紫色土坡面跌坑贯穿发生细沟的水动力过程

跌坑是坡面土壤特性和薄层水流动力的耦合作用形成,而跌坑对坡面漫流的集中导致了水流流速、流深和切应力的变化,进一步塑造了侵蚀坡面形态导致跌坑贯穿发生细沟;目前关于跌坑与水动力耦合作用的研究相对较少。采用人工模拟降雨试验方法,分析了跌坑对径流特征的影响,定义了径流集中度〖WTBX〗Kc〖WTBZ〗,回归调查了径流集中后切应力与跌坑贯穿下切速率的关系。结果表明：紫色土曼宁糙度系数随雨强增大而减小,漫流区坡面曼宁糙度系数变化介于0014～0026,沟道曼宁糙度系数变化介于0008～0015;薄层水流流速和流深顺坡增大,在跌坑处集中后流速剧增,雨强越大流速越大、流深越小;径流切应力顺坡增大,跌坑集中薄层水流而切应力剧增导致跌坑贯穿;试验紫色土可蚀性参数〖WTBX〗Ke〖WTBZ〗为0144 s/m,跌坑贯穿的临界切应力为248 Pa。     

模拟降雨径流作用下红壤坡面侵蚀水动力学机制

土壤侵蚀过程受控于侵蚀外营力和土壤抗侵蚀性能,深入理解坡面流水动力学特性及其侵蚀动力是研究土壤侵蚀动力学机制的基础。利用可变坡土槽,通过不同雨强(60、90和120 mm/h)和径流冲刷(10、15和20 L/min)组合模拟试验,研究了第四纪黏土红壤坡面水流的水动力学特征参数及其与土壤侵蚀量间的关系。结果显示:降雨和径流冲刷影响了坡面产流产沙过程和坡面流水力学特性,其中平均流速v、平均水深h、雷诺数Re和水流功率ω均随降雨强度和上方来水流量的增加而增大,相对水深曼宁糙率n/h则减小,其水力学他参数(弗如德数Fr、阻力系数f和水流剪切力τ)变化规律不明显。坡面水流平均速度取值范围为0.21~0.45 m/s,平均水深取值范围为5.6~9.4 mm,在试验条件下红壤坡面侵蚀水流流态大部分均处于"紊流-急流区"。不论从径流角度看或是从泥沙角度分析,由相对水深和曼宁糙率系数两种水动力因子共同组成的复合水动力特征参数-相对水深曼宁糙率,是表征不同上方来水流量和降雨强度条件下第四纪粘土红壤坡面侵蚀特征的水动力参数。     

几种典型红壤模拟降雨条件下的泥沙特征研究

泥沙是土壤侵蚀过程的产物,直接反映了土壤的侵蚀特征。本文利用人工模拟降雨,研究了南方几种典型母质发育红壤侵蚀泥沙的颗粒分布特征、不同粒级中胶结物质的种类和含量。研究结果表明,径流优先选择携带0.002~0.02 mm颗粒,该级别颗粒占泥沙总量的26.68%~60.33%。粘粒含量高的第四纪粘土红壤,泥沙中粗颗粒含量较高,且多为较稳定的团聚体;沙粒和粉粒含量较高的页岩红壤和花岗岩红壤侵蚀泥沙中单粒含量较高,且泥沙分散后粉粒和粘粒的含量高于原土壤。花岗岩红壤侵蚀泥沙中Fe_d,Al_d,Al_o和Si_o含量随泥沙粒径的增大而降低,而泥质页岩红壤和第四纪粘土红壤中,Fe_d,Al_d,Al_o含量随粒径增大而增加,因此其粗粒径泥沙具有较强的稳定性。侵蚀泥沙对有机质有富集作用,泥质页岩红壤和第四纪粘土红壤的粗颗粒对有机质的富集作用强于细颗粒。