黄土坡面细沟流水动力学特性试验研究

【摘要】黄土高原是世界上土壤侵蚀最严重的地区,土壤侵蚀面积占总土地面积75%以上。细沟侵蚀是非常重要的坡面侵蚀过程,是黄土高原坡面侵蚀的主要方式之一,细沟侵蚀量对坡面侵蚀量的贡献能够达到70%以上,占总侵蚀的1/2左右。细沟侵蚀的发生取决于坡面水流的水力学特性和坡面土壤条件,开展黄土坡面细沟流水动力学特性研究,不仅能深入认识坡面细沟侵蚀过程与机理,为细沟侵蚀过程模型的建立奠定基础,还能为黄土地区水土流失治理以及水土保持措施规划设计提供科学依据。本试验以陕西杨凌塿土为研究土壤,采用两种规格的土槽(5m×1m,10m×1.5m)进行了四个坡度(10。、15。、20。和25。)、三种雨强(1.5mm/min,2mm/min,1mm/min)条件下的室内人工模拟降雨试验,对黄土坡面细沟发育过程中的细沟流水动力学特性及其影响因素进行了研究,结果表明：(1)细沟流雷诺数、弗洛德数和平均流速要比细沟间水流大；细沟流阻力系数一般小于细沟间水流阻力系数,特别是在坡度较大的条件下差异更为显著；Darcy-weisbach阻力系数和曼宁阻力系数都随坡度的增大而增大；水流功率和水流剪切力随坡度的增大呈先增后减的趋势,临界坡度在20°～25°之间。(2)含沙量与坡度和雨强之间都存在显著相关关系,与坡长之间相关性不显著；含沙量与水流剪切力和水流功率之间存在显著相关关系,与单位水流功率之间存在显著相关关系,说明单位水流功率与径流含沙量之间的相关性最为显著。(3)细沟形态变化过程与坡面径流含沙量的变化情况基本一致；细沟发育初期,相邻细沟之间距离一定程度上影响细沟分布,最早出现的相邻细沟之间不会再出现新的跌坎,间距范围为12.5～17.5cm；细沟侵蚀以下切侵蚀和溯源侵蚀为主,沟壁坍塌的作用相对较小；细沟流速随细沟宽度的增加而显著减小,二者存在显著负相关关系。(4)通过间隔24h的两场降雨,研究坡面经过第一场降雨形成比较稳定的细沟后,在第二场较小雨强降雨过程中细沟发育平稳时细沟流的水动力学特性。结果表明细沟流速受坡长影响不显著,受细沟形态影响较大；剪切力大小受流量和坡度共同作用；阻力系数与径流量和坡度的关系紧密：陡坡条件下阻力系数主要受流速的影响比较大。
【作者】王龙生；
【导师】蔡崇法；蔡强国；
【作者基本信息】华中农业大学，水土保持与荒漠化防治，2014，硕士
【关键词】黄土坡面；细沟发育；细沟流；水动力学特性；

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