喀斯特槽谷区坡面与岩石不同夹角、裂隙下坡面产流产沙特征

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喀斯特槽谷区存在地表地下二元空间地质构造,土壤侵蚀是通过地表和地下同时流失,由于人类以破坏自然坏境为代价的不合理活动,导致了喀斯特槽谷区成土困难、土层浅薄、基岩裸露、蓄水保肥能力低下,加快了该地区石漠化进程,生态环境脆弱。另外,喀斯特区还存在典型的顺/逆层坡造成岩石与坡面之间存在不同角度夹角,引发了不同程度的土壤侵蚀的同时还使得坡面产流产沙机制复杂化,产流产沙机制也更为复杂,导致水土流失严重化、生态坏境恶劣化,且目前还没有结合上述因素的相关研究。因此本研究以重庆市酉阳县龙潭喀斯特槽谷区为研究对象,通过现场调查喀斯特槽谷区土壤理化性质和环境影响因素作为模拟研究依据,以室内模拟冲刷为手段,以不同坡度(10°、15°、20°)、冲刷强度(5L/min、7.5L/min、10L/min)、岩石与坡面夹角(30°、60°、90°、120°、150°、180°)为变量因子,探讨了喀斯特槽谷区坡面地表地下侵蚀产流产沙特征和地表水沙分配机制,揭示了喀斯特槽谷区不同条件下坡面土壤侵蚀变化过程,为喀斯特槽谷区水土流失以及土壤侵蚀模型的建立提供理论依据,主要结论如下:(1)在不同岩石与坡面夹角、坡度条件组合下,地表产流量随冲刷时间变化趋势总体上呈现先增大,再减小,终平稳的趋势,平稳趋势大体上一般出现在6~8分钟的时间段之间。地表产流量随冲刷强度、坡度呈正相关,随其增大而增大。在相同坡度、冲刷强度下,2%裂隙度的地表产流量比0%裂隙度稍少。2%裂隙度下,地下产流量的变化趋势总体上随冲刷历时出现波动性增长,其随坡度升高而减少,随流量增大而增多。在0%裂隙度条件下,平均地表产流量在不同夹角的顺序为150°>120°>60°>30°>90°>180°;在2%裂隙度条件下,平均地表产流量在不同夹角的顺序为150°>120°>90°>30°>60°>180°。在相同岩石与坡度的夹角的条件下,0%的地表径流量均要略多于2%,试验条件下,地下产流量随流量增大而增大,随坡度变化不明显。在2%裂隙度下,平均地下产流量在不同夹角的顺序为30°>90°>60°>180°>120°>150°,随着岩石与坡面夹角的增大,地表径流系数也在增多。在不同的裂隙度下,地表产流随冲刷时间,先增大后略微减小,再趋于平稳。(2)地表产沙量随冲刷历时变化总体上呈现出先由大然后波动变小的趋势,并随坡度和流量的增大而增大,在越大的冲刷强度、越大坡面条件下,趋势更加明显。2%裂隙度的地表产沙量小于0%地表产沙量,在越大冲刷强度、越大坡面条件下,流失更加明显,地下流失量更多。对比0%裂隙度与2%裂隙度,在地表产沙量指标下,2%趋势相对更加稳定,波动更小。在0%裂隙度条件下,平均地表产流量在不同夹角的顺序为60°>120°>30°>90°>180°>150°。在2%裂隙度条件下,平均地表产沙量在不同夹角的顺序为150°>30°>120°>90°>180°>60°。在不同裂隙度下,地表产沙量随冲刷历时呈波动减小趋势,地表产沙在不同岩石与坡面夹角条件下差异较大。(3)地表水流含沙量随冲刷历时在大体上呈现出逐渐波动减小趋势。在0%裂隙度条件下,岩石与坡面之间不同夹角的地表水流含沙量,大小顺序为:120°>60°>30°>90°>180°>150°。在2%裂隙度条件下,岩石与坡面之间不同夹角的地表水流含沙量,大小顺序为:150°>90°>30°>180°>120°>60°。在不同夹角下,地表水流含沙量在2%的变化范围比0%更大,但其平均含沙量更小。地表水流含沙量受冲刷流量影响不明显,受坡度影响更为明显,并随坡度的增大而增大。在0%、2%的裂隙度,不同岩石与坡面夹角组合下,地表产流量与地表产沙量之间存在较好的幂函数正相关关系,二者关系显著,且地表产沙量随地表产流量的增大而增多。在0%裂隙度条件下,在岩石与坡面夹角为30°、90°、120°、180°时,二者关系极显著;在2%裂隙度条件下,在岩石与坡面夹角为30°、60°、120°、180°时,二者关系极显著。说明在30°、120°、180°条件下,地表产流量能够更好的反映出地表产沙量。在0%、2%裂隙度条件下,岩石与坡面为上述任一夹角时,产流量与产沙量二者线性关系都为极显著。
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