红壤坡面降雨侵蚀和水文过程探究

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1、红壤坡面降雨侵蚀和水文过程探究摘要通过人工模拟降雨试验，研究了有无壤中流情况下红壤坡面侵蚀、入渗过程及含水量分布状况•结果表明：初始产流时间无壤中流比有壤中流约快13min,壤中流滞后于地表径流.产流强度无壤中流整体小于有壤中流，壤中流小于地表径流；有壤中流产沙量除峰值外其余都小于无壤中流.地表初渗速率无壤中流大于有壤中流，且入渗时间长；含水量无壤中流0〜5cm随坡深逐渐减小，5〜25cm随坡深逐渐增加，有壤中流0〜10cm随坡深逐渐减小，10〜25cm随坡深逐渐增加•无壤中流5cm以下各个坡深处的含水量大于有壤中流；两种情况含水量都属弱变异，有壤中流的变异幅度大于

2、无壤中流，较大变异集中在15〜30cm.关键词红壤坡面；壤中流；入渗；产沙；产流中图分类号K903文献标识码A文章编号10002537(2013)05008105我国南方红壤主要集中在低山丘陵坡度为6〜15°的缓坡地带[1],总面积约54.11万km2,占全国土地总面积的5.64%[2].由于该区人多地少，暴雨较多，加之居民对土地资源的不合理利用及对下垫面植被的破坏，在天然降雨的冲刷下，水土流失极易发生，对该区农业生产与生态安全带来严重的影响[3].近年来，国内学者已经对红壤地区产流产沙规律做了大量研究工作，取得许多重要进展[47].但关于红壤地区坡面土壤在下垫面产

3、生壤中流和不产生壤中流两种情况下产沙、产流和入渗的规律对比研究较少，在该区域这两种情况下由降雨引起的侵蚀危害程度也难以做出确切的评价•因此，通过室内降雨试验，模拟红壤地区裸坡有无壤中流两种情况，研究坡面降雨入渗和侵蚀的变化规律，为我国红壤地区降水时空分配提供一定的理论基础.1材料与方法1.1供试材料试验供试土壤采自湖南省长沙市东郊浏阳河大桥附近，属于第四纪红粘土母质发育的红壤，其砂粒、粉粒和粘粒质量分数分别为23.3%.30.6%和46.1%,该土壤类型为粘土，富含铁、铝氧化物，呈酸性，一般具有粘性较高、吸水性强、但田间持水性不高的特点•试验用土过10mm筛，自然风

4、干至初始含水量（质量分数，下同）为15%,初始装土容重为1.1g/cm3,样品土壤原有自然结构被破坏，属于被扰动土壤.1.2试验装置及设计室内模拟降雨装置采用中科院水土保持研究所研制的侧喷式降雨设备，该设备由供水、稳压、降雨3个子系统构成•降雨高度为7ni,雨滴有效降落高度为6.5m,有利于保证雨滴降落的最终速度，满足天然降雨的特性[8].设计降雨强度为80mm/h,由于受试验侧喷式设备及外界条件的限制,降雨均匀度在75%以上，实际降雨强度80〜85mm/h,降雨时间为60min.试验土槽采用的尺寸规格为：长X宽X高为200cmX30cmX30cm,坡度设计为15°

5、.有壤中流产生的土槽上面末端和下面末端都设置了簸箕型集水口，上端集水口用于收集地表径流，下端集水口用于收集产生的壤中流.无壤中流产生的土槽只在上面末端设置了簸箕型集水口，用于收集地表径流.每个试验重复2次，取平均值进行计算和分析.1.3试验过程1.3.1装土过程在有壤中流试验设置的土槽里均匀填装3cm天然细沙，铺上透水纱布，模拟天然透水层，便于壤中流出流•其上再填装27cm的供试土壤•无壤中流试验设置的土槽底部只铺设透水纱布，在其上填装30cm的试验用土.为保证试验土壤容重均匀，根据设定好的土壤含水量和容重采取分层填装的方法，每5cm一层，边填充、边压实，为防止土层

6、之间出现分层现象，在填装上层土之前进行打毛.为防止延长初始产流时间，表层土壤与槽口必须处于同一水平位置•最后用塑料薄膜覆盖土壤表层，以防试验降雨之前表层土壤由于水分蒸发前期含水量降低.1.3.2降雨产流过程每场试验均是先按实际雨强降落10min,待降雨均匀后，揭开塑料薄膜开始试验，记下时间并密切关注降雨过程中坡面表层土壤的变化•降雨产流后，记录开始产流时间,地表径流第1〜5个样品间隔1min；第6〜10个样品间隔2min；第11个样品之后间隔5min.壤中流的取样时间均间隔1min,两种产流方式接样时间均为1min,至试验结束.试验结束后，测得每个径流泥沙样的质量，

7、用烘干法测出径流含沙量，计算出相应的径流量，并且记录每次试验的泥沙、径流总量.1.3.3雨后采样降雨结束后，对试验土壤进行破坏性采样，坡深每5cm—层，每层分别在坡长5、25、50、75、100、125、150、175、195cm,坡宽5、15、25cm处用铝盒采样.每土槽合计采样162处，测得土壤含水量，用以分析降雨过程中土壤水分分布状况.2结果与分析2.1红壤坡面产流过程坡面的产流形式主要包括地表径流和壤中流[9].当降雨强度大于入渗强度或较薄土层中储水饱和后，多余的降水沿坡地表面土层侧向流动，形成地表径流；壤中流主要发生在上层透水和下层相对透水性较弱的土层