喀斯特坡耕地裸坡侵蚀性降雨产流试验研究
发布时间：2021-11-16 12:34
为揭示喀斯特坡耕地土壤侵蚀驱动力——产流过程及机制,本研究采用人工模拟降雨试验,通过模拟典型喀斯特坡耕地耕作层、地表微地貌和地下孔（裂）隙构造,探索不同雨强（30,50,70和90mm/h）、坡度（5°,10°,15°,20°和25°）、地下孔（裂）隙度（1%,2%,3%,4%和5%）组合下坡耕地产流特征.结果表明:（1）对于地下产流降雨（雨强为30mm/h）,喀斯特坡耕地坡面不产生地表径流,降雨全部转化为地下径流;不同地下孔（裂）隙度下的地下产流率大致相当,而不同坡度下的地下产流率差异较大.（2）对于地表产流降雨（50和70mm/h）,地表地下均产生径流,其中地表产流率随坡度增加而增大,且随地下孔（裂）隙度增大而减小,而地下产流率则相反;（3）对于极端降雨（雨强90mm/h）,地表产流率随坡度增加而增加,随地下孔（裂）隙度增大而减小,而地下径流则与地表径流相反.地下径流是喀斯特坡耕地主要产流方式,地下孔（裂）隙度和坡度共同影响着径流分布,而降雨强度决定着地表径流和地下径流率.
【文章来源】：应用基础与工程科学学报. 2019,27(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
试验装置示意
坡面径流是造成坡面土壤侵蚀的主要动力,降雨特征决定着土壤侵蚀程度和侵蚀形态.岩溶地质条件不仅塑造喀斯特景观,还影响该地区的土壤侵蚀形式.当降雨强度为30mm/h时无地表径流产生,却产生了明显的地下径流,其产流过程如图2所示.次降雨过程中地下孔(裂)隙产流率呈先增加后趋于稳定的变化,前10min产流率最小,但与坡度、地下孔(裂)隙度无显著相关性.随后地下产流率急剧增加,在产流后30～50min后,产流率达到最大并维持在相对稳定值,随后小幅度波动.在一定条件下,不同地下孔(裂)隙度条件下的地下径流相差不大,而不同坡度下的地下径流差异较大.这说明地下产流降雨条件下,地下孔(裂)隙度对地下径流影响不大,而坡度对地下径流影响较大.进一步深入分析雨强和地下孔(裂)隙度对地下产流侵蚀性降雨产流率的影响,对揭示喀斯特坡耕地产流机理具有重要意义.由表1可知,地下孔(裂)隙度对该条件下产流率影响较小,不同地下孔(裂)隙度下的产流率总体差异不显著;坡度亦对其产流率影响较小,不同坡度下的产流率总体差异亦不显著.相关性分析表明,地下径流量与地下孔(裂)隙度和坡度相关性不显著,与降雨历时呈极显著相关,(r=0.625,p=0.003).究其原因,地下径流由土壤入渗水分转化而成,土壤水分入渗不受坡度和地下孔(裂)隙度限制;土壤与变坡钢槽地面突变接触面相当于入渗剖面夹层[21],土体的含水量需达到饱和后在重力作用下形成地下径流,而土壤水分入渗是降雨历时的函数.
地表产流降雨(雨强50mm/h)条件下的产流特征如图3所示.可以看出,降雨强度为50mm/h时坡面产生地表径流,10min时段内即有地表径流量产生,降雨量仅为8.33mm.5°坡面发生地表或无明显地表径流,10°以上坡面地表均产生地表径流;随着坡度增大,产流率增大,15°坡面有较大地表径流产生,在25°坡度达到最大值,坡度显著影响坡面地表产流率.地表产流率除地下孔(裂)隙度5%且25°坡面偏大,总体上地表产流率随地下孔(裂)隙度增大而减小.究其原因,坡面地表径流随坡度增加而增大,地表径流速度越大,坡面汇流过程加快,产流率增大,其产流时间缩短,初始产流率增加,理论上前10min产流率与坡度正相关,受坡面汇流、土壤水分入渗共同作用,初始产流率随坡度变化存在差异.不同坡度和地下孔(裂)隙度坡面产流过程存在差异,但总体上地表产流率先增加,达到最大产流后减小,其减幅与坡度相关(p=0.02),与地下孔(裂)隙度无相关性;坡面产流过程表现出无规则波动性.从地下孔(裂)隙产流过程可知,地表产流侵蚀性降雨条件下(雨强50mm/h),坡度越小,地下径流越大,即随坡度增大,地表径流增大而地下径流减小;随着地下孔(裂)隙度增大,地下径流增加,不同坡度坡面地下径流差异越大.地下产流过程曲线有相似性,降雨前20～30min内急剧增加到最大,然后波动性缓慢减小,孔(裂)隙增大其波动性增加.地下径流与坡度、地下孔(裂)隙度、降雨历时的变化规律性相对地表径流更强,如孔裂隙度1%时,不同坡度坡面地下产流量随坡度增大递减,产流过程曲线无显著差异;地下孔(裂)隙度5%时,地下径流总体增加,其不同坡度坡面产流过程差异性明显增大.地表径流与地下径流产流率在产流后20～30min时达到最大值,随后缓慢减小;随着坡度增大,地下径流产流率减小,变幅减小,其变化过程和幅度与地下孔(裂)隙度相关.
【参考文献】：
期刊论文
[1]模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响[J]. 彭旭东,戴全厚,李昌兰,袁应飞,赵龙山. 农业工程学报. 2017(02)
[2]喀斯特山地石漠化过程中地表地下侵蚀产沙特征[J]. 彭旭东,戴全厚,杨智,赵龙山. 土壤学报. 2016(05)
[3]坡度对黔西北地区坡面产流产沙的影响[J]. 张兴奇,顾礼彬,张科利,杨光檄,顾再柯. 水土保持学报. 2015(04)
[4]重庆岩溶槽谷区山坡土壤的漏失研究[J]. 魏兴萍,谢德体,倪九派,苏程烜. 应用基础与工程科学学报. 2015(03)
[5]喀斯特坡耕地及其浅层孔(裂)隙土壤侵蚀响应试验研究[J]. 伏文兵,戴全厚,严友进. 水土保持学报. 2015(02)
[6]喀斯特黄壤区侵蚀性降雨及产沙特征分析[J]. 张文源,王百田,杨光檄,张科利. 生态环境学报. 2014(11)
[7]黄土坡面细沟侵蚀发育过程与模拟[J]. 吴淑芳,刘政鸿,霍云云,孟庆香. 土壤学报. 2015(01)
[8]岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究[J]. 蒋忠诚,罗为群,邓艳,曹建华,覃星铭,李衍青,杨奇勇. 地球学报. 2014(05)
[9]细沟侵蚀特征及其产流产沙过程试验研究[J]. 和继军,吕烨,宫辉力,蔡强国. 水利学报. 2013(04)
[10]桂西北喀斯特峰丛不同土地利用方式坡面产流产沙特征[J]. 陈洪松,杨静,傅伟,何菲,王克林. 农业工程学报. 2012(16)
本文编号：3498899
【文章来源】：应用基础与工程科学学报. 2019,27(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
试验装置示意
坡面径流是造成坡面土壤侵蚀的主要动力,降雨特征决定着土壤侵蚀程度和侵蚀形态.岩溶地质条件不仅塑造喀斯特景观,还影响该地区的土壤侵蚀形式.当降雨强度为30mm/h时无地表径流产生,却产生了明显的地下径流,其产流过程如图2所示.次降雨过程中地下孔(裂)隙产流率呈先增加后趋于稳定的变化,前10min产流率最小,但与坡度、地下孔(裂)隙度无显著相关性.随后地下产流率急剧增加,在产流后30～50min后,产流率达到最大并维持在相对稳定值,随后小幅度波动.在一定条件下,不同地下孔(裂)隙度条件下的地下径流相差不大,而不同坡度下的地下径流差异较大.这说明地下产流降雨条件下,地下孔(裂)隙度对地下径流影响不大,而坡度对地下径流影响较大.进一步深入分析雨强和地下孔(裂)隙度对地下产流侵蚀性降雨产流率的影响,对揭示喀斯特坡耕地产流机理具有重要意义.由表1可知,地下孔(裂)隙度对该条件下产流率影响较小,不同地下孔(裂)隙度下的产流率总体差异不显著;坡度亦对其产流率影响较小,不同坡度下的产流率总体差异亦不显著.相关性分析表明,地下径流量与地下孔(裂)隙度和坡度相关性不显著,与降雨历时呈极显著相关,(r=0.625,p=0.003).究其原因,地下径流由土壤入渗水分转化而成,土壤水分入渗不受坡度和地下孔(裂)隙度限制;土壤与变坡钢槽地面突变接触面相当于入渗剖面夹层[21],土体的含水量需达到饱和后在重力作用下形成地下径流,而土壤水分入渗是降雨历时的函数.
地表产流降雨(雨强50mm/h)条件下的产流特征如图3所示.可以看出,降雨强度为50mm/h时坡面产生地表径流,10min时段内即有地表径流量产生,降雨量仅为8.33mm.5°坡面发生地表或无明显地表径流,10°以上坡面地表均产生地表径流;随着坡度增大,产流率增大,15°坡面有较大地表径流产生,在25°坡度达到最大值,坡度显著影响坡面地表产流率.地表产流率除地下孔(裂)隙度5%且25°坡面偏大,总体上地表产流率随地下孔(裂)隙度增大而减小.究其原因,坡面地表径流随坡度增加而增大,地表径流速度越大,坡面汇流过程加快,产流率增大,其产流时间缩短,初始产流率增加,理论上前10min产流率与坡度正相关,受坡面汇流、土壤水分入渗共同作用,初始产流率随坡度变化存在差异.不同坡度和地下孔(裂)隙度坡面产流过程存在差异,但总体上地表产流率先增加,达到最大产流后减小,其减幅与坡度相关(p=0.02),与地下孔(裂)隙度无相关性;坡面产流过程表现出无规则波动性.从地下孔(裂)隙产流过程可知,地表产流侵蚀性降雨条件下(雨强50mm/h),坡度越小,地下径流越大,即随坡度增大,地表径流增大而地下径流减小;随着地下孔(裂)隙度增大,地下径流增加,不同坡度坡面地下径流差异越大.地下产流过程曲线有相似性,降雨前20～30min内急剧增加到最大,然后波动性缓慢减小,孔(裂)隙增大其波动性增加.地下径流与坡度、地下孔(裂)隙度、降雨历时的变化规律性相对地表径流更强,如孔裂隙度1%时,不同坡度坡面地下产流量随坡度增大递减,产流过程曲线无显著差异;地下孔(裂)隙度5%时,地下径流总体增加,其不同坡度坡面产流过程差异性明显增大.地表径流与地下径流产流率在产流后20～30min时达到最大值,随后缓慢减小;随着坡度增大,地下径流产流率减小,变幅减小,其变化过程和幅度与地下孔(裂)隙度相关.
【参考文献】：
期刊论文
[1]模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响[J]. 彭旭东,戴全厚,李昌兰,袁应飞,赵龙山. 农业工程学报. 2017(02)
[2]喀斯特山地石漠化过程中地表地下侵蚀产沙特征[J]. 彭旭东,戴全厚,杨智,赵龙山. 土壤学报. 2016(05)
[3]坡度对黔西北地区坡面产流产沙的影响[J]. 张兴奇,顾礼彬,张科利,杨光檄,顾再柯. 水土保持学报. 2015(04)
[4]重庆岩溶槽谷区山坡土壤的漏失研究[J]. 魏兴萍,谢德体,倪九派,苏程烜. 应用基础与工程科学学报. 2015(03)
[5]喀斯特坡耕地及其浅层孔(裂)隙土壤侵蚀响应试验研究[J]. 伏文兵,戴全厚,严友进. 水土保持学报. 2015(02)
[6]喀斯特黄壤区侵蚀性降雨及产沙特征分析[J]. 张文源,王百田,杨光檄,张科利. 生态环境学报. 2014(11)
[7]黄土坡面细沟侵蚀发育过程与模拟[J]. 吴淑芳,刘政鸿,霍云云,孟庆香. 土壤学报. 2015(01)
[8]岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究[J]. 蒋忠诚,罗为群,邓艳,曹建华,覃星铭,李衍青,杨奇勇. 地球学报. 2014(05)
[9]细沟侵蚀特征及其产流产沙过程试验研究[J]. 和继军,吕烨,宫辉力,蔡强国. 水利学报. 2013(04)
[10]桂西北喀斯特峰丛不同土地利用方式坡面产流产沙特征[J]. 陈洪松,杨静,傅伟,何菲,王克林. 农业工程学报. 2012(16)
本文编号：3498899
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nyxlw/3498899.html
