不同近地表水文条件下紫色土坡耕地土壤侵蚀过程研究

论文摘要

紫色土是长江泥沙的重要来源,研究紫色土土壤侵蚀过程对长江流域农业发展和水利工程建设具有重要的意义。本文通过人工模拟降雨试验,研究了不同坡度降雨和近地表水文条件下,紫色土坡面侵蚀过程及坡面水流的水力学特性,主要结果如下:(1)紫色土坡面开始产流的时刻随雨强和坡度增大而提前。从开始产流时刻起,径流速率逐渐增加并达到相对稳定,产流过程可以分为两个阶段:不稳定产流阶段和稳定产流阶段。不稳定产流阶段的径流量受降雨强度和坡面对降雨截流、下渗作用的影响,稳定产流阶段流量主要与降雨强度有关。当土壤水分达到饱和或者存在壤中流的情况下,不稳定产流阶段不明显。相同的降雨强度和坡度条件下,壤中流情况下产流最早,降雨开始即产流,土壤水分饱和时次之,水分自由下渗最晚。同一坡度和近地表水文条件下,径流量随雨强增大而增大;同一雨强和近地表水文条件下,径流量随坡度增加呈现先增大而后减小的趋势。同一坡度和雨强下,壤中流情况下径流量最大,土壤饱和情况下次之,自由下渗时最小。(2)从开始产流起,紫色土坡面土壤侵蚀速率随着产流速率的增大而迅速增加,当进入稳定产流阶段后,土壤侵蚀速率又呈现出缓慢下降的趋势。同一坡度和近地表水文条件下,平均侵蚀率是随雨强的增大而增加。同一雨强和近地表水文条件下,平均侵蚀速率随坡度的增大而增加,并存在一坡度,大于该坡度后,侵蚀速率迅速增加,这一坡度随雨强和土壤含水率的增加而减小。相同的雨强和坡度下,壤中流时径流量最大,土壤饱和时次之,自由下渗时最小。(3)近地表水文状态对土壤侵蚀的影响要高于对坡面径流的影响。在土壤自由下渗时降雨对侵蚀的影响最小,土壤饱和时居中、壤中流时最大,恰好与降雨对径流的影响相反。近地表水文条件可以影响土壤抗蚀性,随着土壤含水量增加,尤其当出现壤中流情况下,土壤抗蚀性下降。(4)坡度、降雨和近地表水文条件对土壤侵蚀具有交互作用。坡度越大坡面土壤越容易丧失稳定性,较大的降雨和土壤含水量加剧了这一趋势,使坡度对土壤侵蚀的影响显著增加。(5)坡面薄层水流的雷诺数在22.31~71.63之间,属于层流;弗罗得数大多小于1,水流属于缓流。雷诺数随雨强、径流、泥沙和流速的增加而增大,径流量对雷诺数的影响最为显著。弗罗得数随坡度、径流、泥沙和流速的增加而增大,坡度对弗罗得数的影响最为显著。坡度、雨强、径流对阻力系数影响显著,阻力系数随坡度的增加而增大,随雨强、径流的增加而减小。流速与坡度、雨强、径流、泥沙之间有极显著的正相关关系,同一流量下,坡度越大流速越大。近地表水文条件对水力学参数有着显著的影响,相同的坡度与雨强条件下,在近地表水文条件由自由下渗变为土壤水分饱和再变为壤中流的过程中,流速、雷诺数、弗罗德数增加,阻力系数减小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 紫色土分布与土壤特性
• 1.2.2 紫色土土壤侵蚀过程及机理研究
• 1.2.2.1 不同降雨和耕作措施下紫色土产流过程和侵蚀过程研究
• 1.2.2.2 不同治理措施下紫色土土壤结构特性研究
• 1.2.2.3 紫色土抗蚀性研究
• 1.2.3 侵蚀预报模型和核素示踪法在紫色土侵蚀预报中的应用
• 1.2.3.1 WEPP 模型在紫色土区的应用
• 1.2.3.2 核素示踪法在紫色土侵蚀预报中的应用
• 1.3 不同近地表水文条件对坡面侵蚀过程的影响研究
• 1.4 需要进一步研究的问题
• 1.5 研究内容与研究方案
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.1.1 紫色土坡面土壤侵蚀过程研究
• 1.5.1.2 不同近地表水文条件下的紫色土侵蚀研究
• 1.5.1.3 不同近地表水文条件下的水力学参数与紫色土坡面土壤侵蚀的关系
• 1.5.2 研究方案
• 1.5.2.1 研究方法与技术路线
• 1.5.2.2 试验方案
• 1.5.2.2.1 模拟降雨试验设计
• 1.5.2.2.2 降雨设备
• 1.5.2.2.3 试验步骤
• 第二章 紫色土坡耕地土壤侵蚀过程研究
• 2.1 不同降雨条件下紫色土坡面径流量和侵蚀量比较
• 2.1.1 不同降雨条件下紫色土坡面径流量比较
• 2.1.2 不同降雨条件下紫色土坡面土壤侵蚀量比较
• 2.1.3 不同降雨条件下紫色土坡面单位径流侵蚀量比较
• 2.2 不同降雨条件下紫色土坡面产流和产沙过程对比
• 2.2.1 不同降雨条件下紫色土坡面产流过程
• 2.2.2 不同降雨条件下紫色土坡面产沙过程
• 2.3 不同降雨条件下径流含沙量变化过程
• 2.4 不同坡度条件下紫色土坡面径流量和侵蚀量比较
• 2.4.1 不同坡度条件下紫色土坡面径流量比较
• 2.4.2 不同坡度条件下紫色土坡面侵蚀量
• 2.5 不同坡度条件下坡面紫色土坡面产流和产沙过程对比
• 2.5.1 不同坡度条件下紫色土坡面产流过程
• 2.5.2 不同坡度条件下的紫色土坡面产沙过程
• 2.6 本章小结
• 第三章 近地表土壤水分条件对紫色土坡面侵蚀过程的影响
• 3.1 不同近地表水文条件下坡面径流量和侵蚀量对比
• 3.1.1 不同近地表水文条件下坡面径流量对比
• 3.1.2 不同近地表水文条件下的坡面侵蚀量
• 3.2 不同近地表水文条件下坡面产流过程
• 3.3 不同近地表水文条件下坡面产沙过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 水流水力学参数与紫色土坡面土壤侵蚀产沙的关系
• 4.1 坡面侵蚀过程水流水力学参数的测算
• 4.2 坡面薄层水流的水力学参数和水流形态
• 4.3 三种近地表水文条件下坡面流速动态变化对比分析
• 4.3.1 50mm/h 雨强下坡面流速动态变化对比分析
• 4.3.2 75mm/h 雨强下坡面流速动态变化对比分析
• 4.3.3 100mm/h 雨强下坡面流速动态变化对比分析
• 4.4 不同近地表水文条件下水力学参数的对比
• 4.5 水力学参数与土壤侵蚀量的关系
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.1.1 紫色土侵蚀过程
• 5.1.2 近地表水文条件对土壤侵蚀的影响
• 5.1.3 坡面薄层流的水流水力学参数特征
• 5.2 存在的问题
• 5.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介