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细沟侵蚀特征及其产流产沙过程试验研究

水利学报 2013年第4期44卷 398-405页

作者：和继军吕烨宫辉力蔡强国首都师范大学初等教育学院城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地教育部三维信息获取与应用重点实验室北京100048 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 中国水利水电科学研究院北京100038 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环与地表过程重点实验室北京100101

在不同坡度(15°、20°、25°)和降雨强度(1.5mm/min和2.0mm/min)条件下,利用室内模拟降雨试验,研究了杨凌塿土和安塞黄绵土的坡面细沟发育过程、形态特征及水沙关系。结果表明,不同降雨强度和坡度下,塿土坡面的细沟发育规律基本一致,... 详细信息

在不同坡度(15°、20°、25°)和降雨强度(1.5mm/min和2.0mm/min)条件下,利用室内模拟降雨试验,研究了杨凌塿土和安塞黄绵土的坡面细沟发育过程、形态特征及水沙关系。结果表明,不同降雨强度和坡度下,塿土坡面的细沟发育规律基本一致,主要由沿坡面方向呈线状分布的跌坎链相互连通而成,表现为沟头溯源侵蚀和沟道下切侵蚀,细沟宽深比随雨强及坡度增加而变小,细沟密度则随之而增加;黄绵土的跌坎形状为长条状,细沟主要由单个跌坎发育而成,发育过程中溯源侵蚀和边壁崩塌现象更为明显,细沟的宽深比较大。相比黄绵土,塿土的产流和达到稳定径流量的速度较快,相同降雨强度条件下,不同坡度间径流量的差异性较小;不同降雨强度和坡度条件下,塿土的含沙量变化过程较为一致,最终会趋于一个稳定值,黄绵土含沙量的变化过程较为复杂。另外,两种土壤从含沙量开始较快增加至达到最高值的时间段与其细沟形成及发育的时间段大体吻合,相比之下塿土更易发生细沟侵蚀。

关键词：细沟侵蚀跌坎链产流产沙过程降雨强度

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雨滴打击对黄土坡面细沟侵蚀特征的影响

农业机械学报 2015年第8期46卷 104-112,89页

作者：沈海鸥郑粉莉温磊磊卢嘉姜义亮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

基于模拟降雨试验和纱网覆盖消除雨滴打击作用的试验方法，研究雨滴打击对黄土坡面细沟侵蚀特征的影响。试验包括 3 种黄土高原代表性的侵蚀性降雨（50、75 和 100 mm/h）和 3 个细沟侵蚀发生最常见的坡度（10°、15°和 20°）。结果... 详细信息

基于模拟降雨试验和纱网覆盖消除雨滴打击作用的试验方法，研究雨滴打击对黄土坡面细沟侵蚀特征的影响。试验包括 3 种黄土高原代表性的侵蚀性降雨（50、75 和 100 mm/h）和 3 个细沟侵蚀发生最常见的坡度（10°、15°和 20°）。结果表明，同有雨滴打击试验处理相比，纱网覆盖消除雨滴打击后，坡面径流稳定产流率和含沙量均明显减小；坡面侵蚀量和细沟侵蚀量分别减少 28.1%-47.7%和 20.2%-38.6%；而细沟侵蚀对坡面侵蚀的贡献率增加。消除雨滴打击后，坡度对细沟侵蚀的影响与有雨滴打击时相同，而降雨强度对细沟侵蚀的影响增加。有、无雨滴打击试验处理的细沟密度和割裂度均随着降雨强度和坡度的增加而增大；而细沟倾斜度的变化较为复杂，所以细沟密度和割裂度可作为描述细沟形态的最佳指标。试验结果还表明，雨滴打击对细沟沟槽形状也有间接影响，即消除雨滴打击后，细沟宽度和深度的变异程度减小，沟槽形状更为规则。同时，有雨滴打击试验处理的细沟宽深比随着坡度和降雨强度的增加而减小，而无雨滴打击试验处理的细沟宽深比随着坡度的增加而减小，随着降雨强度的增加呈微弱的增加趋势。

关键词：细沟侵蚀形态特征雨滴打击模拟降雨黄土坡面

黄土坡面细沟侵蚀及水动力学参数的时空变化特征

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农业机械学报 2016年第8期47卷 146-154,207页

作者：覃超吴红艳郑粉莉徐锡蒙边锋西北农林科技大学水土保持研究所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 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

坡面细沟侵蚀速率和水动力学参数在坡面细沟发育过程中存在明显的时空变化。基于间歇性人工模拟降雨和三维激光扫描技术提取的高精度DEM,分析了黄土坡面细沟发育不同主导过程中细沟侵蚀和水动力学参数的时空分布规律。结果表明,细沟侵... 详细信息

坡面细沟侵蚀速率和水动力学参数在坡面细沟发育过程中存在明显的时空变化。基于间歇性人工模拟降雨和三维激光扫描技术提取的高精度DEM,分析了黄土坡面细沟发育不同主导过程中细沟侵蚀和水动力学参数的时空分布规律。结果表明,细沟侵蚀速率和总侵蚀速率的最大值出现在以细沟沟底下切侵蚀为主的细沟发育活跃期,最小值出现在以沟头溯源侵蚀为主的细沟发育初期。细沟侵蚀速率与总侵蚀速率随降雨历时的变化皆呈先上升后趋于稳定,并在一定范围内波动的变化趋势,且总侵蚀速率早于细沟侵蚀速率达到稳定。细沟侵蚀量随单位斜坡长呈先上升后下降的抛物线形式分布,细沟侵蚀速率的最大值出现在坡面中下部。90 mm/h降雨强度下径流剪切力、径流功率和单位径流功率分别是60 mm/h降雨强度下的1.3、1.1、1.4倍。细沟间水流和细沟流的水动力学参数随降雨历时的增加呈不同的变化趋势。两种降雨强度下,径流剪切力、径流功率和单位径流功率随单位坡长的分布均呈波动上升趋势。单宽细沟侵蚀量与水动力学参数之间呈线性正相关关系,细沟发育初期坡面侵蚀发生的临界径流剪切力、临界径流功率和临界单位径流功率最大。

关键词：细沟侵蚀三维激光扫描技术时空变化临界水动力学参数黄土坡面

基于三维重建技术的坡面细沟侵蚀演变过程研究

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农业工程学报 2019年第9期35卷 114-120页

作者：吴淑芳刘勃洋雷琪孙立全郭慧莉冯喆钱阔西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室

作为黄土高原地区沟头溯源侵蚀和水流汇集发源地的梁峁坡面,在强降雨下其产流产沙对沟缘线以下坡面及沟道侵蚀有着重大影响。该研究根据野外实地考查构建5°~35°变坡段实体模型,进行6场间歇性人工模拟降雨试验,并借助基于三维重建技术... 详细信息

作为黄土高原地区沟头溯源侵蚀和水流汇集发源地的梁峁坡面,在强降雨下其产流产沙对沟缘线以下坡面及沟道侵蚀有着重大影响。该研究根据野外实地考查构建5°~35°变坡段实体模型,进行6场间歇性人工模拟降雨试验,并借助基于三维重建技术的PhotoScan软件获取坡面DEM,将其侵蚀演化过程进行图形化、数字化,定性定量揭示其侵蚀形态演变特征。研究表明:1)梁峁坡面细沟侵蚀历经4个阶段:面蚀阶段,即产生一系列呈串珠状分布的侵蚀跌坑,宽度5~9cm,深度1~4cm;细沟形成阶段,由面蚀所产生的微小跌坑在径流作用下长、宽、深均不断增大,最大分别达到266、7.6、13.8cm;细沟网形成阶段,细沟出现分叉及联通,有明显流路;小切沟形成阶段,伴随沟壁崩塌、沟壁加宽和沟底下切,最大沟长及最大沟深较细沟形成时增大3倍以上。2)对比次降雨过程基于三维建模所计算侵蚀量与实测侵蚀量,第1场降雨试验因地表疏松颗粒较多导致实测侵蚀量比建模计算侵蚀量大而引起较大偏差(20.82%),其他场次偏差均在10%左右或以下,总体来说,该技术可以较好地应用于侵蚀发育过程的研究。该研究实现侵蚀演变关键过程图形化、数字化,有助于人们定性、定量了解和认识梁峁坡面侵蚀过程,且对于创新侵蚀过程研究方法亦具有实践指导价值。

关键词：土壤侵蚀照片重建人工模拟降雨试验细沟侵蚀演化过程

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几种土壤的细沟侵蚀过程及其影响因素

水科学进展 2004年第1期15卷 12-18页

作者：蔡强国朱远达王石英中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

通过间隔为11h的二次人工模拟降雨和冲蚀槽试验研究了10种土壤的侵蚀过程,发现在第2次降雨中大多数土壤出现了细沟侵蚀形式。采样微形态观察发现,在第1次降雨中形成结皮的土壤在第2次降雨中出现了细沟侵蚀;产流产沙观测发现所有出现细... 详细信息

通过间隔为11h的二次人工模拟降雨和冲蚀槽试验研究了10种土壤的侵蚀过程,发现在第2次降雨中大多数土壤出现了细沟侵蚀形式。采样微形态观察发现,在第1次降雨中形成结皮的土壤在第2次降雨中出现了细沟侵蚀;产流产沙观测发现所有出现细沟侵蚀的土壤在第1次降雨中径流含沙量逐渐减少,而第2次降雨中有一个先剧增后减少的过程。土壤理化分析及多元逐步回归分析结果表明,土壤颗粒组成、有机质含量、铁铝含量等因素对细沟侵蚀的影响表现不明显,而与土壤团聚体有关结构指标、细沟侵蚀、产流产沙速率及总量呈显著相关关系。分析表明,团聚体分散度、崩解速率与渗透系数之比两个指标能较好地预测细沟侵蚀发生的可能性,同时也能很好地预测侵蚀产沙量。

关键词：土壤人工模拟降雨冲蚀槽细沟侵蚀

元胞大小选择对坡面细沟侵蚀过程CA模拟的影响

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武汉大学学报（信息科学版） 2014年第3期39卷 311-316页

作者：原立峰刘星飞吴淑芳霍云云南京邮电大学地理与生物信息学院江苏南京210003 中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008 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 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

在已建立的黄土坡面细沟侵蚀CA模型基础上,侧重研究不同元胞大小对坡面细沟发育过程和细沟特征参数的影响。通过累积径流量和累积侵蚀量的Nash-Sutcliffe系数Ens和误差系数Re,分析元胞大小对CA模型有效性的影响。当保持模型其他参数和... 详细信息

在已建立的黄土坡面细沟侵蚀CA模型基础上,侧重研究不同元胞大小对坡面细沟发育过程和细沟特征参数的影响。通过累积径流量和累积侵蚀量的Nash-Sutcliffe系数Ens和误差系数Re,分析元胞大小对CA模型有效性的影响。当保持模型其他参数和运行时间都不变时,元胞尺寸增大,细沟发育过程加速,细沟平均沟宽变宽,沟长变长,坡面径流和产沙的趋势提前,同时累积径流量减小,累积侵蚀量增加;当元胞尺寸变小时则相反。由于CA模型的流速是由元胞边长和时间步长的比值来决定的,所以只有其与实验坡面流速接近时才能提高模型的有效性。

关键词： CA模型细沟侵蚀元胞大小 Nash—Sutcliffe系数误差系数

细沟侵蚀动态过程模拟室内试验和模型验证研究

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农业工程学报 2004年第5期20卷 55-62页

作者：姚春梅雷廷武张晴雯 Mark Nearing 邵明安中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100 Southwest Watershed Research Center 2000 E Allen Rd

进行了一系列室内试验,以验证模拟细沟演变动态过程的数学模型。该模型模拟了细沟水流的动态过程、水力学特性参数的空间变化、细沟中土壤的剥离、运输及沉积过程;模拟了细沟在侵蚀过程中的形态演变,其中包括沟宽、沟深、局部坡度在空... 详细信息

进行了一系列室内试验,以验证模拟细沟演变动态过程的数学模型。该模型模拟了细沟水流的动态过程、水力学特性参数的空间变化、细沟中土壤的剥离、运输及沉积过程;模拟了细沟在侵蚀过程中的形态演变,其中包括沟宽、沟深、局部坡度在空间上的差异及其随时间的变化;模拟了细沟侵蚀/泥沙沉积后局部细沟形态的变化对细沟水流反馈效应。试验土壤为砂壤土,采用的坡度为:3%,5%,7%;3个流量:7.6,11.4,15.2L/min。在同一试验条件不同工况下对模型进行了验证,同时对细沟中沿程水流速度和细沟末端的侵蚀产沙量进行了模拟值和试验实测值的对比。结果表明,模型预测值和实测细沟形态演变值具有很好的一致性,模型中提出的侵蚀、沟床形态变化和水力学特性参数间的互反馈环效应可以反映细沟侵蚀的动态演变过程和发展趋势。

关键词：细沟侵蚀动态过程模拟模型验证室内试验

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细沟侵蚀量测算方法的探讨

水土保持通报 1989年第4期9卷 41-45,49页

作者：郑粉莉中国科学院水利部西北水土保持研究所

本文评价了量测细沟侵蚀量的填土法和容积法。认为容积法简单易行,适于野外调查,但精度较低。为了提高容积法估算精度,通过资料分析,提出了野外调查量测细沟侵蚀量时的样方选择方法及具体量测和计算方法,并进一步通过资料分析,给出了根... 详细信息

本文评价了量测细沟侵蚀量的填土法和容积法。认为容积法简单易行,适于野外调查,但精度较低。为了提高容积法估算精度,通过资料分析,提出了野外调查量测细沟侵蚀量时的样方选择方法及具体量测和计算方法,并进一步通过资料分析,给出了根据容积法估算细沟侵蚀量的方程式。用这个方法量测和估算细沟侵蚀量简单、易行,精度也较高。

关键词：细沟侵蚀侵蚀量测算法水土保持

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细沟侵蚀过程与径流速度的响应

陕西师范大学学报（自然科学版） 2017年第5期45卷 85-91页

作者：张敏和继军蔡强国首都师范大学地球空间信息科学与技术国际化示范学院城市环境过程和数字模拟国家重点实验室培育基地北京资源环境与GIS重点实验室北京100048 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

利用室内模拟降雨试验,研究了不同坡度条件下细沟发育阶段水沙特征及其与径流速度的响应。研究结果表明,对于杨凌塿土,细沟侵蚀过程大致分为3个阶段,即面状侵蚀期(A阶段)、细沟网络发育期(B阶段)和细沟网络稳定期(C阶段)。侵蚀阶段对径... 详细信息

利用室内模拟降雨试验,研究了不同坡度条件下细沟发育阶段水沙特征及其与径流速度的响应。研究结果表明,对于杨凌塿土,细沟侵蚀过程大致分为3个阶段,即面状侵蚀期(A阶段)、细沟网络发育期(B阶段)和细沟网络稳定期(C阶段)。侵蚀阶段对径流率的影响不显著,对含沙量影响显著,在A阶段和B阶段含沙量随时间呈增加趋势,在C阶段含沙量逐渐趋于动态平衡状态,该表现形式在大坡度下尤为明显。在不同侵蚀阶段,坡度影响程度不同,在C阶段坡度对细沟侵蚀的影响最为显著。细沟侵蚀过程中,径流速度变化比较复杂,不同坡度不同侵蚀阶段没有明显的规律性。坡度较小时,高流速低频率相对分散的情况集中在A阶段和B阶段;坡度较大时,集中在B阶段和C阶段,说明B阶段是细沟侵蚀的活跃期,在该阶段径流速度的波动性大,大径流速度出现的概率明显增加。

关键词：细沟侵蚀坡度径流速度含沙量