雨强和坡度对红壤坡面产流产沙及侵蚀动力过程影响
发布时间：2021-02-03 20:46
采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强（40,66,80 mm/h）和坡度（5°,10°,15°）条件下,湖北省武汉市蔡甸区红壤坡面流速、产流产沙时空变化及水动力学过程。使用长2.5 m,宽0.5 m,高0.3 m的可调坡度径流土槽,每场降雨试验在槽子底端出口开始产流后持续60 min,每3 min收集一次径流泥沙样品。结果表明:相同坡度下,坡面平均产流率和产沙率均随雨强增加而增大;产流率在降雨初期波动增长,随降雨时间延长而逐渐稳定;产沙率在降雨初期急剧上升,随后稍有下降并逐渐趋于平稳。坡度从5°增加到15°,雨强为40,66,80 mm/h下的平均产流率依次增加24%,22%和15%,平均产沙率依次增加89%,60%和84%。随雨强或坡度增加,流速均增大,且雨强对流速的影响较坡度更大;流速沿坡长方向呈增大趋势,且细沟流速是细沟间的1.33～2.10倍。66 mm/h,10°条件下,坡面形成细沟并发生明显下切和溯源侵蚀。相同雨强下,径流剪切力随坡度增加而增大、达西—韦斯巴赫阻力系数随坡度增加而减小。坡面径流属于层流且为急流,水动力学参数和侵蚀产沙率的拟合方程表明,弗劳德数和流速可以较好地模...
【文章来源】：水土保持研究. 2020,27(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试验装置示意图
不同雨强和坡度条件下,试验过程中坡面产流率随降雨历时变化的过程如图2所示。总体上看,坡面产流的时间变化趋势在不同雨强和坡度条件下基本一致,平均产流率均随降雨历时延长而缓慢增长,在8～15 min的区间内会有小范围的波动,最后达到一个稳定的状态直至降雨结束(图2)。在坡度5°和雨强40 mm/h的条件下,产流率非常稳定;在坡度15°雨强80 mm/h的条件下,产流率在试验后期依然有增大趋势。对比可知,在坡度较缓、雨强较小的条件下,平均产流率相对稳定;而在坡度较陡、雨强较大的条件下,平均产流率波动较大,不易稳定。在相同雨强条件下,随坡度增加,坡面入渗量减小致使更多降雨转化为坡面径流,同时坡度增加致使坡面水流速度加快,单位时间内坡面径流量越大。在相同雨强条件下,平均产流率会随着坡度的增大而增大。随着降雨时间的增加,在产流初期(0～15 min)径流过程表现为波动增加过程,特别是大雨强下波动较为明显,15 min以后径流量的波动趋于稳定,伴有较小的波动,一直持续到降雨结束;这与Donjadee等[24]认为的不同雨强下产流达稳定的时间不同,大雨强下通常需要更多的时间才能达到平稳状态的结论相一致。
对于不同条件下,产沙量变化的临界坡度,梁志权等[25]所给出的结论是在雨强为50 mm/h时,在20°附近存在一个侵蚀产沙量的临界坡度,并且以此论证了不同的雨强大小会影响侵蚀的临界坡度值。王丽园等[26]认为产沙结果的差异性变化主要由于坡度变化会影响到垂直坡面分力与滞雨量的不同,从而改变坡面的侵蚀方式,影响产沙过程变化,雨强也对产沙量有一定的影响,小坡度条件下,坡面稳定性较好,坡度对产沙量的影响程度不如雨强,这也与前文所提到的试验结果相佐证。钟壬琳等[27]的研究表明红壤坡面侵蚀产沙总量有随降雨强度和坡度增加而增大的趋势,在降雨强度和坡度较小时,产沙量变化幅度较大,这与本试验的结果相吻合。2.2 坡面流速时空分异特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]“二调”以来湖北省耕地变化的时空特征及其驱动因子识别[J]. 陶荣,孔雪松,陈翠芳,刘茜,张俊. 水土保持研究. 2019(06)
[2]干湿循环对云南红土渗透性的影响[J]. 杨恒,黄英,周丹,李剑寒,唐森涛. 科学技术与工程. 2019(27)
[3]坡面薄层水流流速研究[J]. 杨大明,高佩玲,刘小媛,相龙康,张晴雯. 水土保持学报. 2019(04)
[4]降雨和汇流条件下浅沟侵蚀过程试验研究[J]. 吴桐嘉,潘成忠,罗明杰,刘春雷,汪啸宇. 水土保持通报. 2019(04)
[5]雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响[J]. 常松涛,黄少燕,查轩,姚冲,陈世发,白永会,王丽园,孙丽丽. 水土保持学报. 2019(03)
[6]模拟降雨条件下红壤坡面侵蚀产沙水动力学特征[J]. 林庆明,丁文峰,张长伟,徐金鑫,方程,张平仓. 水土保持通报. 2019(02)
[7]改革开放40年湖北省水土保持成效综述[J]. 吴遵雄. 中国水土保持. 2018(12)
[8]雨强和坡度对嵌套砾石红壤坡面产流产沙的影响[J]. 王蕙,胡秀君,山成菊. 水土保持学报. 2018(04)
[9]红壤缓坡水流动力学特性及其对侵蚀影响的试验研究[J]. 郝好鑫,杜一凡,曹丹妮,李朝霞,郭忠录. 中国水土保持科学. 2018(02)
[10]不同母质红壤坡面产流产沙特征比较[J]. 徐铭泽,杨洁,刘窑军,杨广勇. 水土保持学报. 2018(02)
硕士论文
[1]不同宽度条件下坡面流水动力学特性研究[D]. 田野.福建农林大学 2019
[2]武汉市蔡甸区生态功能区划研究[D]. 赵莎.湖北大学 2014
本文编号：3017134
【文章来源】：水土保持研究. 2020,27(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试验装置示意图
不同雨强和坡度条件下,试验过程中坡面产流率随降雨历时变化的过程如图2所示。总体上看,坡面产流的时间变化趋势在不同雨强和坡度条件下基本一致,平均产流率均随降雨历时延长而缓慢增长,在8～15 min的区间内会有小范围的波动,最后达到一个稳定的状态直至降雨结束(图2)。在坡度5°和雨强40 mm/h的条件下,产流率非常稳定;在坡度15°雨强80 mm/h的条件下,产流率在试验后期依然有增大趋势。对比可知,在坡度较缓、雨强较小的条件下,平均产流率相对稳定;而在坡度较陡、雨强较大的条件下,平均产流率波动较大,不易稳定。在相同雨强条件下,随坡度增加,坡面入渗量减小致使更多降雨转化为坡面径流,同时坡度增加致使坡面水流速度加快,单位时间内坡面径流量越大。在相同雨强条件下,平均产流率会随着坡度的增大而增大。随着降雨时间的增加,在产流初期(0～15 min)径流过程表现为波动增加过程,特别是大雨强下波动较为明显,15 min以后径流量的波动趋于稳定,伴有较小的波动,一直持续到降雨结束;这与Donjadee等[24]认为的不同雨强下产流达稳定的时间不同,大雨强下通常需要更多的时间才能达到平稳状态的结论相一致。
对于不同条件下,产沙量变化的临界坡度,梁志权等[25]所给出的结论是在雨强为50 mm/h时,在20°附近存在一个侵蚀产沙量的临界坡度,并且以此论证了不同的雨强大小会影响侵蚀的临界坡度值。王丽园等[26]认为产沙结果的差异性变化主要由于坡度变化会影响到垂直坡面分力与滞雨量的不同,从而改变坡面的侵蚀方式,影响产沙过程变化,雨强也对产沙量有一定的影响,小坡度条件下,坡面稳定性较好,坡度对产沙量的影响程度不如雨强,这也与前文所提到的试验结果相佐证。钟壬琳等[27]的研究表明红壤坡面侵蚀产沙总量有随降雨强度和坡度增加而增大的趋势,在降雨强度和坡度较小时,产沙量变化幅度较大,这与本试验的结果相吻合。2.2 坡面流速时空分异特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]“二调”以来湖北省耕地变化的时空特征及其驱动因子识别[J]. 陶荣,孔雪松,陈翠芳,刘茜,张俊. 水土保持研究. 2019(06)
[2]干湿循环对云南红土渗透性的影响[J]. 杨恒,黄英,周丹,李剑寒,唐森涛. 科学技术与工程. 2019(27)
[3]坡面薄层水流流速研究[J]. 杨大明,高佩玲,刘小媛,相龙康,张晴雯. 水土保持学报. 2019(04)
[4]降雨和汇流条件下浅沟侵蚀过程试验研究[J]. 吴桐嘉,潘成忠,罗明杰,刘春雷,汪啸宇. 水土保持通报. 2019(04)
[5]雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响[J]. 常松涛,黄少燕,查轩,姚冲,陈世发,白永会,王丽园,孙丽丽. 水土保持学报. 2019(03)
[6]模拟降雨条件下红壤坡面侵蚀产沙水动力学特征[J]. 林庆明,丁文峰,张长伟,徐金鑫,方程,张平仓. 水土保持通报. 2019(02)
[7]改革开放40年湖北省水土保持成效综述[J]. 吴遵雄. 中国水土保持. 2018(12)
[8]雨强和坡度对嵌套砾石红壤坡面产流产沙的影响[J]. 王蕙,胡秀君,山成菊. 水土保持学报. 2018(04)
[9]红壤缓坡水流动力学特性及其对侵蚀影响的试验研究[J]. 郝好鑫,杜一凡,曹丹妮,李朝霞,郭忠录. 中国水土保持科学. 2018(02)
[10]不同母质红壤坡面产流产沙特征比较[J]. 徐铭泽,杨洁,刘窑军,杨广勇. 水土保持学报. 2018(02)
硕士论文
[1]不同宽度条件下坡面流水动力学特性研究[D]. 田野.福建农林大学 2019
[2]武汉市蔡甸区生态功能区划研究[D]. 赵莎.湖北大学 2014
本文编号：3017134
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