侵蚀性降雨雨型对黄土区浅沟坡面侵蚀特征的影响

发布时间：2017-12-19 19:01

  本文关键词：侵蚀性降雨雨型对黄土区浅沟坡面侵蚀特征的影响　出处：《中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：侵蚀性降雨雨型对黄土区浅沟坡面侵蚀特征的影响研究不但可为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论依据,而且对科学地指导坡面水土保持措施配置有重要的实践意义。基于陕北富县土壤侵蚀试验观测场2003~2014年115场降雨径流泥沙资料,本论文分析了侵蚀性降雨雨型特征,剖析了黄土区浅沟坡面各侵蚀分带侵蚀特征对降雨雨型的响应;阐明了不同降雨雨型下上方来水对下方侵蚀带侵蚀产沙的影响;揭示了降雨雨型对细沟侵蚀及其形态特征的影响;建立了不同侵蚀方式下不同降雨雨型的次降雨土壤侵蚀量与PI30的方程。主要研究结论如下:(1)分析了侵蚀性降雨雨型特征。基于降雨历时、最大30 min降雨强度和降雨量3个降雨特征指标,采用K均值聚类分析和判别分析,将115场侵蚀性降雨划分为3种降雨雨型。侵蚀性降雨雨型1(RR1)具有短历时、大雨强、小雨量的降雨特征,降雨雨型3(RR3)的降雨特征与RR1相反,降雨雨型2(RR2)的降雨特征处于RR1和RR3之间。在3种侵蚀性降雨雨型中,时段最大雨强(I10、I15、I30、I60)以及平均雨强(Im)皆以RR1为最大,其次为RR2,RR3。(2)阐明了各侵蚀分带土壤侵蚀对降雨雨型的响应。片蚀带由RR1、RR2和RR3引起的径流量分别占总径流量的67.5%、21.4%和11.1%,侵蚀量分别占64.3%,23.7%和11.9%;细沟侵蚀带由RR1、RR2和RR3引起的径流量分别占总径流量的60.4%、24.1%和15.5%,对应的侵蚀量分别占70.5%,18.8%和10.7%;浅沟侵蚀带由RR1、RR2和RR3引起的径流量分别占总径流量的60.7%、27.7%和11.6%,对应的侵蚀量分别占68.8%,20.9%和10.3%。各侵蚀分带对浅沟坡面总侵蚀量的贡献同样受降雨雨型影响。在坡面三个侵蚀分带中,片蚀带径流量和侵蚀量分别占坡面总径流量和侵蚀量的7.8%~21.2%和6.3%~18.7%,细沟侵蚀带径流量和侵蚀量分别占坡面总径流量和侵蚀量29.1%~51.3%和25.6%~39.3%,浅沟侵蚀带径流量和侵蚀量分别占坡面总径流量和侵蚀量32.7%~69.5%和37.2%~78.1%。(3)分析了不同降雨雨型下上方来水对下方侵蚀带侵蚀产沙的影响。在RR1、RR2和RR3三种降雨雨型下,片蚀带来水可使细沟侵蚀带侵蚀量分别增加30%、26%和23%,片蚀+细沟复合带来水可使浅沟侵蚀带侵蚀量分别增加41%、38%和33%。对于RR1,上方来水对浅沟侵蚀带侵蚀产沙量的的增加幅度远大于上方来水对细沟侵蚀带侵蚀产沙量的增加幅度;而对于RR2和RR3,则呈相反的趋势。在三种降雨雨型下,受上方来水影响的细沟侵蚀带和浅沟侵蚀带的增沙系数皆随P和I30增加而明显增加。(4)初步探讨了降雨雨型对细沟侵蚀及其形态特征的影响。RR1在细沟侵蚀带和片蚀+细沟复合带引起的细沟侵蚀分别占总细沟侵蚀量的42.7%和46.0%,RR2引起的细沟侵蚀量分别占总细沟侵蚀量的54.2%和50.7%,二者无显著差异;RR3引起的细沟侵蚀量仅分别占总细沟侵蚀量的3.1%和3.2%。细沟侵蚀带与片蚀+细沟复合带的细沟密度、细沟割裂度及细沟宽深比在三种降雨雨型下均存在显著差异,且三个形态指标均随RR1→RR2→RR3依次减小;细沟割裂度是表征细沟形态的最优指标。(5)分析了浅沟坡面侵蚀特征对降雨雨型的响应。三种降雨雨型中,RR1引起浅沟坡面年均径流量和侵蚀量分别占全年径流量和侵蚀量59.4%和69.9%,其次为RR2,分别占24.4%和20.7%;RR3最小,仅分别占16.3%和9.4%。在三种侵蚀性降雨雨型中,RR1的降雨过程和径流过程呈单峰型,而RR2和RR3的降雨过程和径流过程呈多峰型;RR1下浅沟坡面径流强度峰值的出现时间与雨强峰值的出现时间基本同步,而RR2和RR3下径流强度峰值的出现时间均滞后于雨强峰值的出现时间。(6)建立了不同侵蚀方式下不同降雨雨型的次降雨土壤侵蚀量与PI30的回归方程。基于坡面不同侵蚀方式,分别建立不同侵蚀性降雨雨型下片蚀带、片蚀+细沟侵蚀带和浅沟坡面(片蚀+细沟侵蚀带+浅沟侵蚀带)次降雨土壤侵蚀量与PI30的回归方程,且具有较好的估算精度;与不划分侵蚀性降雨雨型相比,浅沟坡面土壤侵蚀估算精度提高到20.5%。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157

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本文编号：1309055