砾石分布对红壤坡面侵蚀产沙的影响机理

发布时间：2020-10-24 09:47

　　 红壤是我国南方重要的土壤类型,广泛分布于长江以南各省的丘陵、台地及山岗地带。受成土过程、土壤侵蚀以及人类活动等因素的影响,土壤中会有砾石存在并常以覆盖表土以及与土壤混合两种方式出现。砾石的存在会改变土壤的物理化学性质,进而会影响地表水文过程以及土壤侵蚀过程。以往对红壤侵蚀过程和机理的研究多忽视砾石存在对侵蚀产沙的影响,室内模拟实验时也往往剔除砾石,所得结果是否能真实反应侵蚀过程值得深入研究。本文以红壤为研究对象,选取砾石覆盖和土石混合两种模式,通过室内人工模拟降雨试验,研究了相同砾石量不同位置(覆盖表土与土壤混合)在不同降雨条件下(60mm/h和90mm/h)对红壤坡面侵蚀过程的影响,其中砾石覆盖坡面记为RC10、RC30、RC50,土石混合坡面记为RM10、RM30、RM50,主要结果有:(1)相对于无砾石坡面,砾石覆盖延迟地表产流时间,砾石与土壤混合,初始产流时间有减小的趋势。相较于砾石覆盖坡面,土石混合坡面更易产生径流。两种砾石分布坡面的径流率均大于无砾石坡面,而砾石覆盖坡面的稳定径流率要稍大于土石混合坡面。(2)在相同雨强条件下,砾石覆盖坡面和土石混合坡面的含沙量与产沙量均大于无砾石坡面,砾石覆盖坡面一次降雨的累积产沙量随砾石覆盖度的变化趋势依次为RC10RC30RC50无砾石,土石混合坡面一次降雨的累积产沙量随碎石覆盖度的变化趋势依次为RM50RM30RM10无砾石。随着雨强的增加,产沙量也随之增加。(3)两种砾石分布均减小了土壤入渗率,随着砾石量的增加,土壤的稳定入渗率越低。在砾石含量相同的条件下,砾石覆盖坡面的稳定入渗率要稍小于土石混合坡面的稳定入渗率。通过对比Philip入渗模型、Horton入渗模型以及Kostiakov入渗模型发现,Horton入渗模型能更好的描述含有砾石土壤的入渗过程。(4)在相同雨强条件下,随着砾石含量的增加,两种砾石分布坡面的径流流速、径流深、雷诺数、水流剪切力与水流功率较无砾石坡面有增加的趋势,弗罗德数、Weisbach阻力系数、曼宁糙率系数与砾石量之间并无显著相关性。对比砾石覆盖坡面和土石混合坡面,砾石覆盖坡面径流深、雷诺数、弗罗德数、水流剪切力以及水流功率均大于土石混合坡面,而Weisbach阻力系数与曼宁糙率系数小于土石混合坡面。随着雨强的增加,流速、径流深、雷诺数、水流剪切力以及水流功率均增加,弗罗德数减小,Weisbach阻力系数与曼宁糙率系数无明显变化。(5)当砾石覆盖度大于10%时,坡面土壤结皮强度呈上升趋势;而对于土石混合坡面,土壤结皮强度随砾石含量的增加而增加。土石混合坡面的结皮强度要大于砾石覆盖坡面,特别是大雨强下更为明显。砾石覆盖坡面的结皮强度与产沙量呈负相关关系,而土石混合坡面的结皮强度则与产沙量呈正相关关系。(6)砾石覆盖坡面与土石混合坡面侵蚀泥沙颗粒中均表现为粘粒主要以团聚体的形式被径流搬运,粉粒主要以单粒的状态被径流搬运,侵蚀泥沙中存许多由细小颗粒团聚而成的与沙粒粒径相当的团粒。两种砾石分布坡面的粘粒、粉粒、沙粒均表现为粘粒富集,粉粒没有发生明显变化,基本与原始土壤组成一致,沙粒发生分散。此外,随着雨强的增加,沙粒的富集率增加,粘粒的富集率减小。
【学位单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S157.1
【部分图文】：

第二章 材料与方法采集与处理，我国南方红壤区土壤大多含有砾石[92],试验土院沌口基地表层土壤（0～15cm），将采集的土物残体等，保证处理后的土壤具有均质性。取 10容重及机械组成测定，供试土样基本理化性质见壤中筛选出来，平均直径在 1～2cm 之间。表 2.1 供试土壤理化性质壤粒径级配（%）土壤类别 P粗粉粒 细沙粒 粗沙粒23.4 24.6 20.6 壤质砂土 4.

土石混合坡面形态

Ph有机质粘粒 细粉粒 粗粉粒 细沙粒 粗沙粒（g/kg）9.79 37.86 23.4 24.6 20.6 壤质砂土 4.51 2.46图 2.1 土槽示意图2.2 试验设计2.2.1 试验土壤砾石含量与分布模拟方法对于砾石覆盖模拟降雨试验，选择 1cm 左右的砾石，在水平的地面上紧密、不重叠的铺设砾石，以此来确定覆盖度所需砾石量，试验时将砾石均匀铺设在土
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本文编号：2854308