黄土丘陵沟壑区瓦背形坡面侵蚀发育过程研究

发布时间：2020-11-10 19:21

　　 瓦背形坡面在黄土丘陵区普遍存在,该地形极易造成严重的水土流失,降低耕地质量。该特殊地貌发生侵蚀过程中侵蚀物质、能量及形态是如何演变如何分布等科学问题还亟待深入研究。因此,本研究以黄土丘陵沟壑区的瓦背形坡面为研究对象,在人工模拟降雨和构建实体模型的条件下采用照片三维重建技术,研究了瓦背形坡面侵蚀形态的演变、侵蚀方式的比例、侵蚀贡献率及时空分布;量化了坡面沟道发育过程中各侵蚀形态指标的时空变化;探究了形态指标与产流产沙量及流速之间的相互影响关系。主要研究结论如下:(1)将整个浅沟系统侵蚀过程分为两个阶段。第一阶段,沟槽深度为10-30 cm,此阶段实测沟槽平均深度的变化范围为29.3-28.4 cm;第二阶段,沟槽深度为30-50 cm,此阶段实测沟槽平均深度的变化范围为31.6-39 cm。将浅沟沟槽内的侵蚀过程分为三个阶段:第一阶段(初期),下切侵蚀速率沟壁扩张速率溯源侵蚀速率;第二阶段(中期),沟壁扩张速率下切侵蚀速率溯源侵蚀速率;第三阶段(后期),下切侵蚀速率溯源侵蚀速率沟壁扩张速率。(2)沟道密度和沟道割裂度均随降雨场次的增加而增大。沟密度的变化范围为0.51-1.96,沟道割裂度的变化范围为0.08-0.27。斜坡段宽深比大于3,陡坡宽深比小于1。表明斜坡段侧蚀大于下切侵蚀,陡坡段与之相反。(3)对比计算侵蚀量与实测侵蚀量,第一次计算误差最大为22.75%,后六次误差均小于10%,前五场降雨误差为正值,后三场为负值。因此,照片三维重建技术可应用于土壤侵蚀研究。(4)在8场降雨中,沟蚀对总侵蚀的贡献率为72.87%;浅沟侵蚀对总沟蚀的贡献率随降雨场次的增加先减小后增加,为49.39%。沟槽侵蚀沟的平面面积对侵蚀沟总面积的贡献率为44.68%。(5)侵蚀形态特征指标与平均产流量可拟合为二次函数,判定系数分别为0.941和0.988,沟密度和沟道割裂度可以与平均产沙量很好的拟合为三次函数,判定系数分别为0.955和0.976。平均流速与侵蚀形态特征指标及含沙量均为正相关关系,判定系数分别为0.707、0.731和0.71。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S157.1
【部分图文】：

土壤越来越贫瘠，给当地的农业生产和发展造成了严重的损失，制约当地经济发赵永国 1989；唐克丽等 1987；Zheng et al. 2005；郑粉莉和张成娥 2002；Xu et a6）。因此，对浅沟侵蚀过程的研究，有助于对坡耕地改良和治理对策的研究和制定为黄土高原水土流失的治理提供理论依据，还能够为浅沟侵蚀预报模型的建立和提供理论基础。由于浅沟侵蚀的复杂性和重要性，因此，对于黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀过程的研年来都是学者和政府关注的重要科学命题，并且近年来对其研究也取得了大量的成果。其中包括，浅沟侵蚀量、侵蚀速率、浅沟侵蚀对流域土壤流失的贡献率、形成的主要影响因子、浅沟发生的地形临界条件、发育机理及防治措施等（张科 1991b；程宏等 2006；龚家国等 2010；胡刚等 2004；王文龙等 2003；张永光2008）。但是，近年来，对浅沟形态的量化研究大多集中于对其长宽深的简单的量尚且缺乏普适性的量化指标，且对沟蚀过程中沟溯源侵蚀、沟壁崩塌和沟底下切的定量表达还有待更多更深入的研究。瓦背形坡面相对于直型坡来说更加复杂，的侵蚀方式相互交织，瞬时演变，具有很大的不确定性，然而近年来对浅沟系统部分的侵蚀贡献量的研究并不多见，还有待更加深入的研究。

图 2-1 实体模型Fig.2-1 Physical model of slope system图 2-2 瓦背形横剖面图Fig. 2-2 Ephemeral gully system cross section模拟降雨装置制备及降雨试验设计。本研究采取人工模拟降雨试验由三组喷头、水管、水泵、支架组成，三组喷头为侧喷式喷头，设取对喷的形式。根据依据黄土高原侵蚀性降雨标准（周佩华和王占降雨强度为 90 mm/h。安装前，进行多次降雨试验来率定雨强，确和距离，设置喷头距地面 15 米。安装好降雨设备之后，试验之前进定降雨均匀度达到 80%以上。降雨采取间歇式降雨模式，降雨场次-2 为模拟降雨的各参数的具体情况。 模拟降雨事件期间降雨参数及每次降雨事件结束后 0-20cm 土层含水量Parameters of the rainfall during the simulated storm events and the soil mois

流速测量仪器—蠕动泵Fig.2-3Velocimeter-peristalticpump
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本文编号：2878255