黄土坡面细沟发育过程中的重力侵蚀实验研究论文

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1、黄土坡面细沟发育过程中的重力侵蚀实验研究论文摘要：利用室内模拟实验的方法对典型坡度条件下黄土坡面细沟发育过程中的重力侵蚀规律进行了研究。通过对水沙测量结果的统计分析，同时结合实验中对重力侵蚀现象的观测，给出了实验条件下的临界重力侵蚀含沙量，以此为依据计算了重力侵蚀产沙量及重力侵蚀量达到总侵蚀量50%时对应的“中值时间”。结果表明，在细沟发育过程中，重力侵蚀产沙量存在着由增大到减小再到波动的变化趋势，这一趋势对坡面产沙变化具有重要的影响。重力侵蚀发生的中值时间则由小变大，反映了细沟发育的不同阶段重力侵蚀由以沟头坍塌

2、为主向以沟壁崩塌为主的转化过程。关键词：黄土坡面细沟重力侵蚀中值时间重力侵蚀是指地表物质在重力作用下.freel，雨强为1.5mm/min。为检测实验结果的稳定性，采用两组独立进行的平行实验，每组实验分为9个场次。第一场实验的初始地形为水平投影长度为5m，宽度为1.5m，坡度为20度的直形坡，其后每一场的初始地形均为前一场的终极地形，这样可使坡面细沟得到充分发育，并便于观测不同细沟发育阶段下重力侵蚀的特点及其变化过程。实验中各场降雨历时均为90min，降雨场次间隔为1天。为了分析雨滴击溅在整个坡面发育过程中的作用

3、，对其中一组实验采用纱网覆盖法来消减雨滴击溅的影响。纱网网眼为2mm，覆盖高度为垂直坡面高10cm处。在文中的以后部分将有雨滴击溅直接影响的一组实验称为A组实验；将有纱网覆盖的一组实验称为B组实验。表1各场降雨前坡面土壤含水量及雨强率定降雨场次土壤含水量(%)雨强/(mm/min)B坡面B坡面B坡面B坡面12345678911.122.622.622.624.425.626.825.826.316.228.026.927.025.624.525.627.040.21.511.541.581.601.481.441

4、.481.531.491.521.471.521.541.571.494.501.481.53为了解各场降雨雨强的稳定性及坡面土壤含水量变化，各场降雨开始前分别采用雨量计法和环刀法测量降雨雨强与坡面土壤含水量，结果见表1。可以看出除第一场降雨外，各场降雨前坡面土壤含水量差别不大，各场降雨的雨强也基本一致，误差在10%以内。由于重力侵蚀在发生时间上具有一定的随机性，目前尚缺乏有效的方法与仪器测量重力侵蚀的产沙量，本文尝试采用实验观测现象与水沙测量相结合的方法，将重力侵蚀产沙部分从坡面侵蚀泥沙的总量中区分出来。因此，

5、实验中除利用采样法对坡面出口处的流量、输沙率和含沙量进行测量外，还对细沟发育过程中的重力侵蚀现象进行了观测记录，并全程对A坡面细沟发育过程进行了录像。这样便可将坡面上发生的重力侵蚀现象与水槽出口处的水沙变化进行对比，以此来帮助识别重力侵蚀的影响。2实验结果考虑到伴随坡面细沟发育过程中的流量、输沙率与含沙量变化及其三者之间的关系，本文只给出各场降雨流量与含沙量的观测结果，见表2～5。坡面产流主要受降雨及入渗等因素的影响。已有的研究表明9，坡面入渗主要遵循霍顿公式，入渗量随时间递减。在降雨初期，由于坡面初始含水量较小

6、，入渗量较大，产流量较小，其后随着坡面土壤含水量的增大，入渗量减少，产流量增大。除入渗变化外，受实验条件限制，控制雨强的水压在一定范围内的随机波动也是造成产流量波动的一个原因。采用方差分析对各场降雨过程中的产流量进行比较，结果表明各场实验的产流量在0.05显著水平不存在明显差异，应该说各场降雨的径流量波动控制在合理的范围内。与产流量相比，产沙量的波动要剧烈很多。实验中含沙量最小为0.01g/ml，最大为0.47g/ml,相差近50倍。侵蚀动力不同是造成含沙量差别如此之大的主要原因，而其中重力侵蚀又是导致坡面高含沙

7、水流的主要原因。表2A坡面各场实验流量变化(ml/s)时间/min实验场次123456789102030405060708090113.1124.4139.0128.9134.3142.9151.1151.2123.3130.0148.6133.3141.7130.0130.6133.3137.8141.9129.4144.1153.8140.3151.3137.1151.6145.7136.8117.6148.7169.6138.6202.9132.4132.5129.7126.6121.2109.7120.

8、0131.3132.4134.2129.3129.4125.0121.1110.3111.8127.3119.5130.0115.6117.5130.0128.6131.0133.3141.4142.6146.0138.2150.0159.3135.0132.3137.5127.1135.9136.2148.7171.4148.6104.0113.0128.6105.61