晋西北典型黄土陡坡急流冲刷调查研究

随着气候的变化,近年来晋陕北部暴雨集中,来势快急,对当地黄土高原造成巨大影响,陡坡急流造成坡面大量崩塌、滑坡,形成了侵蚀堆积体和沟道泥石流,对乡村和中小城镇造成安全威胁。为了研究晋西北典型黄土高原陡坡急流冲刷情况,通过资料搜集、野外勘察和测量,选取黄土裸坡冲刷状况进行取样和现场实测,获得当地降雨资料,并得到 3 种典型裸坡的侵蚀特征、形态参数和颗粒级配。通过建立边坡泥沙颗粒受力模型,分析裸露黄土边坡坡面急流冲刷的发生条件。研究发现: 降雨特征、土层特性与边坡形态共同影响着边坡冲刷侵蚀的发展。边坡冲沟沟深沿程呈波动趋势,直线型边坡冲沟沟深随径流量的增加而增大; 凹型边坡冲沟沟深随径流量的增加而增大,随坡度的增大而减小; 凸型边坡冲沟沟宽沿程沟深随径流量的增加而减小,随坡度的减小而减小。边坡冲沟沟宽沿程呈抛物线变化趋势,沟宽沿 BC 坡段减小,沿 DE、FG 坡段增大。     

黄土陡坡土壤侵蚀临界动力机制试验研究

通过室内土槽放水冲刷试验,研究了黄土陡坡径流侵蚀产沙特性.结果表明陡坡径流平均流速随径流量和坡度的增大呈波动趋势增加,而径流雷诺数Re和Darcy-Weisbach阻力系数f随着坡度的增加呈现出先增后减的变化趋势.坡面径流平均含沙率随流量的增加波动增加,随坡度的增加而呈抛物线形式变化,临界坡度值出现在21°和24°之间.进一步的分析结果表明侵蚀量随坡度的变化趋势与Re的变化是一致的,坡面径流侵蚀临界坡度的出现与雷诺数具有密切的相关关系,二者之问的关系式为:W=0.2676Re-55.44.     

雨洪综合作用下细沟断面沿程冲刷及溯源侵蚀特征试验分析

文章对雨洪综合作用下的细沟断面沿程冲刷和溯源侵蚀特征进行试验分析。结果表明:随着雨洪强度的递增,断面沿程冲刷强度增加,细沟宽度及宽深比随坡长增加呈现先增后减小的指数型变化,而沟深则随坡长增加呈现线性递减变化。断面受溯源侵蚀影响,随着坡度递减,沟宽与流量及坡度两个相关指数分别从0. 82和0. 75递减到0. 43和0. 38,沟宽递增变化率大于沟深变化率,断面宽深比逐步减小。研究成果对于流域水土保持治理具有参考价值。     

降雨强度和坡度双因子对紫色土坡面侵蚀产沙的影响

利用室内模拟降雨试验研究了降雨强度和坡度双因子对紫色土坡面侵蚀产沙过程的影响.试验结果表明:坡面产沙过程和侵蚀形态的演变与降雨强度和坡度的变化密切相关,降雨强度和坡度增大使径流量很快达到细沟发生的临界流量并加剧细沟形态的演变过程,产沙率由于细沟的产生和发展而急剧增加,并呈现跳跃性的波动.各降雨强度下,在5°～25°范围内,侵蚀量随坡度的增大而增大,30°时开始减小,在25°附近存在坡面侵蚀的临界坡度.降雨强度和坡度两个因子对侵蚀量的贡献率存在对比消长关系.降雨强度和坡度都较小时,坡度对侵蚀过程起主导作用;当降雨强度较大或者达到临界坡度以后,则降雨强度对侵蚀过程起主导作用.     

土石山区径流小区水土流失规律分析

对栖龙湾径流小区进行降雨、径流量和侵蚀量观测,并分析降雨、措施、坡度对径流量和侵蚀量的影响。结果表明：在相同坡度、措施下,随降雨量和降雨强度增大,径流量和侵蚀量先增加后减少又增加;不同坡度下,顺坡种植花生径流量、侵蚀量都随坡度增加而增加。建议当坡度增大时,将顺坡种植花生方式改为土坎梯田种植,可适当拦截径流和泥沙。     

典型红壤区输变电工程堆积体边坡细沟侵蚀特征

为科学治理典型红壤区输变电工程堆积体水土流失问题,采用室内人工模拟降雨试验,设计了雨强(2、2.5、3 mm/min)和坡度(10°、15°)2个处理方式,研究了红壤堆积体坡面土壤侵蚀过程,分析了雨强、坡度、侵蚀产沙特征以及细沟形态特征参数(密度、割裂度、复杂度和宽深比)之间的关系。结果表明：不同雨强红壤堆积体坡面产流量随降雨历时的增加而增大,入渗率和输沙量随降雨历时的增加呈减小趋势;细沟密度、细沟割裂度、细沟复杂度和细沟宽深比分别为0.77～1.35 m/m²、0.04～0.08、0.93～1.40、1.01～2.39;细沟宽深比随着雨强和坡度的增大而减小,细沟密度、割裂度以及复杂度的变化与之相反。细沟形态特性指标与坡面侵蚀速率之间的相关性排序为：细沟复杂度>细沟割裂度>细沟密度>细沟宽深比。研究成果可为典型红壤区输变电工程水土流失防治提供技术参数和依据。     

基于人工模拟降雨的黄潮土坡面侵蚀规律研究

为探讨不同坡度和雨强条件黄潮土坡面侵蚀及入渗规律,采用人工模拟降雨实验方法,选择4种坡度和3种雨强坡面产流量、侵蚀量和土壤入渗实验研究。结果表明,相同雨强坡面产流量随着坡度的增加先增大后减小,坡度9°时产流量最大。40 mm/h雨强坡面侵蚀量随坡度的增加而逐渐增大,60、80 mm/h时侵蚀量随坡度增加表现为先增大而后逐渐减小,坡度6°时侵蚀量最大。累计产流量与累计侵蚀量在3°和其他坡度时均呈线性函数关系。黄潮土埋深0.5 m以内的土壤含水率受降雨响应较为敏感,坡度影响降雨入渗速率,浅层土壤含水率变化速率随着坡度的增加先增大后逐渐减小。入渗是影响黄潮土降雨侵蚀的重要因素。     

基于自组织理论的黄土坡面细沟发育特征分析*

结合作者提出的坡面发育自组织模型，本文对典型坡度条件下坡面的发育过程进行了模拟，并重点分析了面蚀与沟蚀在坡面侵蚀中的关系，尤其是关于面蚀和沟蚀贡献大小的转化机理这样一些过去无法预测的方面。结果表明，面蚀与沟蚀在侵蚀机理上有本质的区别。当坡度小于20°时，面蚀在总体侵蚀中所占的比例随坡度的增大而迅速减小；当坡度大于20°时，其减小速度随坡度的继续增加则明显变缓。由面蚀为主向沟蚀为主的转化过程之快慢，在土壤及降雨等条件一定时与坡面的坡度关系很大。15°以下的缓坡面蚀向沟蚀转化的时刻远远滞后于20°以上的陡坡。这种差异可能是由于陡坡发育过程中坡面破碎程度远远高于缓坡所造成的。     

细沟侵蚀特征及其产流产沙过程试验研究

在不同坡度(15°、20°、25°)和降雨强度(1.5mm/min和2.0mm/min)条件下,利用室内模拟降雨试验,研究了杨凌塿土和安塞黄绵土的坡面细沟发育过程、形态特征及水沙关系.结果表明,不同降雨强度和坡度下,塿土坡面的细沟发育规律基本一致,主要由沿坡面方向呈线状分布的跌坎链相互连通而成,表现为沟头溯源侵蚀和沟道下切侵蚀,细沟宽深比随雨强及坡度增加而变小,细沟密度则随之而增加;黄绵土的跌坎形状为长条状,细沟主要由单个跌坎发育而成,发育过程中溯源侵蚀和边壁崩塌现象更为明显,细沟的宽深比较大.相比黄绵土,塿土的产流和达到稳定径流量的速度较快,相同降雨强度条件下,不同坡度间径流量的差异性较小;不同降雨强度和坡度条件下,塿土的含沙量变化过程较为一致,最终会趋于一个稳定值,黄绵土含沙量的变化过程较为复杂.另外,两种土壤从含沙量开始较快增加至达到最高值的时间段与其细沟形成及发育的时间段大体吻合,相比之下塿土更易发生细沟侵蚀.     

坡沟系统侵蚀产沙及其耦合关系研究

利用变坡度坡沟系统模型和人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下的坡沟系统产流产沙过程,揭示了坡面沟道侵蚀产沙耦合特征。结果表明:坡沟系统累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着降雨时间的增大而增大。梁峁坡面来水径流量与沟坡净侵蚀量之间呈幂函数关系,梁峁坡面来水含沙量与沟坡净侵蚀量之间呈反线性相关。从水力学角度对坡沟系统单位水流功率与单宽输沙率的关系进行了分析,得出试验条件下的临界单位水流功率值为0.0043m/s,输沙率随单位水流功率的增大而增大。     

黄土沟道重力侵蚀规律及机理研究

重力侵蚀是黄土高原沟谷地貌发育的重要营力之一,也是流域产沙的重要途径。以桥沟为主要观测区域,采用实地观测、直剪试验等方法研究了桥沟流域重力侵蚀发生的特点和影响因素,并对小型重力侵蚀的发生机理进行了分析。在观测期内桥沟发生的重力侵蚀类型主要是发生在土体浅层的小型重力侵蚀,包括泻溜、小型崩落、小型滑塌等,主要影响因素包括沟坡坡度、降雨、土体风化、黄土节理等。坡面坡度是重力侵蚀的主要控制因素,桥沟流域重力侵蚀主要发生在坡度大于55°的陡峭沟坡上,土体风化、降雨和黄土节理等因素显著减小了坡面上浅层黄土的抗剪性,因而降低了重力侵蚀发生的临界深度,是小型重力侵蚀发生的主要触发因素。     

坡面沟蚀及其分形特性试验研究

随着降雨击溅及坡面径流的持续冲刷,坡面侵蚀将由面蚀向沟蚀转化,并形成复杂的坡面微地形,坡面微地形又将改变坡面侵蚀方式。通过降雨及直接径流冲刷条件下的坡面侵蚀试验,研究了坡面侵蚀过程和冲刷流速(量)、侵蚀率与坡面微地形分形特征之间的关系,结果表明:侵蚀坡面地形分维值与冲刷流量和坡度存在明显的相关关系,把流速和坡面侵蚀率作为坡面地形演变的直接指标,均存在分维值随其先增大后减小的规律。     

坡度对三峡库区紫色土坡面径流侵蚀的影响分析

基于运动波理论,在紫色土坡面径流侵蚀力和径流侵蚀能力的影响因素分析基础上,对三峡库区紫色土坡面土壤侵蚀的临界坡度进行了分析,分析结果表明:(1)坡面径流流量、水深和流速均随降雨强度的增大而增大,坡面径流流量和坡面径流水深随坡度的增大而减小,而流速随坡度的增大先增大再减小,在坡度为33.21°时达到最大值;(2)坡面径流侵蚀力随着降雨强度的增大而增大,而坡度对它的影响较为复杂,这个特定坡度随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,对紫色土坡面而言,在37.14°～46.19°之间;(3)坡面径流侵蚀能力在临界坡度处达到最大值,临界坡度是一个变量,随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,紫色土坡面径流侵蚀的临界坡度在35.93°～40.78°之间.     

工程堆积体坡面细沟流水力学参数特性研究

为采用水力学参数特性揭示黄土高原沟壑区工程堆积体坡面土壤侵蚀过程,开展了野外放水冲刷试验。通过组合不同流量(35、45、55L/min)、不同坡度(24°、28°、32°)的试验,对坡面沟蚀发生发展过程中的水力学参数特性进行了研究。结果表明,坡面细沟水流的平均流速与水深主要受流量控制,二者均与单宽流量呈幂函数关系,且流速随冲刷时间的持续和冲刷形态的变化呈现上下起伏—瞬时增大—稳定的波动或减小—趋于稳定的变化历程。在所有坡度和流量范围内,雷诺数Re在42.9~1 082.8之间变化,雷诺数Re随坡度的增大呈先减小后增大的抛物线趋势。由坡面流弗劳德数Fr随冲刷历时变化情况表明,坡面径流形态是由急流向缓流发展。阻力系数f在0.019~0.94之间变化,f随坡度的增加先减小后增加,且随雷诺数Re的增大而增大,二者之间呈显著的指数函数关系。粗糙系数n随雷诺数增大而增大,且其与雷诺数存在显著性的指数函数关系。研究结果可为工程堆积体土壤侵蚀预报模型的建立提供一定的参数,对解决生产建设项目弃土弃渣场、取土场等水土流失问题具有重要的作用。     

降雨条件下不同土壤类型的坡面径流侵蚀产沙试验研究

利用人工模拟降雨试验,研究我国最具代表的4种侵蚀性土壤,即红壤、紫色土、黑土和黄土,降雨雨强和坡度对坡面径流侵蚀产沙的影响以及坡面径流与侵蚀产沙的相关性,结果表明,4种土壤的坡面平均产沙强度均随降雨雨强和坡度的增大而增大,其抗侵蚀能力大小依次为紫色土、红壤、黑土和黄土;对人工模拟降雨试验坡面平均产沙强度进行二因素方差分析,计算所得的P值均小于0.05,说明降雨雨强和坡度对坡面侵蚀产沙强度的影响显著;分析4种土壤坡面侵蚀产沙与径流的关系,得出坡面产沙强度随径流强度的增大而增大,且两者之间存在较好的幂函数关系。     

矿山边坡坡度对降雨入渗与侵蚀过程影响试验

以河南省焦作市某矿山边坡为例,利用人工模拟降雨试验研究了矿山边坡坡度对降雨入渗及产流侵蚀过程的影响。试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响,雨强在120~180 mm/h变化时,平均入渗率随雨强增大而增大,并随时间逐渐减小;坡度为20°~45°范围内,随边坡坡度减小,平均入渗率呈增大趋势,压实度增大,土壤孔隙率减小,入渗能力减小;土壤侵蚀量与土壤侵蚀模数随降雨强度增大而增大,侵蚀模数在边坡35°处出现较大转折;随着边坡坡度增大,浸润锋入渗边坡的速率增大,坡度越大浸润锋向坡底发展的速率越大。     

辽西黄土缓坡冲刷破坏及雨水入渗规律

针对辽西地区黄土缓坡降雨冲蚀破坏严重的问题,结合野外现场调查、室内物理模拟试验及SEEP／W渗流数值模拟,监测了坡内湿润锋的发展趋势、坡面土体体积含水率的变化,研究了黄土缓坡的冲刷破坏特征及降雨入渗规律。研究结果表明:辽西地区黄土缓坡坡面在降雨冲蚀作用下,按横向坡面形态可分为V形、U形、梯形、三角形4种冲沟。随着降雨的持续,浸润深度逐渐加深,雨水在坡内的浸润线不平行于边坡线,呈现出上浅下深的规律。辽西黄土缓坡坡面经历短时间降雨冲刷时,主要产生表层面蚀破坏;经历长时间降雨冲刷时,坡脚被冲刷淘空,坡面产生陷穴,进而可诱发边坡灾害。     

模拟降雨条件下不同坡度对土壤侵蚀试验研究

为了研究陕西黄土高原地区坡面土壤侵蚀中各影响因子的影响规律,通过人工降雨试验装置模拟坡面土壤在不同雨强(50 mm/h、100 mm/h)和坡度(5°、15°、25°)条件下的土壤侵蚀现象。研究结果表明:不同雨强、不同坡度对土壤侵蚀能力的影响不同:1)当雨强为50 mm/h时,径流量随着坡度增大而减少,入渗率随坡度增大而增加,三种坡度下侵蚀量随时间的增加呈现出先增加后减小再增加的趋势;2)当雨强为100 mm/h时,径流量随坡度增大先增加(5°～15°)后减小(15°～25°),入渗率随坡度增大先减小(5°～15°)后增加(15°～25°),三种坡度下侵蚀量随时间的增加先呈急速减小,后基本趋于平稳的状态。总体上,随着雨强的增加,三种坡度下的土壤坡面累积径流量、入渗量和侵蚀量都呈现出增加的趋势。     

沂蒙山区棕壤土侵蚀产流产沙过程及特征

采用室内人工模拟降雨试验的方法,研究降雨强度和坡度双因子对沂蒙山区棕壤坡面产流、产沙过程与特征的影响。结果表明:在坡面面积固定的情况下,相同雨强下,径流量随坡度的增加而减少,产沙率随坡度的增加而增大;在相同坡度下,径流量、产沙量均随雨强的增加而增大;在相同试验条件下,径流量、产沙量均在降雨初期急剧增加、中期平缓增加、最后趋于稳定。     

黄土高原丘陵沟壑区梯田边坡侵蚀过程对雨强的响应

为了进一步明确黄土高原水平梯田边坡在不同降雨强度下的侵蚀规律和细沟发育特征,选取陕西安塞县纸坊沟小流域土壤为试验材料,利用自制的试验模型槽,采用人工分层填筑方法,模拟野外最常见的单级梯田形态,在室内模拟降雨的条件下,设计了五组降雨强度(1.5、1.75、2.0、2.25、2.5 mm/min),研究了不同降雨强度对单级梯田的侵蚀规律和细沟发育的影响。结果表明:降雨强度对径流率和侵蚀速率的变化有着显著的影响,雨强≥2.0 mm/min时,径流率和侵蚀速率呈波动性增加;梯田边坡细沟长度、宽度和深度随雨强的增大而增大,其中细沟的长度能很好地反映细沟的发育过程,且与侵蚀速率之间存在着极显著的正相关关系;不同降雨强度下,梯田边坡坡面流速均呈先增大后稳定的趋势,坡面平均流速和雨强呈明显的幂函数关系;梯田边坡在侵蚀分为片状侵蚀、细沟侵蚀、细沟调整和崩塌四个阶段,且土壤侵蚀量与雨强之间有着明显的指数关系。