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草带宽度对紫色土坡面细沟形态及水土流失特征的影响

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水土保持学报 2022年第2期36卷 25-32页

作者：甘凤玲苟俊菲刘春红唐小九王迦南重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室重庆401331

为了解不同草带宽度对紫色土坡耕地水土流失的影响,以铺设四季青草带的紫色土坡面为研究对象,采用放水冲刷模拟试验,以裸坡为对照组,研究不同放水冲刷流量和草带宽度条件下坡面细沟形态变化和减沙减流效应。结果表明:(1)沟深随草带宽度... 详细信息

为了解不同草带宽度对紫色土坡耕地水土流失的影响,以铺设四季青草带的紫色土坡面为研究对象,采用放水冲刷模拟试验,以裸坡为对照组,研究不同放水冲刷流量和草带宽度条件下坡面细沟形态变化和减沙减流效应。结果表明:(1)沟深随草带宽度增大呈先减小后增大趋势,而沟宽、沟长和沟宽深比均随草带宽度呈先增加后减小趋势;此外,沟宽、沟深和沟长随流量的增大而增大,而宽深比随流量的变化不明显;(2)当流量较小时(4 L/min),各坡面产流率和产沙率随着草带宽度的增大而减少,100 cm草带宽度的减流效益最高,为48.41%;当流量较大时(8 L/min),75 cm草带宽度的减流减沙效益最高,分别为20.07%和58.11%。(3)有草带的坡面产流产沙率、土壤侵蚀速率与沟宽、沟深呈极显著相关关系,相对于减流效益而言,草带对减沙效益更为显著。综上可知,草带能有效降低径流泥沙量,对紫色土坡耕地的水土流失具有较好的防治效果。

关键词：紫色土草带宽度放水冲刷细沟形态水土流失

紫色土坡面细沟形态变化及其对产流产沙的影响

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水土保持研究 2023年第5期30卷 61-68,75页

作者：苟俊菲甘凤玲刘春红重庆师范大学三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室重庆401331 重庆市三峡库区地表生态过程野外科学观测研究站重庆401331

[目的]揭示紫色土坡面细沟形态特征及其对产流产沙的影响,阐明紫色土区影响细沟产流产沙的主控因素,进而为紫色土区水土流失治理提供参考依据。[方法]以紫色土坡耕地为研究对象,设计3个流量(6,8,10 L/min)和5个坡长(1,2,3,4,5 m),利用... 详细信息

[目的]揭示紫色土坡面细沟形态特征及其对产流产沙的影响,阐明紫色土区影响细沟产流产沙的主控因素,进而为紫色土区水土流失治理提供参考依据。[方法]以紫色土坡耕地为研究对象,设计3个流量(6,8,10 L/min)和5个坡长(1,2,3,4,5 m),利用放水冲刷试验定量分析细沟形态和产流产沙变化特征,探讨细沟形态变化对产流产沙特征的影响。[结果]随流量增加,沟宽和沟深均呈增大趋势,宽深比则呈减小趋势;随坡长增加,沟宽与宽深比呈先减小后增大的趋势,沟深变化规律则相反,且细沟形态在坡长3~4 m存在突变。流量与产流率、产沙率和细沟侵蚀速率呈正相关关系,坡长与产沙率呈正相关关系,而与产流率和细沟侵蚀速率呈负相关关系,其中产流率主要受流量的影响,而产沙率和细沟侵蚀速率受流量和坡长交互作用的影响较大。相关性分析表明,相比于产流(r=0.54,p细沟形态与产沙关系更为密切(r>0.67,p沟宽是影响细沟侵蚀速率的关键因素(p沟深是影响产沙率、累积产沙量的关键因素(p沟宽与沟深可用于预测紫色土坡面侵蚀程度,其中沟深是表征侵蚀产沙的最佳指标,未来细沟侵蚀防治措施重点应在控制沟深发育方面。

关键词：细沟形态产流率产沙率细沟侵蚀速率流量坡长紫色土坡面

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细沟形态演变对坡面水沙过程的影响

水科学进展 2016年第4期27卷 535-541页

作者：张攀唐洪武姚文艺孙维营黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室河南郑州450003 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

为探明细沟形态演变对坡面产流产沙的互反馈作用,采用室内模拟降雨和三维地形扫描等手段对细沟形态演变中的水沙变化过程进行了研究。试验分析了黄土在不同雨强(66 mm/h、94 mm/h和127 mm/h)条件下,不同细沟发育阶段的水沙过程变化规律... 详细信息

为探明细沟形态演变对坡面产流产沙的互反馈作用,采用室内模拟降雨和三维地形扫描等手段对细沟形态演变中的水沙变化过程进行了研究。试验分析了黄土在不同雨强(66 mm/h、94 mm/h和127 mm/h)条件下,不同细沟发育阶段的水沙过程变化规律。结果表明,黄土细沟形态演变过程对产沙的影响较大,而对产流的影响较弱。径流量的变化过程主要取决于土体透水性、土壤的结皮作用以及产流方式,坡面产流量有先增大后减小最后趋于平稳的趋势;产沙量的变化过程与细沟发育进程有明显的对应关系,尤其是坡面地貌信息熵与产沙量和侵蚀速率的相关系数分别达到0.954和0.916,细沟的出现会加剧侵蚀,使含沙量明显增加;不同雨强下坡面产沙的变化规律基本相同,细沟沟网稳定后的产沙量与降雨强度呈正相关关系。

关键词：土壤侵蚀模拟降雨细沟形态水沙变化特性

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饱和紫色土坡面细沟形态与水力学关系研究

饱和紫色土坡面细沟形态与水力学关系研究

作者：麻力文西南大学

学位级别：硕士

细沟侵蚀是紫色土坡耕地土壤侵蚀最重要的形式之一,也是造成坡耕地土壤流失及其结构退化的原因。紫色土坡面由于其特殊的二元岩土结构,在持续降雨条件下,土层浅薄、孔隙度大且渗水能力强的耕层土壤极易饱和。土壤饱和后,坡面会发生比非... 详细信息

细沟侵蚀是紫色土坡耕地土壤侵蚀最重要的形式之一,也是造成坡耕地土壤流失及其结构退化的原因。紫色土坡面由于其特殊的二元岩土结构,在持续降雨条件下,土层浅薄、孔隙度大且渗水能力强的耕层土壤极易饱和。土壤饱和后,坡面会发生比非饱和土壤坡面更加剧烈的侵蚀,直观地表现为坡面细沟形态的差异和细沟侵蚀量的显著增加,内在表现为集中流水力学特征的改变。整个细沟侵蚀过程中,细沟形态与水力学特征是相互影响的,但目前细沟形态与水力学特征的相关关系仍不明确,极大程度上制约了对饱和紫色土坡面细沟侵蚀过程和机理的认识。鉴于此,本研究通过室内人工模拟降雨试验,结合饱和供水装置,测算了不同降雨强度(30,60,90 mm/h)和坡度(2°,5°,10°,15°,20°)条件下细沟宽度、深度和宽深比等形态参数、细沟侵蚀量以及集中流速、雷诺数、弗劳德数和达西阻力系数等水力学参数,量化了不同工况下饱和紫色土坡面细沟形态和水力学参数的空间变化特征,分析了降雨强度和坡度对饱和土壤坡面细沟形态和水力学参数的影响,并在此基础上阐明了坡面细沟形态与水力学特征的相关关系,主要结论如下:(1)饱和紫色土坡面细沟形态变化具有空间异质性。细沟宽度、深度和宽深比沿坡面的变化范围分别介于2.94～10.02 cm、0.68～9.92 cm和1.11～5.42之间,细沟宽度和深度沿坡面从上至下整体表现为先增大后减小的变化规律,细沟横断面形态沿坡面从上至下表现为“宽浅型”发展为“窄深型”的变化规律;饱和紫色土坡面细沟形态参数与降雨强度和坡度之间存在显著相关关系。不同工况下,饱和紫色土坡面细沟坡面细沟平均宽度、深度和宽深比分别介于3.44～9.64 cm、1.01～8.14 cm和1.18～3.87之间,细沟平均宽度和深度与降雨强度和坡度呈显著正相关关系,细沟宽深比与降雨强度和坡度呈显著负相关关系,且坡度对细沟形态参数的影响大于降雨强度。饱和紫色土坡面细沟侵蚀量沿坡面呈先增大后减小的变化规律,在中下坡位达到最大值,因此在布设坡面水土保持措施时应加强中下坡位措施的布设。细沟侵蚀量随降雨强度和坡度的增大而显著增大,坡度对细沟侵蚀量的影响比降雨强度更明显。(2)饱和紫色土坡面水力学参数变化具有空间异质性。饱和紫色土坡面平均流速、雷诺数、弗劳德数和达西阻力系数沿坡面的变化范围分别介于0.102～0.441 m/s、248.399～1915.108、0.380～2.658、0.384～2.070之间,平均流速沿坡面整体呈先增大后减小的变化规律,雷诺数沿坡面逐渐增大,弗劳德数沿坡面呈先增大后减小的变化规律,达西阻力系数沿坡面呈先减小后增大的变化规律。饱和紫色土坡面水力学参数与降雨强度和坡度之间存在显著相关关系。不同工况下,饱和紫色土坡面细沟坡面平均流速、雷诺数、弗劳德数和达西阻力系数分别介于0.175～0.350 m/s、393.011～1313.626、0.711～2.184和0.558～0.982之间,平均流速和雷诺数受降雨强度的影响更明显,弗劳德数受坡度的影响更明显。(3)饱和紫色土坡面细沟形态与集中流水力学参数之间具有显著相关关系。饱和紫色土坡面细沟侵蚀量的主要来源为细沟沟壁坍塌侵蚀。在p细沟侵蚀量与平均流速和弗劳德数之间呈显著正相关关系;在p细沟宽度与平均流速、雷诺数和弗劳德数间均呈显著正相关关系,与达西阻力系数间无显著相关性(p细沟深度与平均流速和弗劳德数间呈显著正相关关系,与雷诺数和达西阻力系数间无显著相关性(p细沟宽深比与平均流速、弗劳德数和达西阻力系数间均呈显著负相关关系,与雷诺数间呈显著正相关关系(p<0.01)。

关键词：饱和紫色土模拟降雨细沟形态侵蚀量水力学特征

工程堆积体坡面细沟形态发育及其与产流产沙量的关系

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农业工程学报 2016年第19期32卷 154-161页

作者：牛耀彬高照良李永红罗珂袁雪红杜捷张翔西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 中国科学院大学北京100049

为揭示工程堆积体坡面细沟形态动态变化规律以及细沟形态指标与侵蚀产流产沙量之间的关系,选取5、9、13和17 L/min 4个放水流量,模拟0.5、1.0、1.5和2.0 mm/min雨强条件,对24°、28°和32°共3个坡度工程堆积体进行冲刷试验,选取沟深、... 详细信息

为揭示工程堆积体坡面细沟形态动态变化规律以及细沟形态指标与侵蚀产流产沙量之间的关系,选取5、9、13和17 L/min 4个放水流量,模拟0.5、1.0、1.5和2.0 mm/min雨强条件,对24°、28°和32°共3个坡度工程堆积体进行冲刷试验,选取沟深、沟宽、宽深比和断面积等指标刻画侵蚀过程中细沟形态变化。结果表明：1）随冲刷历时增加,在前9 min内沟宽和沟深快速发育,沟宽发育宽度占总宽度的57%-90%,沟深发育深度占总深度的38%-73%;2）宽深比随冲刷延长呈先减小后趋于稳定的变化过程,宽深比在0-27 min内快速减小,细沟沿流程纵深方向发育的能力减弱,在27 min之后保持稳定,最终恒定在0.81-1.48,表明细沟断面形态最终大致呈矩形形状;3）沟宽和沟深均随流量的增大而增大,与坡度相比流量对细沟发育的影响更显著;4）沟宽和沟深与放水时间之间存在对数函数关系,断面积与放水时间之间存在线性函数关系,沟宽与径流量之间存在指数函数关系,沟深与径流量、断面积与累计产沙量和累计径流量之间存在幂函数关系。坡面细沟形态的发育过程存在时间差异性,断面积可用来描述侵蚀量的变化过程,宽深比可作为表征工程堆积体坡面细沟发育方向和能力的重要指标。该研究可以为工程堆积体坡面细沟形态指标的动态变化量化提供参考。

关键词：侵蚀径流冲刷流量工程堆积体细沟形态产沙

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模拟降雨条件下坡面细沟形态演变与量化方法

水科学进展 2015年第1期26卷 51-58页

作者：张攀姚文艺唐洪武肖培青黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室河南郑州450003 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

为探明坡面土壤侵蚀过程中细沟的演变规律,研究细沟形态特征量化方法是非常重要的。利用室内土槽模拟降雨试验,对比了45 mm/h、87 mm/h和127 mm/h雨强下容重分别为1.30 g/cm3和1.05 g/cm3两种黄土在20°陡坡坡面细沟发育形态的差异,并... 详细信息

为探明坡面土壤侵蚀过程中细沟的演变规律,研究细沟形态特征量化方法是非常重要的。利用室内土槽模拟降雨试验,对比了45 mm/h、87 mm/h和127 mm/h雨强下容重分别为1.30 g/cm3和1.05 g/cm3两种黄土在20°陡坡坡面细沟发育形态的差异,并分别采用分形维数、拓扑参数对细沟沟网的形态特征进行量化描述,引入地貌信息熵理论进行坡面地貌信息熵计算,然后对各量化参数的敏感性进行了分析。结果表明,分形维数作为整体性的量化参数,对描述发育成熟的细沟形态差异不够灵敏;坡面地貌信息熵能够反映侵蚀过程中侵蚀程度的变化,对细沟发育程度的描述较为灵敏;细沟沟网的拓扑特征参数较好地体现了沟网内部结构的差异,可用于描述沟网内部结构特征的较灵敏参数。

关键词：土壤侵蚀模拟降雨细沟形态量化参数

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黄土坡面细沟形态变化及其与流速之间的关系

农业工程学报 2014年第11期30卷 110-117页

作者：王龙生蔡强国蔡崇法孙莉英中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环与地表过程重点实验室北京100101 华中农业大学资源与环境学院武汉430070 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

研究细沟的形态变化特征是认识细沟侵蚀的重要基础,细沟发育过程中细沟形态变化与水流动力学特性之间存在相互影响和相互作用的关系,研究细沟发育过程中细沟形态与水动力学之间的关系,有利于更好地了解细沟侵蚀过程和侵蚀机理。该研究... 详细信息

研究细沟的形态变化特征是认识细沟侵蚀的重要基础,细沟发育过程中细沟形态变化与水流动力学特性之间存在相互影响和相互作用的关系,研究细沟发育过程中细沟形态与水动力学之间的关系,有利于更好地了解细沟侵蚀过程和侵蚀机理。该研究通过室内人工模拟降雨试验,对黄土坡面细沟发育过程中的细沟形态变化及其与流速的关系进行了研究。结果表明：坡面侵蚀过程呈明显的阶段性,坡面细沟形态变化过程与坡面径流含沙量的变化情况基本一致;坡面跌坎发生的临界流速为0.19-0.21 m/s,当坡面径流流速大于这个临界值的时候,坡面会出现跌坎;细沟发育初期,细沟间的距离一定程度上影响细沟的分布,最早出现的细沟之间不会再出现新的跌坎,这一间距范围在12.5-17.5 cm之间;细沟侵蚀过程主要以下切侵蚀和溯源侵蚀为主,沟壁坍塌的侵蚀作用相对较小;细沟流速随时间的变化大致呈先增后减的趋势,细沟流速随细沟宽度的增加而显著减小,这一趋势在4 m坡段尤为明显,二者之间存在显著负相关关系（r=-0.348,P=0.04）。受试验条件所限没有研究细沟深度和流速等其他水动力学参数,以后需要不断改进试验方法来准确测量流速、水深等指标,进一步研究细沟发育过程。

关键词：土壤侵蚀流速黄土坡面细沟形态坡面流速细沟流速

黄土坡面细沟形态变化及对侵蚀产沙过程的影响

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农业工程学报 2018年第5期34卷 114-119页

作者：张攀姚文艺唐洪武肖培青黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室郑州450003 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098

为揭示细沟形态对侵蚀产沙过程的影响,选取66、94、127 mm/h三个雨强条件,对20°陡坡坡面进行了坡面水蚀精细模拟降雨试验,选取沟长、沟宽、沟深等指标刻画细沟形态随降雨历时的变化规律。结果表明:1)降雨强度对细沟长度的影响显著,细... 详细信息

为揭示细沟形态对侵蚀产沙过程的影响,选取66、94、127 mm/h三个雨强条件,对20°陡坡坡面进行了坡面水蚀精细模拟降雨试验,选取沟长、沟宽、沟深等指标刻画细沟形态随降雨历时的变化规律。结果表明:1)降雨强度对细沟长度的影响显著,细沟宽度变化受降雨历时的影响较大,细沟深度的变化对降雨强度表现出较强的分异规律。2)细沟形态参数之间不是相互独立的,存在明显的相关关系,说明细沟形态的演变是一个多维度过程。3)细沟的形成和发展与坡面水沙过程关系密切,细沟形态参数与含沙量、侵蚀速率之间均存在较显著的对数函数关系。该研究可以为细沟侵蚀动态模型的建立提供基础数据。

关键词：土壤侵蚀径流黄土坡面细沟形态产沙降雨

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降雨强度和坡度对细沟形态特征的综合影响

农业机械学报 2015年第7期46卷 162-170页

作者：沈海鸥郑粉莉温磊磊姜义亮卢嘉西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

细沟的形态特征研究可揭示坡面侵蚀发生机理,且细沟形态对坡面径流和侵蚀有重要影响;而现有研究仅用细沟密度和细沟宽深比等指标来表征细沟形态,不能全面准确地反映细沟的形态特征。为此基于模拟降雨试验,研究降雨强度和坡度对黄土坡面... 详细信息

细沟的形态特征研究可揭示坡面侵蚀发生机理,且细沟形态对坡面径流和侵蚀有重要影响;而现有研究仅用细沟密度和细沟宽深比等指标来表征细沟形态,不能全面准确地反映细沟的形态特征。为此基于模拟降雨试验,研究降雨强度和坡度对黄土坡面细沟侵蚀和细沟形态特征的综合影响。试验处理包括3种黄土高原有代表性的侵蚀性降雨（50、75、100 mm/h）和3个细沟侵蚀发生最常见的坡度（10°、15°、20°）。试验结果表明,坡面侵蚀速率和细沟侵蚀速率均随着降雨强度和坡度的增加呈幂函数增加。试验条件下,细沟倾斜度介于16°-20°之间,随着降雨强度的增加而增大,随着坡度的增加而减小;细沟密度、细沟割裂度和细沟复杂度分别为0.74-1.95 m/m^2、0.08-0.17和1.09-1.38,三者皆随降雨强度和坡度的增加而增大;细沟宽深比为1.93-2.35,随着降雨强度和坡度的增加而减小。通过相关分析发现,细沟割裂度是评价细沟侵蚀和细沟形态的最优指标;研究降雨强度对细沟形态的影响时,建议优先选用细沟割裂度、细沟复杂度和细沟倾斜度指标;分析坡度对细沟形态的影响时,除选取细沟割裂度外,建议优先选用细沟密度和细沟宽深比指标。细沟横断面主要呈＂V形＂,随着降雨强度和坡度的增加,径流紊动性增强,细沟横断面变化趋于不规则,说明细沟横断面变化可以反映径流的变化特征,从而揭示细沟侵蚀发生机理。

关键词：细沟侵蚀降雨强度坡度细沟形态细沟横断面