晋西黄土坡面径流侵蚀产沙试验研究

作     者：王奇花 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付兴涛;薛金平

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：晋西 黄绵土 坡长 雨强 侵蚀 室内外 EUROSEM模型 

摘      要：晋西因其广泛分布的丘陵沟壑地貌形态和集中的短历时暴雨特征,非常容易引起严重的水土流失。论文以晋西黄绵土裸坡面为研究对象,采用室内与野外人工模拟降雨试验法,探讨不同降雨强度、坡长条件下坡面径流侵蚀产沙特性,并评价EUROSEM模型在晋西土壤侵蚀过程中的适用性,在对比分析室内外土壤侵蚀模数的基础上,分析导致差异性的原因,并初步进行室内与野外土壤侵蚀模数的换算,主要得出以下结论:1.2～5 m坡长条件下,降雨强度为50～120 mm/h时,坡面产流产沙量均随雨强的增大和坡长的延长而增大,二者与雨强呈指数关系(R0.95),与坡长呈线性关系(R0.84)。坡长按1 m增量延长时,各雨强条件下坡面产流产沙量增量没有显著变化规律,但总在坡长由3～4 m及4～5 m时出现峰值。鉴于此,建议晋西黄绵土裸坡面以4 m为间隔布设水保措施以缓减坡面水土流失。2.坡面产流量在快速增大后随产流历时的延长增速减缓并最终趋于稳定,整体呈增大趋势;降雨强度为50～80 mm/h时产沙量多表现为增大趋势,而90～120 mm/h时则多呈波动变化状态,且其波动程度随降雨强度的增大和坡长的延长而增大;坡长2～5 m,雨强大于60 mm/h时,产沙量显著增大,由此认为,60 mm/h可能是晋西水土流失量大幅增大的下限雨强。3.野外实测产流率与EUROSEM模型模拟结果均随降雨时间的延长先增大后趋于稳定,但二者峰现时间存在一定差异;实测产沙率在产流初期急剧增大后在波动中趋于稳定,而模拟值则在波动增长后呈平稳趋势,且首次峰现时间较实际早了5 min左右。4 m坡长条件下,产流产沙量模拟值几乎均大于实测值,其实测值与模拟值呈显著线性关系(R均大于0.984),两者效率系数ME分别为0.978、0.974,模拟值与实测值间相对误差RE范围则为-12.95%～9.04%、-14.72%～24.13%,故该模型对产流量的模拟效果较产沙量好,总体而言,该模型对坡面产流产沙量的模拟效果良好。4.试验条件下,室内与野外坡面单宽输沙率随产流历时先增大后趋于稳定,但室内值及其波动性大于野外、响应时间更短;室内试验径流模数与侵蚀模数结果均大于野外,且野外与室内径流侵蚀产沙比值并非两者面积之比,因此不能简单地用室内试验结果乘以面积预测野外水土流失量,初步得出该区室内外裸坡面侵蚀模数换算系数为0.48。