紫色土侵蚀细沟输沙、剥蚀过程及与黄绵土的对比研究

发布时间：2020-06-13 04:33

【摘要】：紫色土是我国南方的主要土壤类型之一,是一种极易侵蚀的高生产力岩性土。该土壤具有质地松软、结构松散、易风化、抗蚀性较差、保水保土能力弱的特点,使得我国紫色土地区土壤侵蚀面积及强度仅次于北方的黄土。细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的重要组成之一,也是紫色土地区坡面水蚀的重要过程以及小流域泥沙的重要来源,并对流域地貌的发育和演化过程具有重要的潜在影响。最近几十年,关于细沟侵蚀的研究越来越丰富,但紫色土细沟侵蚀研究较少。因此,紫色土细沟侵蚀研究对科学与生产实际具有重要意义。1)本研究采用土槽模拟细沟侵蚀,研究紫色土细沟侵蚀沿程变化过程、及其与已完成研究的黄绵土侵蚀过程对比,并据此计算土壤剥蚀过程及其与含沙量和沟长的关系。试验数据涉及三个流量水平:2,4和8 L min-1和5个坡度水平:5°、10°、15°、20°和25°。在细沟沟长为0~0.5 m、0.5~1 m、1~2 m、2~3 m、3~4 m、4~5 m、5~6 m、6~7 m、7~8 m、8~10 m及10~12 m间,分段测量侵蚀体积,根据出口处侵蚀泥沙量,计算得到细沟侵蚀分布过程,并用于后续计算剥蚀过程。结果表明:2)紫色土细沟累积侵蚀泥沙量及水流含沙量与细沟沟长的关系可以用指数函数较好地拟合,累积侵蚀量与水流含沙量随细沟沟长的增加而增加,但增加的趋势逐渐变缓,最终趋于一个稳定值。这种变化趋势在陡坡和大流量条件下更为明显,且累积侵蚀量与水流含沙量的稳定值随坡度和流量的增大而增大。通过多元回归分析得出试验设置的两个变量因子坡度与流量对输沙过程的影响,坡度的变化对输沙过程的影响更为明显。黄绵土水流含沙量的沿程变化趋势与紫色土相似,将两种土壤的研究结果进行对比,两者因土壤结构不同导致黄绵土水流可搬运泥沙量较紫色土多,而两者水流中泥沙增加速率基本相同。3)通过紫色土细沟水流含沙量随细沟沟长变化拟合所得参数,推导计算出不同水力工况条件下紫色土细沟侵蚀输沙临界坡长。在坡度较缓(5°、10°)时,即使在大流量条件下,紫色土输沙临界坡长仍较长,范围在11~19m。在坡度较陡时(15°、20°、25°)时,输沙临界坡长就表现较为稳定都集中在4~5m之间。紫色土细沟剥蚀率随细沟沟长的增加呈指数下降,随水流含沙量的增加呈线性减少。此规律在陡坡和大流量条件下更明显。细沟剥蚀率稳定峰值随坡度和流量的增大而增大,且减少至最低值(0左右)的速率加快。说明了当细沟下垫面土壤类型确定,在确定的坡度和流量条件下,细沟起始段大部分能量用于泥沙剥蚀作用,即此时具有最大剥蚀能力,剥蚀率最大。随细沟沟长增加,能量逐渐从大部分用于剥蚀作用转化为半剥蚀半运输泥沙,到了细沟后半段,大部分能量用于已剥蚀泥沙的运输,接近水流可承载的最大含沙量,此时剥蚀能力最小,剥蚀率趋近于0。同时通过模型公式指出细沟剥蚀率是坡度、流量、细沟沟长和水流含沙量的函数,很好地得出紫色土细沟剥蚀过程的特征规律。黄绵土与紫色土细沟剥蚀过程变化趋势大致相同,因紫色土黏粒含量多,极易形成团聚体结构,相对黄绵土颗粒大,不易被水流搬运,所以从剥蚀过程看黄绵土剥蚀泥沙量较紫色土高,但两种土壤基本在相似沟长位置达到其水流的饱和泥沙含量,即水流输沙能力。4)研究从细沟剥蚀率的定义出发,根据细沟输沙过程所得结果推导计算了细沟剥蚀率的解析值。将计算得到的细沟剥蚀率解析值与相应试验值进行对比,结果说明试验值与解析值有高度的一致性,由此论证了解析公式推导的正确性,为估算细沟剥蚀率提供了一种新思路。
【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

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