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【参考文献】