紫色土细沟侵蚀水动力学特征及与黄绵土对比研究

发布时间：2017-09-20 05:01

  本文关键词：紫色土细沟侵蚀水动力学特征及与黄绵土对比研究

  更多相关文章： 径流流速 泥沙含量 径流剪切力 土壤可蚀性参数 土壤临界抗剪切应力

【摘要】：紫色土是我国的一类特殊土壤资源,具有土质较好、性质较优、潜在肥力较高的特点,因此成为我国一种特有的、具有发展农业优势的宝贵土壤资源。但紫色土同时具有易蚀、易退化、抗逆性弱的特点,因此如果利用不当或者过度利用,其肥力将大大减退,并出现旱、薄、瘦、蚀等问题。特别是在坡耕地分布广泛的长江流域,降雨量丰富,加之地表有一定坡度,在坡面径流的冲刷下极易造成水土流失。而一般细沟侵蚀产生的土壤侵蚀量能占到整个坡面土壤侵蚀量的70%以上,在黄土地区关于细沟侵蚀的研究已取得了丰硕的成果,在水土流失面积及强度仅次于黄土的紫色土区也开展了较多的研究,但对于紫色土坡面侵蚀的水动力学过程的研究却较少,因此有必要开展相关研究,为进一步认识紫色土细沟侵蚀机理及防治细沟侵蚀提供理论依据。本研究借鉴黄土地区已较为成熟的研究细沟侵蚀的土槽冲刷试验方法,在5个坡度(5°、10°、15°、20°、25°)、3个流量(2、4、8L/min)的不同水力工况下进行试验,试验土槽长12m,通过限定细沟的宽度(限定为10cm),采取沿程分段连续采样、沿程分段测量径流流速、分段测量细沟沟深等方法分析紫色土坡面细沟侵蚀水动力学特征,探讨紫色土细沟泥沙含量、剥蚀率、径流流速、径流剪切力、土壤可蚀性参数及土壤临界抗剪切应力等指标之间的关系,并与本课题组前期得到的黄绵土试验结果进行对比,结果表明:1)随着坡度及入流量的增加,紫色土细沟泥沙含量随坡长的增加而增大,总体表现为先迅速增加,后趋于平缓;紫色土细沟剥蚀率沿坡长呈指数递减,开始时递减速度较快,随后减小速度变缓。坡度越陡剥蚀率越大,流量越大剥蚀率也越大。2)紫色土细沟沟深在距离土槽顶端0-4m范围内最大,说明该段土壤侵蚀强烈,是布置水土流失防治措施的重点区域。侵蚀细沟沟深随坡长呈现波动性变化,说明土壤侵蚀是一个剥蚀、搬运和沉积交替进行并循环往复的复杂过程。3)紫色土细沟径流流速沿坡长的变化关系可以用幂函数nv(28)m L来表达,回归系数m、n的范围分别为0.30-0.72、0.06-0.22,m值表示细沟入口处的流速,即最小流速,随坡度及流量的增加而增大。细沟径流流速在坡长为0-4m范围内增长迅速,在4-12m内增加缓慢,与黄绵土相比,流速增大的坡长范围变短;坡度及入流量对细沟径流流速均有影响,但入流量对流速增加的影响更大。4)紫色土及黄绵土细沟径流剪切力沿坡长均呈现递减的变化趋势,细沟径流剪切力在土槽入口处最大,两种土壤径流剪切力与坡长的关系均可用幂函数来表达;细沟径流剪切力随含沙量的增大而减小,两者之间的关系可以用指数函数τ=D_0e~(Eoc)来拟合。在坡度相同的情况下,细沟入流量越大,径流剪切力越大,径流含沙量也越大,最终出口处的泥沙含量也越大;在流量相同的情况下,坡度越大,细沟径流剪切力越大,径流含沙量也越大。5)通过最大剥蚀率与径流剪切力的回归,可以计算出土壤可蚀性参数及土壤临界抗剪切应力,得出供试紫色土的土壤可蚀性参数Kr值为0.0469[kg/(m~2·s·Pa)],而黄绵土的Kr值为0.1361[kg/(m~2·s·Pa)],黄绵土的Kr值是紫色土的2.90倍;紫色土土壤临界抗剪切应力τc值为0.3875Pa,而黄绵土的τc值为0.2367Pa,紫色土的τc值是黄绵土的1.64倍。说明在其他条件相同的情况下,黄绵土更容易被侵蚀,更易于流失。
【关键词】：径流流速 泥沙含量 径流剪切力 土壤可蚀性参数 土壤临界抗剪切应力
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157.1
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第1章 文献综述13-25
• 1.1 研究目的及意义13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 细沟侵蚀研究现状13-16
• 1.2.2 细沟侵蚀形态研究16
• 1.2.3 细沟侵蚀流速研究16-17
• 1.2.4 细沟径流剪切力的研究现状17-18
• 1.2.5 土壤可蚀性参数及土壤临界抗剪切应力研究18-21
• 1.3 目前研究有待深入方面21
• 1.4 研究内容与技术路线21-25
• 1.4.1 研究内容21-22
• 1.4.2 技术路线22-25
• 第2章 材料与方法25-29
• 2.1 试验材料25
• 2.1.1 供试土壤25
• 2.1.2 试验土槽25
• 2.2 试验方法25-29
• 2.2.1 土槽装填及前期处理25-27
• 2.2.2 试验采样及流速测量27
• 2.2.3 数据处理27-29
• 第3章 紫色土含沙量、剥蚀率及细沟形态沿坡长的变化29-35
• 3.1 紫色土坡面细沟径流泥沙含量与坡长的关系29-31
• 3.2 紫色土坡面细沟侵蚀剥蚀率随坡长的变化关系31-32
• 3.3 紫色土细沟侵蚀形态变化特征研究32-33
• 3.4 小结33-35
• 第4章 紫色土细沟径流流速与坡长、泥沙含量的关系35-51
• 4.1 紫色土细沟径流流速沿坡长的变化关系35-37
• 4.2 坡度及流量对紫色土细沟径流流速的影响37-38
• 4.3 紫色土径流流速与泥沙含量的关系38-41
• 4.4 紫色土与黄绵土细沟径流流速与坡长、泥沙含量对比研究41-49
• 4.4.1 紫色土与黄绵土细沟径流流速与坡长的关系对比研究41-46
• 4.4.2 紫色土与黄绵土细沟径流流速与泥沙含量的关系对比研究46-49
• 4.5 小结49-51
• 第5章 紫色土细沟径流剪切力及土壤可蚀性参数研究51-69
• 5.1 细沟径流剪切力沿坡长的变化关系51-54
• 5.2 紫色土径流剪切力与泥沙含量关系54-56
• 5.3 紫色土土壤临界抗剪切应力及土壤可蚀性参数研究56-59
• 5.4 紫色土与黄绵土径流剪切力及土壤可蚀性参数对比研究59-68
• 5.4.1 紫色土与黄绵土径流剪切力沿坡长的变化关系对比研究59-63
• 5.4.2 紫色土与黄绵土径流剪切力与泥沙含量的关系对比研究63-66
• 5.4.3 紫色土与黄绵土土壤临界抗剪切应力及土壤可蚀性参数对比研究66-68
• 5.5 小结68-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-79
• 参与科研及发表论文情况79

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