坡沟系统土壤侵蚀链动力机制模拟实验研究

ISWC OpenIR > 水保所知识产出(1956---)

	坡沟系统土壤侵蚀链动力机制模拟实验研究
	雷阿林
学位类型	博士
导师	唐克丽
	1996
学位授予单位	中国科学院、水利部水土保持研究所
学位授予地点	陕西
学位专业	土壤学
其他摘要	以黄土丘陵沟壑区垂直向上梁峁坡面与沟谷坡面紧密相连的坡沟系统为原型，运用理论分析与模拟实验相结合的方法，从侵蚀形态、侵蚀物质、侵蚀能量相联系的角度，研究了坡沟系统各种侵蚀方式有序排列、彼此关联所构成的土壤侵蚀链形成与演化的动力机制，为该区域不同地形部位土壤侵蚀控制和水土保持措施配置提供了一些启示和新的科学论证。作为研究方法的理论基础，又初步探讨了原型选定、降雨与土壤相似等问题，为模拟实验结果的合理应用外推，及模拟实验方法在土壤侵蚀研究中的应用做了一定开创性工作。主要结果为： 1. 土壤侵蚀链以水力作用为主导，水流能量由渐变的累积到突变发生，造成侵蚀方式的转变和空间分异的形成。根据水流能量流动的这种性质，通过理论分析与实验统计方法，筛选出以雷诺数和过水断面单位能量为判定不同侵蚀方式出现的临界指标，并确定了相应的动力临界值。据此结果对不同侵蚀方式进行了水力学分类，界定了各自的流态。 2. 土壤侵蚀链内各种侵蚀方式形态各异，有不同的动力学特点。运用相关分析建立的流速—流量、水深—流量、流速—水深、阻力系数—雷诺数、及弗罗德数—雷诺数等五种关系虽然同为幂函数，但表达的流型、流态有差异。坡面流受下垫面和降雨深刻影响，即非稳定又稳定又非均匀，且有急流特点，流态介于层流与紊流之间，这种流动特性是其侵蚀形成的根本原因；细沟流已进入紊流范畴，沿程阻力变化不显著，分流影响突出。细沟宽与细沟溯源速度随细沟流量成指数形式增长；浅沟流和切沟流均属急紊流，但切沟流紊动性更强，水流更加湍急，侵蚀更剧烈，同时具有水力侵蚀与重力侵蚀交互作用的特点。 3. 在土壤侵蚀链内，各种侵蚀方式以水流能量、泥沙物质、及侵蚀微地貌三种作用方式相关联，从各种作用方式联系的时空特征，有无上坡来水的产流、产沙结果，尤其是侵蚀过程各种水动力参数变化的特点可见，水流能量则制约了泥沙物质和侵蚀微地貌的时空变化，如能有效控制上坡来水和各坡段产流量，水流能量的增长便会受到限制，梁峁坡的产沙量可减少22.4%--63.5%；谷坡则可减少42.9%--74.5%，各种侵蚀形态的发生、发展也会受到抑制；如能加强坡度转换段，25度以上陡坡段，及坡面陡坎的防护，水流能量不会剧烈聚积，高强度侵蚀方式亦不易出现。从这种意义上讲，控制侵蚀的增长，就是控制侵蚀能量的增长。 4. 基于野外考察，图上量算及对比分析，深入探讨了黄土丘陵沟壑区小流域和坡沟形态的相似性与差异性，据此给出了一个简单的模拟实验原型分类系统，及一些关于原型选定的基本依据和方法。 5. 首次运用相似理论和侵蚀力学原理，解析人工降雨条件下，土壤侵蚀的物理过程，导出降雨过程和土壤受蚀过程的相似准则，进而提出降雨与土壤1：1模拟的相似条件及实现途径，并指出降雨与土壤不宜做缩小比尺的模拟。
文献类型	学位论文
条目标识符	sbir.nwafu.edu.cn/handle/361005/3980
专题	水保所知识产出(1956---)
推荐引用方式 GB/T 7714	雷阿林. 坡沟系统土壤侵蚀链动力机制模拟实验研究[D]. 陕西. 中国科学院、水利部水土保持研究所,1996.