复合水保措施下工程堆积体坡面土壤侵蚀规律研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiyueliuhua
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生产建设项目产生的大量弃土弃渣是新增水土流失的主要来源,布设植被和工程措施是控制土壤侵蚀的重要途径。由于治理措施受多种因素影响,在不同条件下的坡面减蚀效果存在差异,且对堆积体条件下水土保持措施的空间布设方式研究积累不够,因此研究复合措施条件下堆积体坡面侵蚀规律尤为重要。本文以工程堆积体高陡边坡为研究对象,采用恒流冲刷试验,设计了6种坡面措施(裸坡、植物篱、水平沟、鱼鳞坑、植物篱+水平沟、植物篱+鱼鳞坑),3种放水流量(8、12、16 L/min),探究不同措施下工程堆积体坡面径流水动力学特性、侵蚀过程、减流减沙效益、径流泥沙调控、侵蚀泥沙颗粒特性。研究结论如下:(1)揭示了不同措施对堆积体坡面径流水动力学特性的影响,及各水动力学参数与产沙的关系。试验条件下,复合措施的流速、雷诺数、径流剪切力、径流功率小于单一措施和裸坡,相比裸坡分别减少了25.51%~44.03%、47.67%~63.81%、25.79%~52.10%、33.09%~66.37%;弗汝德数表现为:裸坡>植物篱>鱼鳞坑类措施>水平沟类措施,阻力系数则与之相反,水平沟类措施阻力系数相比裸坡增大了-7.25%~114.65%。堆积体坡面产沙率与流速、雷诺数、径流剪切力、径流功率、弗汝德数存在极显著正相关(P<0.01),与阻力系数为极显著负相关(P<0.01)。流速和径流功率对产沙的影响较大,产沙率与二者存在极显著幂函数关系(R~2=0.135~0.555,P<0.01),弗汝德数对产沙影响最微弱。(2)探明了不同措施对堆积体坡面产流产沙和水沙关系的影响。试验条件下,不同水保措施的产流率和产沙率表现为:裸坡>植物篱>鱼鳞坑>水平沟>植物篱+鱼鳞坑>植物篱+水平沟,各措施平均产流率较裸坡分别减少了16.65%、16.98%、24.69%、26.82%、34.69%。各措施平均产沙率与裸坡相比分别减少了38.03%、45.22%、51.41%、65.51%、72.79%;堆积体坡面累计产流量与累计产沙量存在极显著幂函数关系(R~2=0.945~1.000,P<0.01),复合措施的累计产沙量增长率较单一措施小。(3)量化了不同措施的减流减沙效果及减沙时效性。试验条件下,措施坡面均具有蓄水减沙效果,复合水保措施的减流减沙效益、累计减沙量高于单一措施,二者的减流效益分别为28.17%~37.17%、14.37%~24.94%,减沙效益分别为38.83%~77.45%、14.11%~57.80%,累计减沙量分别为13.80~16.62、4.85~15.30 kg。各措施的减流控沙量大于水沙关系调沙量,径流减少是水保措施调控坡面侵蚀泥沙的主导因素。植物篱+水平沟下的减流控沙与水沙关系调沙的效率系数均大于其他措施,二者能较好地调控径流泥沙。(4)明确了不同措施对侵蚀泥沙颗粒分布和分选特性的影响。试验条件下,侵蚀泥沙颗粒组成以细粉粒和粗粉粒为主,砂粒次之,黏粒占比最小,各颗粒含量分别为33.68%~44.02%、25.51%~32.66%、18.55%~27.32%、7.06%~10.73%。各粒级泥沙颗粒中,细粉粒富集作用最强,其含量及富集率随着流量的增加有所减小,砂粒最不易被运移,其含量及富集率随流量的增大而增大。复合措施的细粉粒含量及其富集率较单一措施和裸坡高,砂粒含量及其富集率则小于二者。粗粉粒基本以单粒的形式运移,而黏粒、细粉粒、砂粒以团聚体的形式运移。黏粒体积分数与体积分形维数的相关性最好,为极显著线性正相关(R~2=0.855,P<0.01)。
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