發(fā)布時間：2018-01-14 00:23

  本文關鍵詞：我國主要侵蝕土壤濺蝕和片蝕特征與機理研究　出處：《中國科學院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：對比研究不同土壤的濺蝕和片蝕特征,可為侵蝕預報模型構建提供重要的理論依據,其對坡面侵蝕防治也具有重要的指導意義。本論文針對我國主要侵蝕土壤濺蝕和片蝕特征的對比研究相對薄弱的現實,以我國三個主要水蝕區(qū)(西北黃土高原地區(qū)、東北黑土區(qū)和南方紅壤區(qū))的典型侵蝕土壤黃綿土、黑土和紅壤為研究對象,基于相同的試驗方法,對比分析了三種主要侵蝕土壤的濺蝕和片蝕特征,量化了濺蝕對片蝕的貢獻,探究了片蝕的水動力學機理,構建了適用于我國主要水蝕區(qū)的濺蝕和片蝕預報模型。主要研究結論如下:(1)對比分析了三種主要侵蝕土壤濺蝕特征。試驗條件下黃土、黑土和紅壤坡面不同方向濺蝕量(向上坡、向下坡,側向)、凈濺蝕量(向下坡-向上坡)和總濺蝕量(向上坡+向下坡+左側+右側)均隨降雨強度和降雨能量的增加而增大。當降雨強度由50 mm h 1增加到100 mm h 1時,黃土、黑土和紅壤坡面總濺蝕量分別增加了0.2~14.2,1.9~10.9和1.1~11.3倍。次降雨坡面向上坡,向下坡和側向濺蝕量分別占總濺蝕量的14.1%~14.7%,32.8%~33.3%和26.0%~26.3%。三種主要侵蝕土壤不同方向濺蝕量,凈濺蝕量和總濺蝕量大小關系為:黑土最大,紅壤次之,黃土最小。坡面不同方向土壤濺蝕量,凈濺蝕量和總濺蝕量在坡面產流前后表現出較大的差異性,坡面產流前,三種主要侵蝕土壤干土濺蝕量均顯著高于濕土濺蝕量;而坡面產流后,前期土壤含水量對黑土和紅壤的影響表現出三種現象,即干、濕土的濺蝕量之間沒有顯著性差異,干土濺蝕量顯著高于濕土濺蝕量,濕土濺蝕量顯著高于干土濺蝕量。(2)闡明了三種主要侵蝕土壤坡面片蝕特征。三種主要侵蝕土壤坡面片蝕量均隨降雨強度,降雨能量和前期土壤含水量的增加而增大。當降雨強度由50 mm h 1增加為100 mm h 1時,黃土、黑土和紅壤坡面片蝕量分別增加了8.3~19.3,15.0~68.8和5.1~36.9倍。隨著前期土壤含水量的增加,黑土和紅壤坡面片蝕量分別增加了1.4~9.0和1.2~15.8倍。干土條件下,紅壤坡面的片蝕量高于黑土坡面。濕土條件下,三種土壤片蝕量的大小關系受降雨強度和降雨能量的影響。50 mm h 1降雨強度下或100 mm h 1降雨強度而降雨能量小于8.52 J m 2 mm 1時,三種土壤片蝕量大小關系為:紅壤最大,黃土次之,黑土最小;100 mm h 1降雨強度下,當降雨能量高于8.52 J m 2 mm 1時,黃土坡面片蝕量最大,紅壤次之,黑土最小。(3)量化了濺蝕對片蝕的貢獻。三種主要侵蝕土壤總濺蝕量對片蝕量的貢獻受降雨特性和前期土壤含水量的綜合影響。黃土向上坡,向下坡,側向,凈濺蝕量和總濺蝕量與片蝕量的比值平均值分別為0.2,0.4,0.3,0.2和1.2;黑土向上坡,向下坡,側向,凈濺蝕量和總濺蝕量與片蝕量的比值平均值分別為1.1,2.4,1.9,1.3和7.3;紅壤向上坡,向下坡,側向,凈濺蝕量和總濺蝕量與片蝕量的比值平均值分別為0.4,0.9,0.9,0.5和3.1。干土條件下,黑土總濺蝕量對片蝕量的貢獻高于紅壤。濕土條件下,當降雨強度為50 mm h 1時,三種主要侵蝕土壤總濺蝕量對片蝕量的貢獻為黑土最大,黃土次之,紅壤最小;而當降雨強度為100 mm h 1,降雨能量小于12.85 J m 2 mm 1時,三種主要侵蝕土壤總濺蝕量對片蝕量的貢獻為黑土最大,紅壤次之,黃土最小。當降雨能量高于12.85 J m 2mm 1時,三種主要侵蝕土壤之間總濺蝕量對片蝕量的貢獻差異較小。(4)探究了片蝕的水動力學機理。對于三種主要侵蝕土壤,隨降雨強度、降雨能量和前期土壤含水量的增加,徑流流速和雷諾數顯著增加,弗汝德數無明顯變化,Darcy-Weisbach阻力系數顯著減小。三種土壤臨界徑流剪切力、臨界水流功率、臨界單位水流功率大小關系為,黑土最大,紅壤次之,黃土最小。對于三種主要侵蝕土壤,徑流流速是最佳的水力學參數,而徑流剪切力是最佳的水動力學參數。(5)構建了濺蝕和片蝕預報模型,其模型有效性系數ENS分別達到0.82和0.85,表明模型具有較高的預報精度。
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本文編號：1421222