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2种典型黄土坡面侵蚀特征分析及物理意义解释

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中国水土保持科学(中英文) 2024年

作者：白玉和继军孙莉英田磊蔡强国王铭微北京水利水电学校首都师范大学城市环境过程和数字模拟国家重点试验室培育基地水资源安全北京实验室中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院大学资源与环境学院

研究土壤性质对侵蚀特征影响及其侵蚀规律的物理意义可为深刻理解土壤侵蚀机理以及优化评估模型提供重要理论支持。基于此，该研究采用室内模拟降雨试验，在90 mm/h降雨强度及4个坡度(5°、7.5°、10°和15°)条件下，分析了黄土丘陵沟... 详细信息

研究土壤性质对侵蚀特征影响及其侵蚀规律的物理意义可为深刻理解土壤侵蚀机理以及优化评估模型提供重要理论支持。基于此，该研究采用室内模拟降雨试验，在90 mm/h降雨强度及4个坡度(5°、7.5°、10°和15°)条件下，分析了黄土丘陵沟壑区2种典型黄土的侵蚀特征，并结合数学关系和物理意义对其侵蚀机制进行解释。结果表明：1)相对于土壤A，土壤B产流快，径流量高，更易发育细沟，侵蚀也更严重，土壤B的总径流量和总侵蚀量分别是土壤A的1.26～1.51倍和3.74～57倍。2)总体来看，产流初始阶段侵蚀量、片蚀量和细沟侵蚀阶段侵蚀量均随坡度而增加，片蚀阶段土壤B的含沙量是土壤A的1.09～4.47倍，细沟侵蚀阶段前者是后者2.01倍。土壤B在细沟侵蚀阶段的侵蚀量可达总侵蚀量的98%以上，平均含沙量是片蚀阶段的7.09～32.39倍，相应情况下土壤A分别是96%和10.49倍。3)2种土壤的产沙量与含沙量的关系可用y = ax + b表示，斜率a可用以表征径流的侵蚀能力，截距b可用来表征可搬运物质类型及丰富程度，经过优化处理，线性关系的R2可达0.98及以上。该研究对于深入理解土壤质地在坡面侵蚀中的作用，以及为生态保护提供理论支持具有重要的理论与实践意义。

关键词：片蚀细沟侵蚀模拟降雨侵蚀机制

2种典型黄土坡面侵蚀特征分析及物理意义解释

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中国水土保持科学 2024年第3期22卷 36-45页

作者：白玉和继军孙莉英田磊蔡强国王铭微首都师范大学城市环境过程和数字模拟国家重点试验室培育基地水资源安全北京实验室北京100048 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100190 北京水利水电学校北京100024

研究土壤性质对侵蚀特征的影响可为深刻理解土壤侵蚀机理,以及优化评估模型参数提供重要理论支持。基于此,本研究采用室内模拟降雨试验,在90 mm/h降雨强度及4个坡度(5°、7.5°、10°和15°)条件下,分析黄土丘陵沟壑区2种典型黄土的侵... 详细信息

研究土壤性质对侵蚀特征的影响可为深刻理解土壤侵蚀机理,以及优化评估模型参数提供重要理论支持。基于此,本研究采用室内模拟降雨试验,在90 mm/h降雨强度及4个坡度(5°、7.5°、10°和15°)条件下,分析黄土丘陵沟壑区2种典型黄土的侵蚀特征,并结合数学关系和物理意义对其侵蚀机制进行解释。结果表明:1)相对于土壤A,土壤B产流快,径流量高,更易发育细沟,侵蚀也更严重,土壤B的总径流量和总侵蚀量分别是土壤A的1.26~1.51倍和3.74~57倍。2)总体来看产流初始阶段侵蚀量、片蚀量和细沟侵蚀阶段侵蚀量均随坡度而增加,片蚀阶段土壤B的含沙量是土壤A的1.09~4.47倍,细沟侵蚀阶段前者是后者2.01倍。土壤B在细沟侵蚀阶段的侵蚀量可达总侵蚀量的98%以上,平均含沙量是片蚀阶段的7.09~32.39倍,相应情况下土壤A分别是96%和10.49倍。3)2种土壤的产沙量与含沙量的关系可用y=ax+b表示,经过优化处理,线性关系的R 2可达0.98及以上,斜率a可用以表征径流的侵蚀能力,截距b用来表征可搬运物质类型及丰富程度。本研究对于深入理解土壤质地在坡面侵蚀中的作用,以及为生态保护提供理论支持具有重要的理论与实践意义。

关键词：片蚀细沟侵蚀模拟降雨侵蚀机制

黄土坡面细沟间和细沟侵蚀对有机碳流失贡献的定量分析

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土壤学报 2023年第5期60卷 1398-1408页

作者：张风宝李玄添申楠杨明义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 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

细沟间和细沟侵蚀剥离和输移土壤的机制不同导致有机碳输移存在差异,然而因研究手段限制,这两种侵蚀方式对有机碳输移的贡献、影响等研究有待深入。本文利用模拟降雨与7Be示踪技术,在定量化分析细沟间和细沟侵蚀对黄土坡面侵蚀产沙贡献... 详细信息

细沟间和细沟侵蚀剥离和输移土壤的机制不同导致有机碳输移存在差异,然而因研究手段限制,这两种侵蚀方式对有机碳输移的贡献、影响等研究有待深入。本文利用模拟降雨与7Be示踪技术,在定量化分析细沟间和细沟侵蚀对黄土坡面侵蚀产沙贡献的基础上,进一步分析其对有机碳输移的贡献及影响。结果表明5°小区以细沟间侵蚀为主,其产沙贡献率为86%,大于5°的小区以细沟侵蚀为主,其产沙贡献率介于61%~71%之间,在降雨过程中甚至可达96%。降雨过程中坡面侵蚀泥沙有机碳平均富集比为1.16±0.15,细沟间侵蚀泥沙有机碳平均富集比为1.50±0.50,富集可导致有机碳流失率增加0.008~0.028 g·m^(–2)·min^(–1)。坡度大于5°的小区细沟侵蚀对有机碳流失贡献率介于55%~62%之间,低于对侵蚀产沙的贡献,但仍占主导地位。坡面侵蚀产沙量可解释有机碳流失量变化的97%,细沟间侵蚀产沙可解释细沟间有机碳流失量变化的89%。侵蚀过程中剧烈的细沟侵蚀可导致细沟间侵蚀泥沙有机碳的富集比增大。

关键词：细沟侵蚀细沟间侵蚀有机碳流失 7Be示踪技术富集比

典型红壤区输变电工程堆积体边坡细沟侵蚀特征

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长江科学院院报 2023年第9期40卷 61-67页

作者：李熙刘强江世雄孙宝洋钱峰陈垚国网福建省电力有限公司电力科学研究院福州350007 国网福建省电力有限公司福州350003 长江科学院水土保持研究所武汉430010

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(... 详细信息

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/m^(2)、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。

关键词：细沟侵蚀输变电工程堆积体人工模拟降雨产流产沙

黄土坡面细沟侵蚀强度的空间分布及形态分异特征

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水土保持学报 2022年第1期36卷 1-7页

作者：龙琪韩剑桥何育聪王飞焦峰西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

为探索细沟侵蚀的空间分异特性,通过人工模拟降雨试验的方法,分析不同降雨强度和坡度下的坡面细沟侵蚀过程,探讨细沟侵蚀强度及形态在坡面尺度的沿程变化特征。结果表明:随着坡度和雨强增加,细沟侵蚀量不断增大;在特定处理下,细沟侵蚀... 详细信息

为探索细沟侵蚀的空间分异特性,通过人工模拟降雨试验的方法,分析不同降雨强度和坡度下的坡面细沟侵蚀过程,探讨细沟侵蚀强度及形态在坡面尺度的沿程变化特征。结果表明:随着坡度和雨强增加,细沟侵蚀量不断增大;在特定处理下,细沟侵蚀强度沿坡长方向均呈现出先增后减的规律;沟宽、沟深和细沟割裂度等细沟形态参数也表现为先增加后减小,峰值出现在坡面中部。沟宽和沟深与细沟侵蚀量呈极显著的正相关关系,细沟侵蚀强度与形态之间的演变具有一致性;径流汇集导致坡面中部径流侵蚀动力增强,沟壁崩塌和下切侵蚀严重,沟宽和沟深扩大,而坡下位置由于径流含沙量较大且土槽侵蚀基准面稳定而侵蚀较弱。坡面中部易发生严重侵蚀,需要加强防控或做好截排水措施。研究结果可为细沟侵蚀防控提供理论与技术支撑。

关键词：细沟侵蚀细沟形态空间分布黄土坡面

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不同流量级组合下细沟侵蚀产沙机理研究

节水灌溉 2022年第7期 71-78页

作者：许强强张宽地任涓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 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

不同降雨径流条件下,黄土高原地区坡耕地会产生土壤侵蚀,影响坡耕地品质和农业灌水均匀度。为探明不同流量类型条件下该地区细沟侵蚀产沙机理,采用室内放水冲刷试验,对4种流量类型(凹陷型(5.0-2.5-7.5 L/min)、峰值型(2.5-7.5-5.0 L/min... 详细信息

不同降雨径流条件下,黄土高原地区坡耕地会产生土壤侵蚀,影响坡耕地品质和农业灌水均匀度。为探明不同流量类型条件下该地区细沟侵蚀产沙机理,采用室内放水冲刷试验,对4种流量类型(凹陷型(5.0-2.5-7.5 L/min)、峰值型(2.5-7.5-5.0 L/min)、均匀型(5.0-5.0-5.0 L/min)、增加型(2.5-5.0-7.5 L/min))与3个坡度(4°、8°、12°)组合工况下的细沟侵蚀产沙过程进行研究。结果表明:同一坡度下,土壤剥蚀率最大的流量类型为峰值型,均匀型流量类型冲刷下的剥蚀率次之(除坡度4°外);峰值型、凹陷型和增加型的土壤剥蚀率分别为均匀型的1.36倍、0.91倍和0.95倍;土壤剥蚀率与坡度显著相关(P细沟水流挟沙系数变化范围为20.84~83.57,平均值为52.21,相对应的不淤保证率为95%。各研究结果对阐明不同流量级组合冲刷下黄土高原地区黄绵土土质坡面侵蚀产沙机理具有重要意义,可望为该地区侵蚀预报模型的建立和防治侵蚀提供理论支持。

关键词：细沟侵蚀流量类型土壤剥蚀率水流强度参数消能率

基于无人机贴近摄影测量的坡面细沟侵蚀及形态演化研究

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水土保持通报 2023年第6期43卷 142-147页

作者：姚怡航张展李永红孙贯芳娄永才苏冰妮张洵高照良中国科学院大学北京101408 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 黄河水文水资源科学研究院河南郑州450000 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

[目的]寻求效率和精度均高且适应性强的坡面细沟侵蚀测量技术手段,克服传统测量方法效率低,成本高,适用性差等问题,为坡面细沟侵蚀演变过程及定量化研究提供新的思路和技术手段。[方法]利用无人机通过贴近摄影测量获取连续6场人工模拟... 详细信息

[目的]寻求效率和精度均高且适应性强的坡面细沟侵蚀测量技术手段,克服传统测量方法效率低,成本高,适用性差等问题,为坡面细沟侵蚀演变过程及定量化研究提供新的思路和技术手段。[方法]利用无人机通过贴近摄影测量获取连续6场人工模拟降雨下坡面细沟发育的高分辨率影像及模型,经定位精度、模型精度和侵蚀模拟3个方面验证,定量揭示坡面细沟侵蚀及形态演化过程的可行性。[结果](1)三维实景模型地理配准均方根误差RMSE_(3D)=1.5 cm,像控点平面误差RMSE_(H)=0.42 cm,高程误差RMSE_(V)=0.88 cm,模型细节及纹理清晰,分辨率达到毫米级。(2)多期模型能够清晰刻画细沟发育经历的雨滴溅蚀—片蚀—小跌水—断续细沟—连续细沟5个阶段。坡面细沟平均沟宽、沟深、密度分别从最初的1.25 cm,0.82 cm,0.05发展到最终的3.27 cm,4.75 cm,0.23,最大沟长236 cm,最大沟深14.23 cm。(3)细沟土壤侵蚀量模拟值随着降雨历时的增加不断接近真实值并趋于稳定,平均误差在10%以内。[结论]无人机贴近摄影测量技术能较好地反映细沟发育演化过程,作业效率及便利性较传统测量方法具有显著优势。

关键词：无人机贴近摄影测量细沟侵蚀细沟形态模拟降雨

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黄绵土坡面细沟侵蚀剥蚀能力试验

水土保持学报 2023年第1期37卷 84-89,96页

作者：厉晓峰黄钰涵孟书翰亓波杨佳慧张俊鹏雷廷武山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 广西大学林学院南宁530004 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

为研究黄土坡面细沟侵蚀规律,探究水流剥蚀能力的室内测算方法,以黄绵土为研究对象,设置2,4,6,8 L/min 4个流量,5°,10°,15°,20°4个坡度,土槽长度为12 m,进行室内径流冲刷试验,得到黄绵土坡面细沟侵蚀的临界沟长和输沙能力,基于二者... 详细信息

为研究黄土坡面细沟侵蚀规律,探究水流剥蚀能力的室内测算方法,以黄绵土为研究对象,设置2,4,6,8 L/min 4个流量,5°,10°,15°,20°4个坡度,土槽长度为12 m,进行室内径流冲刷试验,得到黄绵土坡面细沟侵蚀的临界沟长和输沙能力,基于二者之间的函数关系,推导出剥蚀能力的计算公式,以此研究不同试验条件下临界沟长、输沙能力和剥蚀能力的变化规律,并验证方法的准确性。结果表明:在设计水力工况条件下,黄绵土坡面细沟侵蚀的临界沟长的变化范围在5.33~11.12 m,且临界沟长随流量和坡度的增加而缩短;输沙能力随流量和坡度的增大而增大;剥蚀能力与流量之间存在明显的线性关系,与坡度之间存在较好的对数关系。试验方法与其他方法相比,操作便捷、结果吻合度高,能较好地确定黄土区细沟侵蚀的剥蚀能力。研究结果可进一步完善黄土坡面细沟侵蚀理论。

关键词：细沟侵蚀临界沟长剥蚀能力输沙能力冲刷试验

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喀斯特地区坡耕地径流水动力学特征研究

农业与技术 2024年第2期44卷 93-98页

作者：瞿朝正王济蔡雄飞徐蝶刘一民陈星旺王胜利贵州师范大学地理与环境科学学院贵州贵阳550025 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

为研究喀斯特地区坡耕地在不同条件下的水动力学特征,通过野外径流模拟试验分析在不同坡度和不同流量下的细沟径流侵蚀过程,深入研究细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征。研究结果表明:流速随坡度的增大而上升,但两者相关性不明显;... 详细信息

为研究喀斯特地区坡耕地在不同条件下的水动力学特征,通过野外径流模拟试验分析在不同坡度和不同流量下的细沟径流侵蚀过程,深入研究细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征。研究结果表明:流速随坡度的增大而上升,但两者相关性不明显;雷诺数(Re)随坡度的增大而减小,弗劳德数(Fr)和阻力系数(f)均随坡度的增大而增加;南明区、青岩和修文的雷诺数(Re)与弗劳德数(Fr)呈显著负相关关系(P细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征有重要意义,为喀斯特地区坡耕地土壤侵蚀与防治提供一定参考依据。

关键词：喀斯特地区细沟侵蚀水动力学参数野外径流模拟