【摘 要】
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本研究利用坡面放水冲刷试验,针对紫色土和燥红土坡面水蚀过程的核心问题,着重对细沟水流的流态及其动力、阻力变化规律;坡面细沟发生临界水动力条件及土壤可蚀性参数确定等问题
【机 构】
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中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所
【出 处】
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中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所
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本研究利用坡面放水冲刷试验,针对紫色土和燥红土坡面水蚀过程的核心问题,着重对细沟水流的流态及其动力、阻力变化规律;坡面细沟发生临界水动力条件及土壤可蚀性参数确定等问题展开研究,得出如下主要结果:
1.细沟侵蚀率总体随坡度的增加而增加,燥红土和紫色土细沟侵蚀的临界坡度大于25°。侵蚀率随放水量的增加而增大,在坡度较小时,增加速率较小,且增加比较平稳。燥红土侵蚀率大于紫色土侵蚀率。
2.细沟流流速随放水流量的增大而增大,但是过程有所不同。当放水量超过0.18m3.h-1临界值后,流速的增长率交大,但在较大放水量情况下流速的变化起伏比较大。在燥红土上表现出15°左右的临界坡度,紫色土上规律不显著。
3.在试验的流量和坡度范围内,紫色土细沟流雷诺数取值范围为500~4600,燥红土细沟流雷诺数取值范围为1000~4600。燥红土的雷诺数平均值大于紫色土的超过42%。在放水量不变坡度增大时,紫色土和燥红土细沟流雷诺数变化的规律性均不很明显。而在坡度相同放水量增大时,雷诺数呈现出随流量的增大而迅速增大的趋势。
4.紫色土细沟流在试验各坡度各放水量条件下,佛汝德数数均大于1,平均为1.94,大致随坡度、流量的增大而增大;燥红土细沟流雷诺数在少数情况下小于1。仅从水流条件本身来研究细沟侵蚀并不能完全反映实际情况,土壤本身性质的差异将显著影响细沟的发生。
5.在所选用的试验流量和坡度范围内,试验土坡面上细沟流的Darcy-weisbach阻力系数f,紫色土的变化于0.19~0.97之间;燥红土的变化于0.39~4.88之间;曼宁糙率系数n,紫色土的变化于0.022~0.044之间;燥红土的变化于0.028~0.111之间。阻力系数与雷诺数之间存在着幂函数关系。细沟水流阻力不仅受地面条件影响,在很大程度上还取决于水流作用后的侵蚀形态本身的影响。
6.紫色土的细沟侵蚀性系数Kr为0.002(s/m),发生细沟侵蚀的临界切应力τ0为5.25(Pa);试验燥红土的细沟侵蚀性系数Kr为0.0061(s/m),发生细沟侵蚀的临界切应力τ0为10.03(Pa)。
7.根据实验结果,建立了细沟侵蚀模型:W=Kr·(ρ·g·h·sin(θ)-τ0)·(ρr·A)·△T式中:W为细沟侵蚀量;Kr为细沟可蚀性;ρ为水密度;g为重力加速度;h为细沟水深;θ为坡面坡度;τ0为临界剪切力;ρr为细沟发育密度:A为坡面面积;ΔT为降雨时间。
8.室内扰动土试验与野外原状土试验结果差别较大,建议在研究细沟侵蚀机理时,尽量在野外大田实地条件下进行试验。
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