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不同近地表水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程研究

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水土保持通报 2007年第6期27卷 9-11,79页

作者：王志刚郑粉莉李靖西北农林科技大学资源环境学院

采用模拟降雨试验,研究了自由下渗(free drainage)、土壤水分饱和(saturation)、壤中流(seepage) 3种近地面水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程。结果表明,近地表水文条件会对紫色土坡面侵蚀过程产生重要影响。在地面坡度5°～15°条件下... 详细信息

采用模拟降雨试验,研究了自由下渗(free drainage)、土壤水分饱和(saturation)、壤中流(seepage) 3种近地面水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程。结果表明,近地表水文条件会对紫色土坡面侵蚀过程产生重要影响。在地面坡度5°～15°条件下,当地表水文条件由自由下渗演变为土壤水分饱和时,坡面侵蚀量由1.31～2.02 g/(min·m^2)增加到1.83～5.50 g/(min·m^2);当地表水文条件由土壤水分饱和变为壤中流时,坡面侵蚀量达到4.40～16.41 g/(min·m^2)。土壤水分饱和条件下坡面侵蚀量是自由下渗的1.40～2.73倍;壤中流条件下坡面侵蚀量是自由下渗时的3.36～8.12倍,是土壤水分饱和时的2.40～2.98倍。同时,坡面坡度对紫色土坡面侵蚀过程有重要的影响。

关键词：紫色土近地表水文条件壤中流土壤水分饱和土壤侵蚀

不同近地表水文条件下降雨能量对黑土团聚体溅蚀的影响

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不同近地表水文条件下降雨能量对黑土团聚体溅蚀的影响

作者：饶伟北京林业大学

学位级别：硕士

溅蚀作为坡面水蚀过程的初始阶段,是造成表层土壤团聚体破坏和迁移的关键影响因子。目前针对降雨能量对溅蚀过程的影响已有大量研究,但有关近地表水文条件和降雨能量共同作用下的溅蚀过程机理尚未明晰。本文以东北典型耕作层黑土为研究... 详细信息

溅蚀作为坡面水蚀过程的初始阶段,是造成表层土壤团聚体破坏和迁移的关键影响因子。目前针对降雨能量对溅蚀过程的影响已有大量研究,但有关近地表水文条件和降雨能量共同作用下的溅蚀过程机理尚未明晰。本文以东北典型耕作层黑土为研究对象,选取4种初始粒径（近地表水文条件（水力梯度15%FC:15%田间持水量、FC:田间持水量、SA:土壤水分饱和、SP:壤中流5cm）和5个降雨能量梯度（降雨高度1、2、3、4、5m）,采用两种降雨介质（水和酒精）进行模拟降雨试验。并利用SEM电镜扫描和SFM-MVS摄影测量技术分别对土壤结皮微结构和溅蚀微地形进行分析。主要结论如下:（1）揭示了不同近地表水文条件对黑土团聚体溅蚀量的影响。当降雨能量达到696 J m h（3m）以上,不同近地表水文条件下的溅蚀量有显著差别。4种粒径团聚体均以15%FC水文条件下的溅蚀量最多,其中以初始粒径为0.25～1mm的黑土团聚体溅蚀量最大。FC水文条件对微团聚体溅蚀影响最大,是同一降雨能量下其他三种粒径溅蚀量的1.28～35.04倍。SA水文条件对>0.25mm黑土团聚体的溅蚀量影响最大,产生的溅蚀量仅次于15%FC水文条件。SP水文条件出流形成的薄层水流会使溅蚀量减小,且随团聚体粒径的增大减小量越大。（2）分析了不同近地表水文条件对溅蚀团聚体粒径指标和迁移特征的影响。对于初始粒径水文条件下最大,且与其他水文条件存在显著差异;溅蚀团聚体流失粒径主要集中在粉粒和极细砂粒,平均减少2.5%～7.1%和2.92%～3.57%,同时在黏粒和细砂粒中产生了富集,平均增加3.81%～6.79%和2.41%～4.27%;溅蚀团聚体的比表面积在15%FC水文条件下最小,且与其他水文条件存在显著差异。对于初始粒径>0.25mm的黑土团聚体,当近地表水文条件由15%FC转变为SP时,溅蚀团聚体粒径指标总体呈先增加后减少的趋势,且在SA水文条件下达到最大;溅蚀团聚体流失粒径主要集中在极细砂粒,平均减小4.08%～7.25%,同时在黏粒中产生了富集,平均增加3.56%～8.45%;不同初始粒径团聚体的溅蚀团聚体在不同水文条件下的比表面积大小存在差异。（3）对比了不同降雨能量下的溅蚀量变化特征。降雨能量对黑土团聚体溅蚀量的影响随着初始粒径的增大而增加。同时,不同初始粒径黑土团聚体溅蚀量存在明显的阈值,当降雨能量达到530 J m h（2m）以上时,不同降雨能量梯度下的溅蚀量存在显著差异。（4）分析了不同降雨能量对溅蚀团聚体粒径指标和迁移特征的影响。对于初始粒径0.25mm的黑土团聚体,溅蚀团聚体粒径基本随降雨能量的增加呈减小趋势;溅蚀团聚体中流失团聚体主要集中在极细砂粒,随降雨能量的增加而增大,同时在黏粒中产生了富集,随降雨能量的增加而增大;溅蚀团聚体的比表面积总体随降雨能量的增加呈增大的趋势。（5）量化了近地表水文条件和降雨能量对溅蚀量的相对贡献。近地表水文条件对溅蚀量的贡献率为1.93%～52.29%,降雨能量则为47.71%～98.07%。分析了不同试验控制条件对溅蚀量的影响。降雨能量在相关分析与路径分析中对溅蚀量均有显著影响,决定系数和路径系数分别为0.79和0.805。近地表水文条件对溅蚀量的负面影响要大于团聚体初始粒径。（6）明晰了黑土团聚体在溅蚀过程中破碎机制的相对贡献。4种粒径黑土团聚体在溅蚀过程中基本以消散作用破碎机制为主。随着土壤团聚体含水量降低,消散作用导致的团聚体破碎越剧烈。消散作用贡献在15%FC水文条件下最大,贡献率均值在80.67%～88.62%之间,在SP水文条件下最小,贡献率均值在49.12%～74.99%之间。黑土团聚体粒径越大消散作用导致的团聚体破碎越剧烈。（7）量化了不同降雨能量下的土壤结皮微结构特征。不同降雨能量对4种初始粒径黑土团聚体的土壤结皮面积孔隙率均有显著影响,总体随降雨能量的增加呈减小趋势,平均分别减小了225.78%（15%FC）、266.92%（FC）、195.12%（SA）、205.33%（SP）。在同一降雨能量和近地表水文条件下,黑土团聚体初始粒径越大,土壤结皮面积孔隙率越大,其中初始粒径为3～5mm黑土团聚体的土壤结皮孔隙率是初始粒径<0.25mm黑土团聚体的1.55

关键词：溅蚀近地表水文条件降雨能量黑土团聚体

不同近地表水文条件下紫色土坡耕地土壤侵蚀过程研究

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不同近地表水文条件下紫色土坡耕地土壤侵蚀过程研究

作者：王志刚西北农林科技大学

学位级别：硕士

紫色土是长江泥沙的重要来源,研究紫色土土壤侵蚀过程对长江流域农业发展和水利工程建设具有重要的意义。本文通过人工模拟降雨试验,研究了不同坡度降雨和近地表水文条件下,紫色土坡面侵蚀过程及坡面水流的水力学特性,主要结果如下: ... 详细信息

紫色土是长江泥沙的重要来源,研究紫色土土壤侵蚀过程对长江流域农业发展和水利工程建设具有重要的意义。本文通过人工模拟降雨试验,研究了不同坡度降雨和近地表水文条件下,紫色土坡面侵蚀过程及坡面水流的水力学特性,主要结果如下: （1）紫色土坡面开始产流的时刻随雨强和坡度增大而提前。从开始产流时刻起,径流速率逐渐增加并达到相对稳定,产流过程可以分为两个阶段:不稳定产流阶段和稳定产流阶段。不稳定产流阶段的径流量受降雨强度和坡面对降雨截流、下渗作用的影响,稳定产流阶段流量主要与降雨强度有关。当土壤水分达到饱和或者存在壤中流的情况下,不稳定产流阶段不明显。相同的降雨强度和坡度条件下,壤中流情况下产流最早,降雨开始即产流,土壤水分饱和时次之,水分自由下渗最晚。同一坡度和近地表水文条件下,径流量随雨强增大而增大;同一雨强和近地表水文条件下,径流量随坡度增加呈现先增大而后减小的趋势。同一坡度和雨强下,壤中流情况下径流量最大,土壤饱和情况下次之,自由下渗时最小。（2）从开始产流起,紫色土坡面土壤侵蚀速率随着产流速率的增大而迅速增加,当进入稳定产流阶段后,土壤侵蚀速率又呈现出缓慢下降的趋势。同一坡度和近地表水文条件下,平均侵蚀率是随雨强的增大而增加。同一雨强和近地表水文条件下,平均侵蚀速率随坡度的增大而增加,并存在一坡度,大于该坡度后,侵蚀速率迅速增加,这一坡度随雨强和土壤含水率的增加而减小。相同的雨强和坡度下,壤中流时径流量最大,土壤饱和时次之,自由下渗时最小。（3）近地表水文状态对土壤侵蚀的影响要高于对坡面径流的影响。在土壤自由下渗时降雨对侵蚀的影响最小,土壤饱和时居中、壤中流时最大,恰好与降雨对径流的影响相反。近地表水文条件可以影响土壤抗蚀性,随着土壤含水量增加,尤其当出现壤中流情况下,土壤抗蚀性下降。（4）坡度、降雨和近地表水文条件对土壤侵蚀具有交互作用。坡度越大坡面土壤越容易丧失稳定性,较大的降雨和土壤含水量加剧了这一趋势,使坡度对土壤侵蚀的影响显著增加。（5）坡面薄层水流的雷诺数在22.31~71.63之间,属于层流;弗罗得数大多小于1,水流属于缓流。雷诺数随雨强、径流、泥沙和流速的增加而增大,径流量对雷诺数的影响最为显著。弗罗得数随坡度、径流、泥沙和流速的增加而增大,坡度对弗罗得数的影响最为显著。坡度、雨强、径流对阻力系数影响显著,阻力系数随坡度的增加而增大,随雨强、径流的增加而减小。流速与坡度、雨强、径流、泥沙之间有极显著的正相关关系,同一流量下,坡度越大流速越大。近地表水文条件对水力学参数有着显著的影响,相同的坡度与雨强条件下,在近地表水文条件由自由下渗变为土壤水分饱和再变为壤中流的过程中,流速、雷诺数、弗罗德数增加,阻力系数减小。

关键词：近地表水文条件紫色土土壤侵蚀过程

干热河谷冲沟发育区土壤细沟可蚀性及主要影响因素

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水土保持学报 2020年第3期34卷 8-13,27页

作者：何周窈苏正安王勇周涛王俊杰王晓艺中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610041 四川农业大学林学院成都611130 四川农业大学水利水电学院四川雅安625014 中国科学院大学北京100049

为探明我国干热河谷区不同活跃程度冲沟不同空间部位土壤细沟可蚀性(Kr值)在不同近地表水文条件下的差异,在云南省元谋县选择不同活跃程度的冲沟,采集其不同空间部位(集水区、沟壁、沟床)的土壤样品,利用“V”形细沟模拟冲刷装置进行放... 详细信息

为探明我国干热河谷区不同活跃程度冲沟不同空间部位土壤细沟可蚀性(Kr值)在不同近地表水文条件下的差异,在云南省元谋县选择不同活跃程度的冲沟,采集其不同空间部位(集水区、沟壁、沟床)的土壤样品,利用“V”形细沟模拟冲刷装置进行放水冲刷试验,流量设置为150,300,450,600,750,900 mL/min,分别进行排水、饱和、渗流3种水文状态的模拟试验。结果表明:(1)干热河谷冲沟发育区土壤砂粒含量明显高于粉粒和黏粒,占50%以上,土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量较低;(2)不同活跃程度冲沟土壤机械组成、有机质含量之间均存在显著差异,且随着冲沟稳定性增加,土壤砂粒含量呈逐渐降低趋势,土壤粉粒、黏粒、SOM、TN含量则呈不同程度的增加趋势;(3)在不同近地表水文状态下,土壤Kr值(s/m)均随冲沟稳定性的增加而呈递减趋势,表现为Kr(活跃型)>Kr(半稳定型)>Kr(稳定型),而不同活跃度冲沟土壤临界剪切力τc值之间具有一定差异性,但无明显规律;(4)冲沟不同部位土壤Kr值之间也具有显著的空间异质性,表现Kr(集水区)近地表水文条件由排水状态转变为饱和、渗流状态,冲沟发育区不同空间部位的土壤Kr值均显著增加。综上可见,冲沟活跃程度(植被恢复程度)、近地表水文条件、土壤机械组成和有机质含量等均会对干热河谷冲沟发育区土壤可蚀性产生显著影响。

关键词：干热河谷冲沟发育近地表水文条件土壤可蚀性细沟侵蚀

水分饱和条件与壤中流条件下红壤坡面侵蚀特征研究

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水分饱和条件与壤中流条件下红壤坡面侵蚀特征研究

作者：徐铭泽江西农业大学

学位级别：硕士

阐明不同近地表水文条件下南方红壤区坡面侵蚀特征,可为红壤区土壤侵蚀防治和红壤资源持续利用提供重要的科学依据。本文针对南方红壤区常见的两种坡面近地表水文条件,采用室内人工模拟降雨方法,研究了水分饱和条件（Saturation,简称SA... 详细信息

阐明不同近地表水文条件下南方红壤区坡面侵蚀特征,可为红壤区土壤侵蚀防治和红壤资源持续利用提供重要的科学依据。本文针对南方红壤区常见的两种坡面近地表水文条件,采用室内人工模拟降雨方法,研究了水分饱和条件（Saturation,简称SA）和壤中流条件（Seepage,简称SP）下红壤坡面侵蚀特征,探究了水分饱和条件和壤中流条件下红壤坡面产流产沙过程、产沙颗粒分布特征、水动力学特征变化及水动力侵蚀产沙关系,主要研究如下:（1）研究了水分饱和条件与壤中流条件下红壤坡面侵蚀特征变化。总体方面,红壤坡面侵蚀变量均表现为SP20>SP10>SA。从SA过渡为SP条件,坡面总径流量增大6.72%0.08%,总侵蚀量增大54.44%93.32%,泥沙浓度增大28.30%44.80%;侵蚀过程方面,降雨初期SP条件下泥沙浓度显著高于SA条件,随着降雨历时延长,差异逐渐缩小;壤中流对坡面产流产沙均有贡献,其对产沙的贡献大于产流。（2）研究了水分饱条件与条件和壤中流条件下红壤坡面产沙颗粒分布特征。粒径方面,粒径指标（D10、D50和D90）均表现为SP20>SP10>SA;从SA过渡为SP条件,D10、D50和D90分别增大15.71%14.39%、16.19%13.43%和1.05%7.24%;颗粒组成方面,坡面产沙颗粒与土壤原始颗粒类似,均以粉粒为主（60%0%）,但产沙颗粒更粗,表现为黏粒含量减少,砂粒含量增加。从SA过渡为SP条件,产沙颗粒黏粒和粉粒含量分别减少2.86%8.37%和5.18%5.59%,砂粒含量增加11.09%4.56%;颗粒富集方面,两种条件下颗粒富集均以砂粒为主,从SA过渡为SP条件,砂粒富集率增大12.82%02.23%;产沙颗粒分布过程方面,近地表水文条件间降雨初期颗粒粒径、颗粒组成和富集率差异较大,随着降雨历时延长,差异逐渐缩小。（3）研究了水分饱和条件与壤中流条件下红壤坡面水力学参数变化。水流水力学参数方面,从SA过渡为SP条件,坡面平均流速增大23.43%0.01%,径流深6.25%4.69%,雷诺数12.38%58.39%,弗汝德数增大9.09%9.05%,阻力系数减小6.40%8.33%;水动力学参数方面,SP条件下径流剪切力和水流功率分别增大36.16%3.13%和75.00%38.46%。（4）研究了水分饱条件与壤中流条件下红壤坡面水动力侵蚀产沙关系。产沙颗粒方面,D50与流速、径流剪切力、水流功率均存在显著相关性（相关系数分别为0.581,0.734,0.805）,且D50与径流剪切力和水流功率均为二次函数关系;土壤侵蚀率方面,土壤侵蚀率受流速、径流剪切力和水流功率的影响较大（相关系数分别为0.666,0.915,0.865）,且土壤侵蚀率与径流剪切力和水流功率均为线性均关系;从SA过渡为SP条件,水动力参数与坡面侵蚀及产沙颗粒的相关性及拟合程度更高,表明SP条件下径流对坡面侵蚀作用力更大。

关键词：近地表水文条件坡面侵蚀壤中流