强降雨秸秆覆盖黄土坡耕地土壤侵蚀过程及动力机制

发布时间：2020-10-21 23:48

　　 坡耕地是黄土区重要的农业资源,也是土壤侵蚀和河流泥沙的来源地。全球变化引起的频发极端降雨事件,常导致严重的农地水土流失。本论文以受犁底层影响的黄土坡耕地为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验,研究不同秸秆覆盖量、坡度、强降雨强度条件下,坡耕地表面径流流速沿坡长分布、土壤入渗过程、地表产流机制及土壤侵蚀过程。研究内容所取得的主要研究成果及重要结论如下。提出一种大试样水体含沙量测量新方法。将试验中产生的大量的大试样泥沙水体静置一段时间后,去除上清液,得到泥水混合物(湿泥沙);然后随机抽取部分样品,烘干该部分湿泥沙,确定湿泥沙质量与干泥沙质量之间恒定的比例系数。采用该比例系数预测其余湿泥沙样品的干泥沙质量,计算样品的含沙量。提出测量和计算降雨形成的地表径流流速的方法。采用电解质示踪方法,用电解质质心运动计算降雨产流的流速。在不同坡度(5°、10°、20°)和降雨强度(80、120、160mm/h)下,试验测量了坡面降雨径流流速。结果表明,试验工况坡面径流流速为0.050～0.352m/s。径流流速随坡度增大;降雨强度和坡长增大增加了坡面水流量,导致径流流速增加;流速增加幅度随坡度、降雨强度和坡长增加而逐渐降低。根据测量的径流流速,建立坡度和降雨强度预报径流流速的统一经验模型。首次采用电解质示踪质心流速方法,测量了秸秆覆盖坡面降雨径流流速。在不同坡度(同上)和不同降雨强度(同上)下,研究秸秆覆盖量为0,2和8t/hm2坡面的降雨径流流速。结果表明,秸秆覆盖量为2t/hm2和8t/hm2时,坡面径流流速没有显著差异,介于0.016～0.117m/s之间,是裸土坡面流速的0.278倍。试验揭示了秸秆覆盖增加地表降雨入渗,引起耕作层土壤更快饱和。采用不同秸秆覆盖量(0、2、8t/hm2),在不同坡度(同上)和雨强(同上)下,研究了降雨入渗和产流过程。秸秆覆盖能显著提高土壤入渗率,并在较长时间维持显著高于没有秸秆覆盖的土壤,导致产流时间滞后。如此,覆盖耕作层土壤更快达到饱和。而后,受犁底层很低的土壤入渗率控制,土壤入渗率降低速度远大于裸土坡面,很快达到最小稳定入渗率,坡面径流远大于未受到犁底层影响的裸土坡面。秸秆覆盖处理增大了坡面径流和其对饱和耕作层土壤的冲刷,导致陡坡耕地更严重的土壤侵蚀。由人工降雨和径流样品,计算得到了土壤侵蚀量随时间的变化过程。结果表明,在陡坡上,秸秆覆盖坡面产流后径流流量及径流含沙量增加速度均大于裸土坡面;并且,秸秆覆盖坡面次降雨的总土壤流失量也大于裸土坡面。在极端降雨事件下,秸秆覆盖可能加剧陡坡水土流失。在缓坡上,覆盖坡面的水流流速较小,对土壤侵蚀的随机性比较大,输沙能力较弱,此时秸秆覆盖能增加保持雨水的作用。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S157.1
【部分图文】：

２．２．２测量误差分析??用式（２－５）计算得到的各个泥沙水样中干泥沙质量，作为千泥沙质量的预测值，把烘干法得??到的干泥沙质量作为其真实值。干泥沙质量的预测值与真实值的对比结果如图２－３所示。由结果??可知，其预测值与真实值之间的相对误差均小于１０％：其中，有９４．９％的预测值与真实值之间的??相对误差小于５％，有５．１％的预测值与真实值之间的相对误差大于５％。由此可知，当泥沙水体??含沙量大于４００?ｋｇ／ｍ３，且水体中的干泥沙质量大于ｌｋｇ时，该方法预测的泥沙水体中干泥沙质??量与真实值之间的相对误差较小。这说明了，可以用该测量方法预测泥沙水体中干泥沙质量，且??精度较好。??１５?（－???土?１０％误差线??１＇〇＿??〇ｌ?１?？?１??０?５?１０?１５??干泥沙质量真实值（ｋｇ）??图２－３干泥沙质量的预测值与真实值对比分析??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ?ｖａｌｕｅｓ?ｏｆ?ｄｒｙ?ｓｅｄｉｍｅｎｔ?ｍａｓｓ?ａｇａｉｎｓｔ?ｏｖｅｎ－ｄｒｉｅｄ?ｖａｌｕｅｓ??分别用干泥沙质量的预测值和真实值，计算泥沙水样含沙量的预测值和真实值，两者的对比??分析结果如图２－４所示。由图２－４可知，测量值与真实值之间的相对误差均小于〗０％；其中，有??８１．６％的预测值与真实值之间的相对误差小于５％，有１８．４％的预测值与真实值之间的相对误差大??于５％。由此可知

２．２．２测量误差分析??用式（２－５）计算得到的各个泥沙水样中干泥沙质量，作为千泥沙质量的预测值，把烘干法得??到的干泥沙质量作为其真实值。干泥沙质量的预测值与真实值的对比结果如图２－３所示。由结果??可知，其预测值与真实值之间的相对误差均小于１０％：其中，有９４．９％的预测值与真实值之间的??相对误差小于５％，有５．１％的预测值与真实值之间的相对误差大于５％。由此可知，当泥沙水体??含沙量大于４００?ｋｇ／ｍ３，且水体中的干泥沙质量大于ｌｋｇ时，该方法预测的泥沙水体中干泥沙质??量与真实值之间的相对误差较小。这说明了，可以用该测量方法预测泥沙水体中干泥沙质量，且??精度较好。??１５?（－???土?１０％误差线??１＇〇＿??〇ｌ?１?？?１??０?５?１０?１５??干泥沙质量真实值（ｋｇ）??图２－３干泥沙质量的预测值与真实值对比分析??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ?ｖａｌｕｅｓ?ｏｆ?ｄｒｙ?ｓｅｄｉｍｅｎｔ?ｍａｓｓ?ａｇａｉｎｓｔ?ｏｖｅｎ－ｄｒｉｅｄ?ｖａｌｕｅｓ??分别用干泥沙质量的预测值和真实值，计算泥沙水样含沙量的预测值和真实值，两者的对比??分析结果如图２－４所示。由图２－４可知，测量值与真实值之间的相对误差均小于〗０％；其中，有??８１．６％的预测值与真实值之间的相对误差小于５％，有１８．４％的预测值与真实值之间的相对误差大??于５％。由此可知

第三章降雨条件下坡面薄层水流流速沿坡长分布?中国农业大学博士学位论文??在５ｍ处流速就达到了最大值。然而，坡度为５°时，水流流速在整个坡长上均处于加速状态，且??没有达到最大值，这说明在此坡度下，水流达到最大流速的距离将大于８?ｍ。综上所述，在降雨??条件下，水流达到最大流速的距离随着坡度的增加而减小。??０．４「?０．４?ｐ??°°??
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本文编号：2850770