植物篱坡面输沙动力过程研究

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土壤侵蚀导致土壤退化、土地生产力降低,影响农业生产和粮食安全,植物篱具有减缓坡面流速和降低水流的输沙能力的作用。因此研究植物篱阻滞坡面土壤侵蚀动力机理具有重要意义。本文采用不同坡度、不同流量和不同植物篱宽度组合条件下的室内径流冲刷试验,观测坡面径流流速、径流宽、接取水沙样等,分析坡面水沙输移过程中水动力学参数变化特征和输沙能力的变化特征,探讨水流输沙能力与水动力参数的关系。主要研究结果如下:(1)阐明了布设不同植物篱的坡面径流水动力学参数的变化特征雷诺数变化范围在650~1213之间,属于过渡流。弗劳德数Fr>1,水流的流型为急流。雷诺数Re和阻力系数的范围受植物篱宽度影响,随带宽的增大而增大。弗劳德数Fr的范围受坡度和带宽共同影响,带宽越大,弗劳德数Fr越大。阻力系数受流量和带宽共同影响,流量和带宽较大,阻力系数越大。同一流量下,植物篱宽度越大,对流速的减缓效果越好。径流剪切力大小的变化与阻力系数的变化相同,说明坡面流阻力对径流剪切力有重要影响。水流功率大小的变化与雷诺数的变化相近,说明水流流态对水流功率影响很大。单位水流功率的大小则主要与流速有关。(2)得出了影响布设不同植物篱的坡面输沙能力的主要因子植物篱宽度为0.5 m时,影响坡面输沙能力的主要因子为流量、雷诺数、流速、水流功率;植物篱宽度为1 m时,影响坡面输沙能力的主要因子为:水流功率、坡度、阻力系数、流量、雷诺数;植物篱宽度为2 m时,影响坡面输沙能力的主要因子为:流量、雷诺数、阻力系数、坡度、曼宁糙率系数。(3)提出了布设不同植物篱的坡面流输沙能力模拟模型三种植物篱宽,都可以用流量和流速线性模型表述输沙能力;植物篱宽度为0.5 m时,坡面的输沙能力可分别用雷诺数、流速的线性模型模拟;植物篱宽度为1 m时,坡面的输沙能力可分别用阻力系数、径流剪切力、水流功率、雷诺数和单位水流功率线性模型模拟;植物篱宽度为2 m时,坡面的输沙能力可分别用雷诺数、阻力系数、径流剪切力、水流功率线性模型模拟。
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