滇池流域典型土壤类型和坡度作用下降雨-产流-产沙特征研究

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研究滇池流域主要土壤类型降雨-产流-产沙特征及其差异可为因地制宜水土流失防御设计和建立土壤侵蚀模型提供理论支持。文章以滇池流域红壤、紫色土和黄棕壤三种主要土壤类型(占比69.19%)为研究对象,基于室内人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度(10、30、40 mm/h)和坡度(5、10、15、25o)下的坡面水文效应及其差异。模拟降雨试验过程中定时收集泥沙水样,以定量分析相同条件下三种土壤类型降雨-产流-产沙过程和特征及其差异。主要研究结果如下:(1)对比了不同降雨强度条件下三种土壤类型降雨-产流-产沙特征的差异。坡度一定,小雨条件下,地表径流平均流速表现为紫色土>红壤>黄棕壤;中雨条件下,表现为紫色土最大,红壤次之,黄棕壤与红壤近似相等;大雨条件下,表现为红壤>紫色土>黄棕壤,雨强的增大会减小三种土壤类型间地表径流平均流速的差异。坡度一定,平均产流强度在三种雨强条件下均表现为紫色土>黄棕壤>红壤;小雨条件下,平均产沙强度表现为紫色土>黄棕壤>红壤;中雨条件下,表现为黄棕壤>红壤>紫色土;大雨条件下,表现为黄棕壤>紫色土>红壤。(2)对比了不同坡度条件下三种土壤类型降雨-产流-产沙特征的差异。雨强一定,5o、15o条件下,地表径流平均流速表现为紫色土>黄棕壤>红壤;10o条件下,表现为紫色土>红壤>黄棕壤;25o条件下,表现为红壤>紫色土>黄棕壤。5o、10o和三种雨强条件下平均产流强度均表现为紫色土>黄棕壤>红壤;15o条件下,表现为黄棕壤>紫色土>红壤;25o条件下,表现为紫色土>红壤>黄棕壤,雨强和坡度的增大会减小三种土壤类型间平均产流强度的差异。5o、10o和三种雨强条件下产流量均表现为紫色土>红壤>黄棕壤;15o坡度条件下,表现为紫色土>黄棕壤>红壤;25o坡度条件下,表现为红壤>紫色土>黄棕壤。雨强一定条件下,平均产沙强度除15o表现为黄棕壤>红壤>紫色土外,其他坡度均表现为紫色土>黄棕壤>红壤。(3)研究了三种土壤类型坡面侵蚀的水动力学机理。红壤和紫色土坡面平均产沙强度随平均流速的增大呈幂函数递增(P<0.01),而黄棕壤坡面平均产沙强度随平均流速的增大呈对数函数递增(P<0.01);红壤和黄棕壤坡面平均产沙强度随弗劳德数的增大呈多项式函数递增(P<0.01),而紫色土坡面平均产沙强度随弗劳德数的增大亦呈幂函数递增(P<0.01);红壤和黄棕壤坡面平均产沙强度随阻力系数的增大呈多项式函数递减(P<0.05),而紫色土坡面平均产沙强度随阻力系数的增大呈对数函数递减(P<0.05)。三种土壤类型平均产沙强度和水力学变化趋势的重要预测指标为坡面平均流速,降雨-产流-产沙主导影响因子为降雨量,其次是降雨强度,且降雨量和降雨强度越大,产流/产沙强度越大。
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