近床面区挟沙气流流速垂线分布特征

以测试参数较为齐全的挟沙气流风洞实验资料为基础，结合已有各家资料重点对近床面区挟沙气流流速垂线分布进行了系统的分析。在对近床面区沙粒跃移层内气流剪切应力分布的理论分析基础上，指出了该区的剪切应力由沙粒临界起动风速、沙粒垂直速度的垂线变化和输沙量垂线分布三者决定，并进一步导出了近床面区的挟沙气流流速垂线分布廓线方程，由该方程计算得到的结果与实测资料吻合很好，此外，研究还表明，Bagnold提出的不同风力条件下挟沙气流流速廓线聚焦于一点的观点基于正确，但这一点不宜作为跃移层内外风速廓线的分界点，实际失发界点高度是沙粒跃移层外气流摩阻速度平方的0．015倍；Owen提出的跃移层外层速廓线方程基本合理，但其中有效粗糙度公式中的系数C取值为0．04时更符合实测资料；来流速度相同的情况下，挟沙气流的摩阻速度大于清洁气流的摩阻速度。     

引黄灌区泥沙还田对土壤理化性质及土壤风蚀的影响

黄河水含沙量大，引黄灌区在引用黄河水的同时会引入泥沙，引沙引水矛盾突出。为了解决泥沙淤积问题，将泥沙“变废为宝”进行资源化利用，该文对河道清淤泥沙还田处理进行了研究，通过大田试验和室内风蚀试验相结合的方式，得出以下结论：泥沙还田对0～40 cm土层含水率有提高效果，而对40～80 cm土层含水率无影响；泥沙还田降低了土壤起动风速，随着还田量的增大起动风速减小，C3(掺沙2 000 kg/亩)起动风速为4.8 m/s,较CK降低了14.5%。风速为12 m/s时，各掺沙处理土壤风蚀量均大于CK处理，风蚀量从大到小依次为C3>C2>C1>CK,C1、C2、C3风蚀量分别较CK增大了6.5%、11.0%、96.8%。随着坡度的变化，各处理风蚀量随坡度呈现升高-降低-升高的变化趋势。     

风洞中挟沙气流水平集沙实验研究

过去对挟沙气流水平集沙的实验研究较少。在5种风速和2种沙粒粒径条件下进行了风洞水平集沙实验，发现沙粒降落量的分布特征由参考点沙粒降落量，沙粒平均最大跃移长度和“跃移－扩散”指数三个参数共同决定。其中，沙粒平均最大跃长度随气流摩阻速度和沙粒粒径的增大而增大，“跃移－扩散”指数则呈相反的变化趋势。挟沙气流水平集沙实验研究是传统的垂直集沙研究的有益补充，对理解近床面层区的集沙效率也有参考意义。     

大同第二发电厂扩建工程土壤流失预测探讨

大同第二发电厂三期扩建工程属大型火电建设项目。因项目区土壤侵蚀为风力水力复合侵蚀，水蚀集中在6～9月，风蚀集中在10月至次年5月，故水蚀与风蚀预测的时段不能直接套用施工阶段，而应根据施工进度安排，按水蚀与风蚀在各年的实际发生时间按月计算预测时段。根据项目区水土流失试验研究资料匮乏的实际，采用类比法确定背景侵蚀模数和再塑地貌侵蚀模数，并进行了土壤流失预测。结果表明：项目区新增土壤流失量为30101t；贮灰场和贮渣场是土壤流失最严重的区域；运行期是土壤流失最严重的时段；水蚀与风蚀对项目区新增土壤流失所起的作用不同，总体上风蚀作用大于水蚀作用，建设期水蚀大于风蚀，运行期风蚀大于水蚀。根据项目区新增土壤流失特点，提出了相应的防治建议。     

黄河中游岩土侵蚀地质环境及侵蚀类型分析

通过岩土侵蚀地质环境条件及侵蚀类型调查研究，分析了黄河中游岩土侵蚀的主要地质环境特征，包括自然地理特征、易侵蚀岩土特征、地貌特征等。在此基础上，依据自然地理、地质环境特征及侵蚀动力特征，将黄河中游岩土侵蚀分为风蚀沙丘草滩型、风蚀水蚀盖沙黄土梁峁沟壑型、重力侵蚀水蚀风蚀片沙石质丘陵型、水蚀重力侵蚀黄土地貌型、重力侵蚀基岩山地型、河谷川道型、人力侵蚀矿业开采型等7种类型。     

开发建设项目临时堆土风蚀规律浅析

通过十路风速风向自动采集仪和积沙仪配合使用,对开发建设项目临时堆土的旷野风速、迎风坡、坡顶、背风坡、坡脚以及旷野风速的测定及此6位置积沙情况的收集,初步探索开发建设项目临时堆土的风蚀状况及风蚀量,为开发建设项目的水土保持监测工作提供数据支撑。     

黄土坡面地表径流挟沙能力研究综述

地表径流挟沙能力是研究黄土坡面侵蚀演变和坡面侵蚀产沙预测预报的基本参数，对坡面侵蚀控制具有十分重要的意义。本文在对国内外坡面地表径流挟沙能力的相关研究进行分析总结的基础上，提出了黄土坡面地表径流挟沙能力研究中急需解决的一些关键问题。     

挟沙气流中输沙量垂线分布的实验研究

为了克服传统的垂直集沙方法在近床面区测量精度较低的缺陷 ,本文将垂直集沙方法和水平集沙方法结合 ,在风洞内测量了气流中输沙量沿垂线的分布 ,同时对沙粒沿风洞轴向的水平降落量进行了量测。实验分别针对五种风速条件和两种沙粒级配条件进行。结果表明 :挟沙气流中输沙量沿垂线分布的上段符合传统的指数递减分布规律 ,近床面区的输沙量较对应的指数分布函数预测值偏大 ,偏大的程度随气流摩阻速度和沙粒粒径的增大而减小。采用本文的实验方法可以半定量地揭示近床面区输沙量偏离指数递减分布规律的原因 ,并能够合理地概括以往关于近床面区输沙率测量精度研究的各个方面的论述。     

新疆布尔津风力发电场工程建设水土保持监测探讨

风力侵蚀区为日平均风速不小于5m/s、全年累计30d以上,且多年平均降水量小于300mm的沙质土壤地区,其侵蚀形式和特点与水力侵蚀区有较大不同。本文以新疆新华布尔津风力发电场工程建设过程中的水土保持监测为例,对新疆阿勒泰地区风蚀区开发建设项目水土保持监测方法进行探讨。     

泥沙源区沟道输沙能力的计算方法

小流域沟道是泥沙进入江河的初级通道，在洪水流量较大时，沟道挟沙力强，其输沙量往往接近断面以上流域侵蚀量，进入江河的沙量取决于流域内的补给沙量，但在洪水流量较小时，沟道水流挟沙力下降，其输沙量小于断面以上流域侵蚀量，进入江河的沙量取决于各级沟道的挟沙能力。黄土地区小流域沟道纵坡陡，固体物质补给又十分丰富，虽然沟道尺度不大，但水流含沙量却很高，已有各种基于低含沙水流的挟沙公式不能表达沟道中高含沙水流的输沙特性。作者通过分析及试验研究，求得在输沙平衡条件下水流泥沙因子间的关系，提出小流域沟道挟沙力公式，经初步验证结果满意，这为估算分析不同条件下流域输沙量提供依据，也对水土保持规划有一定的指导意义。     

Experimental Study on Slope Runoff,Erosion and Sediment under Different Vegetation Types

The relationships between precipitation, vegetation and erosion are important yet unresolved issues in the field of earth surface processes. Vegetation plays an important role in controlling soil erosion. Through field simulated rainfall experiments, we analyzed the characteristics, regulation of, and correlation among the slope rainfall-infiltration-runoff, erosion and sediment under different vegetation types. The results showed that the forest effectively improved soil structure, had stronger runoff and sediment regulation and was influenced less by rainfall intensity than those under other vegetative conditions. In addition, the efficiency and pattern of the regulation of runoff and sediment varied with vegetation types as did the mechanism of action. The soil and water conservation function of forest was water storage and sediment reduction by plant root systems to reduce erosion power, increase infiltration, decrease runoff and reduce flow speed. The function of grassland was direct sediment interception based on surface vegetation canopy for runoff and sediment regulation. The root contribution to runoff and sediment reduction was relatively greater than the shoot contribution under forest conditions, whereas, the effect of shoots and roots on soil loss was almost equivalent under grassland conditions. The different spatial structures of vegetation affected runoff and sediment regulation in different ways, and plant root systems were crucial for soil and water conservation. The cumulative sediment yield of the slopes increased as a statistically significant power function of cumulative runoff. The coefficient and curve shape of function were dependent on vegetation type, soil properties, rainfall intensity and surface roughness. The process of slope runoff and sediment was divided into development, active and stable stages. These stages correlated with each other to constitute a complete rainfall-runoff and erosion-sediment process, which exhibited their own features at each stage. This study furthers understanding of the relationships between vegetation, soil erosion and precipitation.     

沙漠风积沙溯源冲刷速度的影响因素初探

通过试验对沙漠风积沙的冲刷破坏形态以及影响沙漠风积沙溯源冲刷速度的主要因素进行初步分析。结果表明:在具有跌坎的地形上,沙漠风积沙在集中水流冲刷下,表面的冲刷剥蚀速度远小于跌坎处的溯源冲刷速度;沙漠风积沙的溯源冲刷速度与通过沙漠风积沙表面水流的单宽流量、跌坎处初始落差以及沙漠风积沙的含水率等因素有关;在初始落差一定的情况下,溯源冲刷速度随单宽流量的增大而加快;在相同单宽流量作用下,溯源冲刷速度随初始落差的增大而增大。     

黄河流域砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应研究

识别砒砂岩区多动力侵蚀的叠加效应,对于深化认识砒砂岩区土壤侵蚀与产沙机理,为黄河粗泥沙来源区水土流失治理及砒砂岩区生态恢复等实践提供科学依据具有重要意义.通过室内人工降雨-风洞-冻融循环实体模型试验研究了砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应.试验结果表明:单一的冻融、风蚀作用不会导致坡面产沙量的明显增加,而是增加了水力侵蚀的...     

不同降雨强度和下垫面条件对黑土区坡面产流产沙的影响

为了优选合适的东北黑土区堤防坡面侵蚀防控技术,基于人工模拟降雨的方法研究了不同降雨强度和下垫面条件下坡面的产流产沙特征,利用三维激光扫描仪对降雨后的坡面侵蚀形态进行监测,分析坡面土壤的侵蚀情况。结果表明,降雨强度增大,坡面的初始产流时间提前,产流率随降雨历时波动更加显著。在不同降雨强度下,植被措施使平均产流率降低7.4%～20.4%,在裸地上施加PAM(聚丙烯酰胺)使平均产流率增大6.8%～25.9%。随降雨强度增大,下垫面L1(裸地)和下垫面L2(均匀撒施5 g/m~2 PAM的裸地)的产沙率随降雨历时波动更加显著,其产沙率变化规律可以用幂函数进行描述。下垫面L1的总产沙量相比下垫面L2增幅明显,在裸坡上施加PAM能够减少总产沙量,起到固土效果。草地坡面在降雨过程中未出现产沙情况,裸地坡面的侵蚀形态主要表现为溅蚀和片蚀特征,施加PAM使得侵蚀严重区域的面积相较裸地减小了21.5%,能够起到一定侵蚀控制的效果。总体来看,草地坡面的保水固土效果要优于裸地坡面。在坡面上施加PAM使得土壤入渗能力减弱,但能减少侵蚀产沙,在实际工程中有应用价值。     

红砂岩侵蚀区典型水土流失治理模式减流减沙效应

阐明小区尺度下不同水土流失治理模式的减流减沙效应,可为大尺度上的水土流失治理提供科学依据。以红砂岩侵蚀劣地为研究对象,采用野外径流小区长期定位试验的方法,分析自然降雨下典型水土流失治理模式的减流减沙效应及其对降雨要素、降雨雨型的响应规律。结果表明:试验观测期间,裸露地表径流系数为0. 66,土壤侵蚀量为0. 07 t/hm2,生态或经济开发治理后减流减沙效应均能达90%以上。地表裸露坡面产流产沙受降雨量、雨强影响显著,生态恢复模式降低了降雨要素对坡面产流产沙过程的影响,经济开发模式受降雨量影响显著。大雨强、短历时的降雨雨型是坡面产流产沙的主要雨型,对裸露坡面产流产沙的贡献将近50%,生态或经济开发治理后该雨型对产流产沙的贡献明显提高,增幅以经济开发模式大于生态恢复模式。因此,生态恢复和经济开发均是治理红砂岩水土流失的有效途径,应将生态恢复和经济开发治理相结合,使水土流失治理模式不仅具有水土保持功能,同时提升生态服务价值,促进当地的经济发展。     

黄土与紫色土抗侵蚀机制试验研究

应用人工模拟降雨试验,在同等试验条件下对黄土和紫色土坡面产流及产沙特征进行了对比研究。研究发现黄土坡面属于超渗产流,坡面发育较深的侵蚀沟;紫色土属于蓄满产流,坡面沟道不发育或发育微弱,且同等条件下黄土的坡面侵蚀量远大于紫色土。在制订保土措施时,应结合土壤特征选择适当的方法,以达到理想的效果。     

矿区3种弃土弃渣体侵蚀及水动力学差异研究

人为因素影响使得矿区扰动地表范围广,形成的弃土弃渣物质组成复杂,且堆积坡度较大,在降雨作用下容易产生严重水土流失。在野外调查基础上,通过选取、修筑径流小区并建立野外人工模拟降雨场,研究弃土体、沙多石少弃渣体和沙少石多弃渣体3种下垫面的侵蚀及水动力特征的差异性。结果表明:①弃土弃渣体平均径流率随雨强增大1.5~3.0倍,递增幅度是33.7%~276.2%。②沙多石少弃渣体的平均流速较弃土体及沙少石多弃渣体大,随雨强增大,3种弃土弃渣体的平均流速递增13.6%~43.3%;同雨强下,沙多石少弃渣体平均侵蚀速率分别是弃土体和沙少石多弃渣体的1.8倍和11.2倍。③弃土弃渣体次降雨下的平均雷诺数以过渡流为主,水流呈缓流。平均径流率与平均水流功率、水流剪切力分别可用线性函数表示,决定系数>0.8;弃土体及沙少石多弃渣体平均侵蚀速率与平均水流功率、水流剪切力分别可用线性函数表示,决定系数>0.9,而沙多石少弃渣体呈幂函数关系,决定系数在0.5左右。     

沟道截断对分布式土壤侵蚀学坡长提取的影响

地形是影响土壤侵蚀的重要因子,分布式土壤侵蚀学坡长是地形因子的重要参数。坡长与侵蚀过程相关,且受地形影响较大,在提取过程中,遇到沟道截断,坡长不再累计。由于沟头位置较难确定,通常沟道提取采用设置一定的汇水面积阈值来实现。然而,沟道对坡长提取结果的影响、不同阈值对坡长提取结果的影响、在无法确定沟头位置情况下如何更加合理地设置截断阈值等问题,亟待研究。本文以黄土高原县南沟和韭园沟流域DEM为数据源,对沟道引起的坡长截断进行对比分析。结果表明,沟道截断对坡长提取的平均值影响小于对坡长最大值的影响;不同区域对坡长的影响小于阈值设置的影响;黄土高原地区的沟道截断阈值可参考平均坡长降低的变化率为4%来设定。     

分布式土壤风蚀模拟与应用

流域农业节水措施的大规模实施,直接影响到农田作物根系层含水率及其时空分布,而土壤水分是影响土壤风蚀的一个重要因子,农业节水是否会对流域土壤风蚀产生明显影响,已成为评估流域节水成效的重要指标.基于前期开发的分布式水资源分配与水循环模拟模型(WACM),本文开发土壤风蚀模拟功能,构建一个基于过程的、连续的、以日为时间尺度的...