上方來水條件下黃土坡面土壤侵蝕特征及數(shù)學(xué)模型.pdf

1、黃土坡面土壤侵蝕是陜西黃土丘陵溝壑地區(qū)面臨的嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問題之一，其水土流失過程受較多因素影響，由于該地區(qū)降雨集中且降雨強(qiáng)度大，土壤結(jié)構(gòu)性差，極易被雨水沖蝕造成水土流失，導(dǎo)致土壤退化、肥力下降，也會(huì)導(dǎo)致下游湖泊、河流中含有大量泥沙，形成淤積造成洪澇災(zāi)害。為解決土壤侵蝕造成的生態(tài)環(huán)境問題，本文在陜西神木風(fēng)蝕水蝕交錯(cuò)區(qū)開展土壤侵蝕方面的研究，揭示土壤侵蝕過程的內(nèi)在機(jī)理，為預(yù)報(bào)坡面土壤侵蝕過程提供理論基礎(chǔ)，對(duì)治理黃土區(qū)土壤侵蝕造成的環(huán)境問題有

2、著重要的意義。本文采用試驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法，研究不同下墊面影響下的土壤侵蝕特征，并以此為依據(jù)建立了適用于黃土坡面土壤侵蝕的數(shù)學(xué)模型。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴不同流量及坡長的放水試驗(yàn)中產(chǎn)沙量總是遵循相同的規(guī)律：每分鐘產(chǎn)沙量在產(chǎn)流初期迅速達(dá)到最大值，然后緩慢減小到穩(wěn)定值。坡面產(chǎn)沙量隨著初始入流量和坡長增加而增加。在不同流量試驗(yàn)中，平均徑流剪切力、水流功率、雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)的增大使產(chǎn)沙量總體增大，累積產(chǎn)沙量會(huì)隨n/h的增加而減小。

3、不同坡長試驗(yàn)結(jié)果與流量試驗(yàn)相反，平均徑流剪切力、水流功率、雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)的增大使坡面產(chǎn)沙量總體減小，累積產(chǎn)沙量會(huì)隨n/h的增加而增加。⑵不同植被類型減小侵蝕效果順序?yàn)椋很俎?毛豆>黃蜀葵>玉米>檸條>裸地>谷子。毛豆是研究植被中減少土壤侵蝕效果最好的草本作物。處于現(xiàn)蕾期的苜蓿給坡面提供完善的抗侵蝕能力，分枝期的苜蓿不能提供有效的水土保持功效。植被種植行間距的縮短即能降低土壤侵蝕量，又能降低土壤侵蝕在產(chǎn)流初期的劇烈程度。苜蓿種植在上坡段

4、和中坡段對(duì)產(chǎn)沙量減小的影響基本一致，苜蓿種植在下坡段的產(chǎn)沙量高于前兩者。植被覆蓋度與葉面積指數(shù)可以作為評(píng)價(jià)植被的水土保持效益指標(biāo)。⑶碎石覆蓋度增大有效降低了產(chǎn)流前期的土壤侵蝕量，累積產(chǎn)沙量隨碎石覆蓋度的增加而減小，碎石覆蓋度和累積產(chǎn)沙量之間有較好的線性關(guān)系。比較相同覆蓋度不同碎石大小對(duì)侵蝕量影響的結(jié)果顯示，碎石形體的減小可以有效降低產(chǎn)流前期的土壤侵蝕量，碎石平均底面積與累積產(chǎn)沙量之間成線性遞增關(guān)系。小碎石所占比例對(duì)土壤侵蝕量的影響至關(guān)重

5、要，隨著小碎石比例逐漸減小，累積產(chǎn)沙量逐漸增大，平均水流含沙量逐漸增大。不同坡段碎石覆蓋的產(chǎn)沙量結(jié)果顯示，下坡段覆蓋>中坡段覆蓋>上坡段覆蓋>全坡段覆蓋，上坡段覆蓋碎石能明顯降低侵蝕產(chǎn)沙量，實(shí)施起來比全坡段覆蓋簡便，可以作為水土保持措施的參考方法。⑷根據(jù)野外模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，首先建立了累積產(chǎn)沙量隨時(shí)間和位置變化的動(dòng)態(tài)模型。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定模型參數(shù)，并驗(yàn)證模型，納什效率系數(shù)均大于0.9，均方根誤差最大為0.0251，顯示出該模型可以較準(zhǔn)確的反

6、映坡面泥沙隨時(shí)間的積累過程，可以用于黃土坡面土壤侵蝕的預(yù)測。確定了不同流量、坡長及不同植被覆蓋度與侵蝕模型參數(shù)a′的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，為模型的簡化計(jì)算和廣泛應(yīng)用提供基礎(chǔ)。⑸從泥沙中攜帶養(yǎng)分角度出發(fā)，分析植被類型、植被覆蓋度及坡長對(duì)坡面養(yǎng)份流失的影響，得出苜蓿小區(qū)侵蝕泥沙中平均硝態(tài)氮的含量最高，其他5種植被對(duì)泥沙中硝態(tài)氮的影響效果基本相當(dāng)，僅在初始時(shí)刻有一定差別；黃蜀葵、毛豆和苜蓿小區(qū)泥沙中平均全磷含量高于玉米和檸條，谷子的平均全磷含量最低。泥沙