地表粗糙度对坡面流水力特性的影响研究

发布时间：2017-03-21 23:01

  本文关键词：地表粗糙度对坡面流水力特性的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：坡面流是造成坡面土壤及其母质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的关键因素,分析坡面流水动力学特性,是深入探究土壤侵蚀动力机制的基础。本文通过室内模拟试验,选取不同流量(0.04、0.08、0.12、0.16、0.2、0.24 L·s-1·m-1)、坡度(2°、4°、6°、8°、10°、12°),在5种人工模拟粗糙度床面(光滑、0.5~1.25mm、1.25~2.5mm、2.5~5mm、5~10mm)和覆土直线坡床面条件下,分析了坡面流水动力学参数(流速V、径流深H、雷诺数Re、弗劳德数Fr、阻力系数f、水流功率及土壤侵蚀率等)随地表粗糙度d、冲刷流量q和试验坡度S的变化规律,取得了以下主要结论:(1)人工模拟粗糙度床面(定床)条件下,平均流速、阻力系数分别与地表糙率呈指数函数关系(k,y表示水动力学参数,k、a为系数),随着糙率的增加,流速不断减小,阻力系数不断增大。流速、径流深、弗劳德数、阻力系数和水流功率与糙率、流量和坡度均呈良好幂函数关系(k,b、c为系数,其他参数同上);雷诺数与糙率、流量呈幂函数关系(k),与坡度不相关。另外,流速、雷诺数、弗劳德数、水流功率与糙率负相关,径流深、阻力系数与糙率正相关;阻力系数与流量负相关,其余参数均与流量正相关;径流深与坡度负相关,其余参数与其正相关。(2)覆土直线坡床面(动床)条件下,流速、径流深、雷诺数、弗劳德数、阻力系数、水流功率、土壤剥蚀率和起始产流时间与流量和坡度均呈良好幂函数关系(k),且阻力系数、起始产流时间与流量和坡度均表现为负相关,其余参数与流量和坡度正相关。起始产沟时间与冲刷流量之间呈幂函数负相关关系,与坡度不相关。另外,土壤剥蚀率与水流功率呈线性正相关关系,得出试验条件下的临界水流功率0.03N/(m s),因此可通过比较实际测量的水流功率与临界水流功率的大小来判断坡面是否产生土壤侵蚀。
【关键词】：坡面流 地表粗糙度 水动力学参数 土壤剥蚀率
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S157.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 综述10-18
• 1.1 研究目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 坡面流流速12-13
• 1.2.2 坡面流水流型态13-14
• 1.2.3 坡面流阻力系数14
• 1.2.4 坡面流水流功率14-15
• 1.3 存在问题与不足15-16
• 1.4 研究内容与技术路线16-18
• 1.4.1 研究内容16
• 1.4.2 技术路线16-18
• 第二章 研究内容与方法18-24
• 2.1 试验装置18-20
• 2.1.1 试验水槽18-19
• 2.1.2 供水系统19
• 2.1.3 数据采集装置19
• 2.1.4 试验样品分析与处理装置19-20
• 2.2 试验设计20-21
• 2.3 试验方法21-22
• 2.3.1 试验流量的率定21
• 2.3.2 水流流速的测量21
• 2.3.3 径流深的测量21-22
• 2.3.4 水流温度的测量22
• 2.4 数据处理、分析方法22-24
• 第三章 人工模拟粗糙度对坡面流水力特性的影响24-43
• 3.1 试验结果与分析24-41
• 3.1.1 坡面流流速随糙度、流量和坡度的变化规律24-29
• 3.1.2 坡面流径流深度随糙度、流量和坡度的变化规律29-31
• 3.1.3 坡面流水流型态随糙度、流量和坡度的变化规律31-33
• 3.1.4 坡面流阻力系数随糙度、流量和坡度的变化规律33-41
• 3.1.5 坡面流水流功率随糙度、流量和坡度的变化规律41
• 3.2 小结41-43
• 第四章 覆土直线坡条件下坡面流水力特性的研究43-58
• 4.1 材料与方法43
• 4.2 覆土直线坡条件下流量、坡度对坡面流水力特性的影响43-52
• 4.2.1 坡面流流速随流量和坡度的变化规律43-45
• 4.2.2 坡面流径流深随流量和坡度的变化规律45-46
• 4.2.3 坡面流水流型态随流量和坡度的变化规律46-49
• 4.2.4 坡面流阻力系数随流量和坡度的变化规律49-51
• 4.2.5 坡面流水流功率随流量和坡度的变化规律51-52
• 4.3 土壤剥蚀率的变化规律52-54
• 4.3.1 土壤剥蚀率与流量和坡度的关系52-53
• 4.3.2 土壤剥蚀率与水流功率的关系53-54
• 4.4 覆土直线坡条件下流量、坡度对坡面起始产流及产沟时间的影响54-56
• 4.4.1 覆土直线坡条件下流量、坡度对起始产流时间的影响54-55
• 4.4.2 覆土直线坡条件下流量、坡度对起始产沟时间的影响55-56
• 4.5 小结56-58
• 第五章 结论与讨论58-61
• 5.1 结论58-59
• 5.1.1 人工模拟粗糙度对坡面流水力特性的影响58-59
• 5.1.2 覆土直线坡条件下坡面流水力特性的研究59
• 5.2 讨论59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 罗榕婷;张光辉;曹颖;;坡面含沙水流水动力学特性研究进展[J];地理科学进展;2009年04期

2 雷廷武;刘汗;潘英华;赵军;赵世伟;杨永辉;;坡地土壤降雨入渗性能的径流-入流-产流测量方法与模型[J];中国科学(D辑:地球科学);2005年12期

3 杨方社;李怀恩;杨寅群;宋进喜;;沙棘植物对水流表面流速横向分布影响的PIV野外试验[J];水力发电学报;2011年03期

4 李勉;姚文艺;陈江南;丁文峰;;草被覆盖下坡面—沟坡系统坡面流阻力变化特征试验研究[J];水利学报;2007年01期

5 雷阿林,唐克丽;坡沟系统土壤侵蚀研究回顾与展望[J];水土保持通报;1997年03期

6 吴普特;周佩华;;坡面薄层水流流动型态与侵蚀搬运方式的研究[J];水土保持学报;1992年01期

7 丁文峰,李占斌,崔灵周;黄土坡面径流冲刷侵蚀试验研究[J];水土保持学报;2001年02期

8 李占斌,鲁克新,丁文峰;黄土坡面土壤侵蚀动力过程试验研究[J];水土保持学报;2002年02期

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本文编号：260413