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模拟降雨条件下重构阻水层对坡面风化煤矸石产流产沙的影响

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水土保持通报 2024年第2期44卷 101-109页

作者：张颂扬张巍杨鹏辉杨思远杨海龙北京林业大学水土保持学院北京100083

[目的]为缓解水分因子对高寒矿区扰动土体无法形成冻土带来的不利影响,研究提出扰动土体下方添加高阻水性材料亲水性聚氨酯(W-OH)重构底部阻水层(近似无缝隙的不透水层)的设计方案,分析重构阻水层后高寒矿区风化煤矸石坡面入渗、产流和... 详细信息

[目的]为缓解水分因子对高寒矿区扰动土体无法形成冻土带来的不利影响,研究提出扰动土体下方添加高阻水性材料亲水性聚氨酯(W-OH)重构底部阻水层(近似无缝隙的不透水层)的设计方案,分析重构阻水层后高寒矿区风化煤矸石坡面入渗、产流和产沙的变化特征,为高寒矿区扰动坡面冻土重现以及重构阻水层的坡面水土流失防治提供理论支撑。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究在60和90 mm/h降雨雨强条件下,重构阻水层(添加W-OH浓度0%,1.5%,2.5%,3.5%,4.5%)后不同坡度条件的(3种坡度5°,15°,25°)的风化煤矸石坡面入渗特性和水土流失变化规律。[结果]①重构阻水层后的煤矸石坡面稳定入渗率较自然坡面明显降低,且与W-OH添加浓度呈负相关关系;②煤矸石坡面产流率随时间变化呈现先快速上升后逐渐平稳的变化趋势,平均产流率与W-OH添加浓度呈现正相关关系,添加浓度为1.5%,2.5%,3.5%,4.5%W-OH的煤矸石坡面平均产流率较自然状态增加26.75%,38.02%,46.90%,63.23%;③坡面平均流速与降雨雨强、W-OH添加浓度和坡度均呈正相关关系,影响程度表现为:降雨雨强>坡度>W-OH添加浓度。④坡面产沙率随时间变化曲线多为“单峰”曲线,呈现先迅速上升随后缓慢下降最终趋于稳定的变化趋势,添加浓度为1.5%,2.5%,3.5%,4.5%W-OH的煤矸石坡面平均产沙率较自然状态增加26.98%,49.48%,71.64%,94.01%。[结论]重构阻水层对坡面风化煤矸石渗透性能降低明显,能有效帮助高寒矿区扰动坡面的冻土恢复和形成,但入渗率的降低使坡面更容易产生径流,增加了地表的产流产沙,可配置一定的水土保持措施。

关键词：入渗率产流率产沙率风化煤矸石

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非硬化路面侵蚀产沙规律野外模拟试验

农业工程学报 2010年第12期26卷 79-83页

作者：王贞王文龙罗婷金剑王浩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杨凌712100 西北农林科技大学资源与环境学院杨凌712100 黄委会西峰水土保持科学试验站庆阳745000 福建农林大学科研处福州350002

为了科学治理非硬化路面水土流失,采用野外放水冲刷试验,对非硬化路面侵蚀产沙规律进行了试验研究。结果表明,同一坡度不同放水流量与同一放水流量不同坡度条件下,非硬化路面产沙随时间的变化形式均有3种,分别为平缓型、多峰型和单峰型... 详细信息

为了科学治理非硬化路面水土流失,采用野外放水冲刷试验,对非硬化路面侵蚀产沙规律进行了试验研究。结果表明,同一坡度不同放水流量与同一放水流量不同坡度条件下,非硬化路面产沙随时间的变化形式均有3种,分别为平缓型、多峰型和单峰型。对同一路面不同观测断面的产沙量分析发现,产沙量沿坡面的空间变化形式分别为波动式减小、逐渐式减小和先增大后减小。、得出平均含沙量与放水流量呈对数相关,产沙率与放水流量、平均含沙量与坡度、产沙率与坡度均呈直线相关。以期为非硬化路面的水土流失预测和治理提供科学依据。

关键词：输沙侵蚀经流非硬化路面平均含沙量产沙率坡度

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晋西黄土残塬区人工集流场形式优化设计

农业工程学报 2005年第4期21卷 52-55页

作者：段喜明吴普特冯浩山西农业大学林学院太谷030801 西北农林科技大学水利与建筑工程学院

在黄土残塬地区,旱井作为解决当地农业用水的一种有效途径,已被越来越多的人所认同。而在旱井集雨系统中,旱井集流场所汇集的降雨径流及其含沙率的多少,又直接关系到工程效益的发挥和寿命的长短。该文利用人工降雨试验,并辅以天然降雨观... 详细信息

在黄土残塬地区,旱井作为解决当地农业用水的一种有效途径,已被越来越多的人所认同。而在旱井集雨系统中,旱井集流场所汇集的降雨径流及其含沙率的多少,又直接关系到工程效益的发挥和寿命的长短。该文利用人工降雨试验,并辅以天然降雨观测,系统分析了旱井系统中人工集流场的产流量、产沙率、集流效率与下垫面材料、坡度、雨强的关系,最终遴选出适合当地条件的最优坡度及下垫面材料。研究认为在经济、便捷与高效的原则下,采用5°左右坡的裸露夯实黄土面,可有效利用当地有限的雨水资源。

关键词：黄土残塬区降雨径流人工集流场集流效率产沙率

大渡河流域干旱河谷区坡面侵蚀产沙与水动力学特征研究

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长江流域资源与环境 2023年第4期32卷 832-841页

作者：何周窈何淑勤逯传琦郑子成四川农业大学林学院四川成都611130 长江上游森林资源保育与生态安全国家林业和草原局重点实验室四川成都611130 四川农业大学水土保持与荒漠化防治重点实验室四川成都611130 四川农业大学资源学院四川成都611130

为探究干旱河谷区强降水条件下坡耕地水流特性的变化情况,以汉源县典型坡耕地土壤为研究对象,采用人工模拟降雨实验,探究了不同降雨强度(1.0、1.5、2.0 mm/min)对不同坡度(10°、15°、20°)的横垄及平作坡面的产沙率和水动力学参数的... 详细信息

为探究干旱河谷区强降水条件下坡耕地水流特性的变化情况,以汉源县典型坡耕地土壤为研究对象,采用人工模拟降雨实验,探究了不同降雨强度(1.0、1.5、2.0 mm/min)对不同坡度(10°、15°、20°)的横垄及平作坡面的产沙率和水动力学参数的影响。结果表明:(1)随着降雨时长的增加,各坡面的侵蚀产沙率先增后减;阻力系数则逐渐减小后趋于稳定;径流剪切力和单位径流功率呈增加趋势,后维持相对稳定的状态。(2)随着降雨强度的增加,不同坡度的横垄坡面产沙率增加了4.43~38.96倍,径流剪切力增加了0.49~3.40倍,单位径流功率增加了0.64~1.50倍;平作坡面产沙率增加了1.46~1.81倍,径流剪切力增加了0.94~1.30倍,单位径流功率增加了0.11~0.52倍。而阻力系数随着降雨强度的增加而减小,但不同坡度坡面间的阻力系数未表现出明显的规律。(3)不同实验条件下,横垄坡面的侵蚀产沙率和径流剪切力总体低于平作坡面。而二者间的阻力系数和单位径流功率虽差值较大,但无明显规律。(4)降雨强度的增加导致各坡面的径流流态从“层流-缓流区”(Re500,Fr<1)。综上所述,在强降水条件下,不同坡度的坡耕地均可通过横垄措施有效调控水沙过程从而达到良好的减沙效益。

关键词：干旱河谷强降水横坡垄作产沙率水流特性

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山区流域泥沙输移比计算公式

成都科技大学学报 1996年第6期 85-90页

作者：张光科刘东方铎四川联合大学二滩水电开发有限责任公司

本文在分析影响泥沙输移比主要因素的基础上，分别对坡面上单位面积输沙率ｑｓ和坡面上单位面积产沙率Ｓｙ进行了量纲分析，得出了ｑｓ和Ｓｙ的数学表达式，从而获得了山区流域泥沙输移比的计算式。采用湖北省石桥铺径流实验站的实测降... 详细信息

本文在分析影响泥沙输移比主要因素的基础上，分别对坡面上单位面积输沙率ｑｓ和坡面上单位面积产沙率Ｓｙ进行了量纲分析，得出了ｑｓ和Ｓｙ的数学表达式，从而获得了山区流域泥沙输移比的计算式。采用湖北省石桥铺径流实验站的实测降雨、径流和泥沙统计资料对泥沙输移比公式进行了验证，其相关系数为０．８５，因此本文推出的计算泥沙输移比的公式是合理的。

关键词：泥沙输移比输移率产沙率量纲分析河流

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灌木斑块格局对产流及产沙过程的影响

应用生态学报 2020年第3期31卷 735-743页

作者：赵明杨晓楠陈攀宇孙文义穆兴民高鹏赵广举西北农林科技大学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 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

研究景观斑块盖度和连通方式影响下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化规律,对于揭示坡面土壤侵蚀过程的水动力机制和水文连通性具有重要意义。本研究采用野外人工模拟降雨试验,分析灌木样地不同覆盖度水平(0%、20%、40%、60%、90%)... 详细信息

研究景观斑块盖度和连通方式影响下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化规律,对于揭示坡面土壤侵蚀过程的水动力机制和水文连通性具有重要意义。本研究采用野外人工模拟降雨试验,分析灌木样地不同覆盖度水平(0%、20%、40%、60%、90%)和不同连通方式(竖路径、横路径、S路径、随机斑块路径)下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化。结果表明:随灌木覆盖度增加,产流量和产沙量均呈指数递减趋势;覆盖度增加到60%以上时,灌木减水减沙能力趋于稳定。随灌木覆盖度增加,流速、径流深、雷诺数、弗劳德数、径流功率和径流剪切力显著降低,曼宁糙率系数和Darcy-Weisbach阻力系数显著增大;但当灌木覆盖度增加到60%以上时,水力学参数特征值变化无显著差异。4种连通方式的产流率大小依次为竖路径>S路径>横路径>随机斑块;产沙率表现为竖路径最大,S路径次之,横路径与随机斑块无显著差异。连通性差的路径(横路径、随机斑块路径)与连通性好的路径(竖路径、S路径)相比,表现出较强的水力传输阻力和较差的水力挟沙能力。研究灌木斑块不同覆盖度和不同组合方式对坡面产流产沙量和水动力参量的作用,阐明植被减水减沙的临界盖度和合理配置方式,可为黄土高原水土流失治理和黄河流域高质量发展提供重要的理论依据。

关键词：产流率产沙率覆盖度连通性水动力学参数

不同坡度条件下的全风化花岗岩回填土边坡生态防护措施

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水土保持学报 2022年第6期36卷 156-162页

作者：张慧敏李燕清燕永锋孔志岗葛华刘振国袁庆飞昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093 自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室昆明650093 云南省交通运输厅云南省交通安全统筹中心昆明650031 国家管网集团西南管道有限责任公司成都610041 中国水电基础局有限公司天津武清301700 中国电建集团昆明勘察设计研究院有限公司昆明650051

生态防护措施是治理全风化花岗岩回填土边坡坡面侵蚀的有效手段,以中缅油气管道龙陵段全风化花岗岩回填土边坡为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验,在坡长相同的情况下,选择不同坡度(10°,20°,30°和40°),相同雨强(220 mm/h)的4种水... 详细信息

生态防护措施是治理全风化花岗岩回填土边坡坡面侵蚀的有效手段,以中缅油气管道龙陵段全风化花岗岩回填土边坡为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验,在坡长相同的情况下,选择不同坡度(10°,20°,30°和40°),相同雨强(220 mm/h)的4种水土保持措施(工程措施、植物措施、工程+植物措施和工程+耕作措施)来分析坡面土壤侵蚀的变化规律并计算产流率和产沙率,评价其防治效果。结果表明:(1)不同坡度所设置的防护措施均能起到减流减沙的效果,最佳水土保持措施为工程+植物措施。(2)≤10°边坡在裸坡条件下坡体基本稳定,不需要任何防护措施;10°~20°,20°~30°边坡分别在植草(覆盖率100%)和植草+坡面截排水措施下的护坡措施效果较好,>30°边坡必须在有固坡措施的基础上,坡面设置生物措施方能有效治理坡面侵蚀问题。(3)坡度的阈值不是固定不变的,坡面防护措施越复杂,阈值越大;且在不同的防护措施条件下,坡度对坡面累积产沙量影响最大。

关键词：全风化花岗岩回填土防护措施产流率产沙率坡面侵蚀

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坡面产流产沙过程对植被过滤带响应的试验研究

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水土保持学报 2017年第6期31卷 104-109页

作者：陈倩傅瑜佘冬立冯晓红罗和文河海大学南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室南京210098 溧阳市国土资源局江苏溧阳213300 扬州市勘测设计研究院有限公司江苏扬州225007

为探讨植被过滤带在坡面产流产沙过程中对水沙的拦截效果及其水动力学机理,通过在室内土槽上设置模拟植被过滤带并进行浑水冲刷试验,得到有无模拟植被过滤带情况下的产流产沙情况及相关水动力学参数,定量分析了植被过滤带对径流、泥沙... 详细信息

为探讨植被过滤带在坡面产流产沙过程中对水沙的拦截效果及其水动力学机理,通过在室内土槽上设置模拟植被过滤带并进行浑水冲刷试验,得到有无模拟植被过滤带情况下的产流产沙情况及相关水动力学参数,定量分析了植被过滤带对径流、泥沙的拦截效果并探讨了坡面产沙率与水动力学参数之间的关系。结果表明,植被过滤带在放水冲刷试验中能有效拦截径流和泥沙,且在较小流量下,径流和泥沙的拦截效果更好,在200L/h流量下,拦截率分别可达33.2%和96.9%;在冲刷过程中,有无模拟植被过滤带产沙率与水流剪切力、水流功率都具有显著的相关关系,分别呈指数函数(R2=0.67,R2=0.83)和幂函数(R2=0.70,R2=0.87)增大关系;采用含水流剪切力和水流功率的非线性回归方程Rs=1.184×10-6τ-4.114ω3.839(R2=0.73)预测产沙率效果较好。

关键词：植被过滤带径流拦截率产沙率水动力学参数

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降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响

水土保持学报 2011年第6期25卷 87-91页

作者：吴冰朱元骏邵明安西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学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 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

通过室内模拟降雨研究降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响。结果表明:整个降雨过程中,60mm/h的降雨强度下,产沙率变化相对平稳,90mm/h和120mm/h的降雨强度下,土壤产沙率的变化均因为有细沟而产生波动,120mm/h的降雨强度下,细沟出现... 详细信息

通过室内模拟降雨研究降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响。结果表明:整个降雨过程中,60mm/h的降雨强度下,产沙率变化相对平稳,90mm/h和120mm/h的降雨强度下,土壤产沙率的变化均因为有细沟而产生波动,120mm/h的降雨强度下,细沟出现的时间较90mm/h的降雨强度提前了5～20min;降雨强度的增加导致土壤总产沙量也显著增加,当降雨强度从90mm/h增加到120mm/h时,总产沙量的增加量是降雨强度从60mm/h增加到90mm/h时总产沙量增加量的0.83～2.82倍;随着降雨强度的增加,土壤的入渗率有减小的趋势。Kostiakov模型和Horton模型均可以很好模拟3种降雨强度下含砾石土壤的入渗过程,而在60mm/h的降雨强度下,Horton模型优于Kostiakov模型,在90mm/h和120mm/h的降雨强度下,Kostiakov模型优于Horton模型。

关键词：降雨强度产沙率入渗含砾石土壤