不同宽度冲刷槽对崩岗崩积体侵蚀的影响

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为了研究不同宽度冲刷槽对坡面冲刷侵蚀特征的影响，本研究以崩岗崩积体为研究对象，通过室内模拟冲刷试验，采用双因素试验设计，结合野外调查设置五个不同冲刷槽宽度（10，20，30，40，50 cm）和四个不同单宽流量（1.2×10-2，2.4×10-2，3.6×10-2，4.8×10-2m2/min）进行试验。研究不同冲刷槽宽度条件下崩积体产流产沙特征、侵蚀泥沙颗粒特征、坡面侵蚀水动力学机制以及坡面微地貌变化特征，揭示冲刷槽宽度对崩岗崩积体侵蚀的影响，为今后室内试验过程中冲刷槽宽度的选择提供参考，主要结论如下：
　　（1）坡度为15°条件下，单宽流量为1.2×10-2，2.4×10-2 m2/min时，冲刷槽宽度对初始产流时间产生影响，而当单宽流量为3.6×10-2，4.8×10-2 m2/min时，冲刷槽宽度对初始产流时间影响不显著。单宽流量为1.2×10-2，2.4×10-2，3.6×10-2 m2/min时，不同冲刷槽宽度之间径流率、产沙率存在显著差异(P<0.05)；单宽流量为4.8×10-2 m2/min时，不同冲刷槽宽度之间径流率、产沙率差异不显著。单宽流量一定，不同冲刷槽宽度下径流率随时间变化趋势相同；单宽流量为1.2×10-2 m2/min时，不同冲刷槽宽度条件下产沙率和含沙量随时间变化趋势不同，其他单宽流量下产沙率和含沙量随时间变化趋势相同。单宽流量相同，不同冲刷槽宽度下累积径流量差异不显著，单宽流量为1.2×10-2，2.4×10-2，3.6×10-2 m2/min时，不同冲刷槽宽度下累积产沙量和平均含沙量的差异显著(P<0.05)，单宽流量为4.8×10-2 m2/min时，不同冲刷槽宽度下累积产沙量和平均含沙量的差异不显著。
　　（2）随着单宽流量的增大，侵蚀泥沙颗粒呈粗颗粒化。砾石含量与产沙率有密切的正相关关系。单宽流量为1.2×10-2 m2/min时，侵蚀泥沙颗粒以黏粒和粗砂为主，不同冲刷槽宽度下黏粒和粗砂含量随时间变化趋势不同。砾石和粗砂颗粒富集率小于1，细砂、粗粉、细粉和黏粒富集率大于1，径流优先搬运细颗粒物质。单宽流量为4.8×10-2 m2/min时，侵蚀泥沙颗粒以粗砂和砾石为主，各个冲刷槽宽度下不同粒级随时间变化趋势相同。砾石和粗砂富集率接近1，与供试土壤相近，细砂、粗粉、细粉和黏粒富集率大于1。单宽流量越大，侵蚀泥沙颗粒平均重量直径越大，单宽流量一定，不同冲刷槽宽度下侵蚀泥沙颗粒平均重量直径变化情况与产沙率有密切关系。
　　（3）随着单宽流量的增大，流速、水深、雷诺数均显著增大，不同冲刷槽宽度下弗罗德数、阻力系数和曼宁粗度系数随单宽流量的变化趋势不同；单宽流量为3.6×10-2和4.8×10-2 m2/min时，流速、水深、雷诺数随冲刷槽宽度的增大而增大，而单宽流量为1.2×10-2和2.4×10-2 m2/min时呈多项式波动变化；单宽流量为1.2×10-2 m2/min时，弗罗德数、阻力系数和曼宁粗度系数随冲刷槽宽度的变化规律与其他单宽流量下不同；产沙率与水流流态密切相关而与流型关系不明显；单宽流量对各水力学参数的影响均极显著(P<0.01)，冲刷槽宽度对水深影响极显著(P<0.01)，对雷诺数影响显著(P<0.05)，对其他水力学参数影响不显著；输沙率除与曼宁粗度系数不相关外，与其他水力学参数均极显著相关(P<0.01)。各动力学参数均随单宽流量的增大而显著增大，当槽宽为10 cm时，各动力学参数值明显偏小；水流剪切力和水流功率随冲刷槽宽度变化趋势一致，单宽流量为1.2×10-2，2.4×10-2，3.6×10-2 m2/min时，随槽宽的增大先增大后减小，单宽流量为4.8×10-2 m2/min时，随槽宽的增大而增大；冲刷槽宽度对单位水流功率和断面单位能量影响较小；单宽流量对水流剪切力、水流功率、单位水流功率和断面单位能量的影响均极显著(P<0.01)，冲刷槽宽度对水流剪切力、水流功率和断面单位能量的影响极显著(P<0.01)，对单位水流功率影响不显著；输沙率与各动力学参数均极显著正相关(P<0.01)。
　　（4）单宽流量为1.2×10-2，2.4×10-2 m2/min时，冲刷槽宽度对细沟发生时间影响显著(P<0.05)，单宽流量为3.6×10-2，4.8×10-2 m2/min时，冲刷槽宽度对细沟发生时间影响不显著；单宽流量一定，细沟密度随槽宽的增大而减小，平均沟宽随槽宽的变化趋势不同，平均沟深随槽宽的增大先增大后减小，不同槽宽之间细沟宽深比差异较小；冲刷槽宽度一定，细沟密度和平均沟宽随单宽流量变化趋势不同，平均沟深随单宽流量的增大而增大，细沟宽深比随单宽流量的增大而减小。烘干法与扫描法测量坡面土壤侵蚀产沙量之间平均差异在1％~4%之间，精度较高；冲刷试验后，坡面土壤粗糙度较冲刷前增大，增幅在0.15~0.98之间；3D激光扫描仪不同分辨率对测量坡面土壤侵蚀泥沙量没有显著影响，对测量土壤坡面粗糙度影响显著；通过对冲刷试验前后扫描DEM进行叠加，可分析坡面冲刷侵蚀过程中坡面土壤厚度变化，直观了解坡面细沟发生状况，得出坡面不同部位侵蚀强度级别。

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作者
李学增;
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作者单位

福建农林大学;

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授予单位福建农林大学;
学科农业资源与环境
授予学位硕士
导师姓名黄炎和,林金石;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类水土流失的原因及其防治;
关键词
崩岗崩积体; 冲刷槽; 侵蚀行为; 水动力学机制;

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