黄土丘陵区坡面浅沟侵蚀过程及水动力特征试验研究
坡面浅沟侵蚀在黄土高原的土壤侵蚀中占有极其重要的地位，是坡面主要侵蚀方式之一，也是坡面产沙的主要部位，浅沟侵蚀量占沟间地侵蚀的35-70﹪，是黄土高原土壤侵蚀严重的主要根源之一。目前黄土高原坡面大多数径流小区，只测定片蚀、细沟侵蚀量，不包括浅沟侵蚀，试验结果用于评价坡面侵蚀量偏低，黄土高原大多数土壤侵蚀预报模型也未考虑浅沟侵蚀的影响。因此对黄土高原坡面浅沟侵蚀产沙过程及其水动力特征进行定量试验研究，不仅对深入揭示黄土丘陵区坡面侵蚀规律，保护土地资源和减少入黄泥沙有重要的生产实际意义，而且对建立土壤侵蚀预报模型和确定坡沟治理方针具有重要的科学意义和应用价值。本文在陕北延安燕儿沟流域，通过野外放水冲刷试验，研究了不同坡度、不同放水流量情况下坡面浅沟侵蚀的侵蚀产沙和水动力参数的变化规律，取得的主要研究结果如下：
1.得出了浅沟水流侵蚀产沙随坡度变化的关系，发现与坡度的关系存在着临界坡度
不同放水流量下，浅沟水流的产沙率、含沙量、产沙量与坡度的关系呈抛物线形式变化，临界坡度出现在18.5°-29°之间。其值与流量大小有关。当小于这个临界坡度时，以上参数随着坡度的增大而增大；当大于这个临界坡度时，则随着坡度增大而减小。
2.分析了浅沟水流侵蚀产沙、水动力参数随时间的变化规律
在不同放水流量不同坡度条件下，浅沟的产沙量、含沙量、弗罗德数、流速等随着时间逐渐减小。雷诺数、阻力系数等随时间不断地增大。径流率随时间的变化不大。不同坡度下，产沙量与径流量、流量呈幂函数关系。建立了产沙率与时间的关系式。
3.研究了上方来水对浅沟侵蚀产沙、径流水动力参数的影响
当有上方来水时，浅沟水流的径流率、流速、弗罗德数比无上方来水时明显增大。弗罗德数、产沙率随着上方来水流量的增大而增大，随着上方来水含沙量的增大而减小。有上方来水的阻力系数比无上方来水时的阻力系数小，并且随着上方来水流量的增大阻力系数减小。雷诺数为阻力系数的减函数，雷诺数为弗罗德数的增函数。
4.揭示了变流量对浅沟侵蚀产沙的影响
在变流量前后浅沟的径流率、产沙率、流速与放水流量均呈线性正相关。变流量后径流率随流量的变化率大于变流量前。含沙量与放水量呈抛物线形式变化。阻力系数随着流量的增大而减小。变流量前流量对雷诺数的影响大于变流量后流量对雷诺数、弗罗德数的影响。
改变流量前放水流量对侵蚀产沙与水动力参数的改变量均大于变流量后放水流量对参数的影响。这个结论说明降雨径流或冲刷径流初始时对浅沟侵蚀量贡献最大。
5.阐述了耕作对浅沟侵蚀产沙、径流水动力特征的影响
不同放水流量下经过耕作后的径流率减小了19﹪～21﹪，产沙率却增加了1-12倍左右。耕作后，在0-20min时间内，浅沟水流含沙量大于未耕作时的这个时间段的含沙量。在20min后，经过耕作后的浅沟水流含沙量与未耕作的含沙量相当。不同放水流量下累积产沙量分别增加了53﹪～178﹪。耕作前后累积产沙量与径流量呈幂函数关系。
耕作后浅沟水流流速大幅度减小。水流阻力系数与时间、流量均呈反比关系。耕作以后浅沟水流的阻力系数随时间变化比较平缓。耕作减缓了弗罗德数的变化，雷诺数降低，且变化缓慢。
黄土丘陵区;浅沟侵蚀;侵蚀过程;水动力特征;放水流量;阻力系数;上方来水;侵蚀产沙;临界坡度;水流含沙量;变流量;水动力参数;黄土高原;耕作;雷诺数;土壤侵蚀预报模型;径流率;产沙率;产沙量;侵蚀量
西北农林科技大学
硕士
环境科学
张广军;王文龙
2006
中文
S157
69
2007-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）