草地覆盖坡面流水动力参数的室内降雨试验

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1、第24卷第10期农业工程学报Vol.24No.102008年10月TransactionsoftheCSAEOct.20081草地覆盖坡面流水动力参数的室内降雨试验1,22李毅，邵明安（1．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌712100；2．中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，杨凌712100）摘要：为研究两种典型黄土的坡面流水力特性变化规律，进行了室内人工降雨试验。以草地盖度为主要影响因子，土壤质地和雨强为辅助影响因子进行分析。结果表明：同一盖度下，随雨强逐渐增大，流量

2、和流速也随之增加；当盖度增加时，流量和流速随之减小。流速随降雨历时的延长而逐渐增大；当雨强增大时，流速曲线整体抬高；当覆盖度逐渐增大，流速曲线整体降低。平均水深随流速增大而减小；同一雨强下，盖度增加时氟汝德数Fr随之增加，雷诺数Re降低，而Darcy-Weisbach阻力系数f及曼宁粗糙系数n均大致呈增加趋势；对同一盖度，雨强增加Fr随之减小，Re逐渐增加，同时f和n均随之减小。因此草地覆盖度增加将改善坡面流水力性质，总体上减小了坡面流速，增加了阻力和粗糙度。关键词：草地覆盖度，阻力系数，流速，降雨，坡面流中图分

3、类号：S152.7文献标识码：A文章编号：1002-6819(2008)-10-0001-05李毅，邵明安．草地覆盖坡面流水动力参数的室内降雨试验[J].农业工程学报，2008，24(10)：1－5.LiYi,ShaoMing’an.Hydro-dynamicparametersofoverlandflowduringlaboratoryrainfallexperimentsundergrasscoverage[J].TransactionsoftheCSAE,2008,24(10)：1－5.(inChinese

4、withEnglishabstract)及相关水力特性。0引言1材料与方法坡面流是降雨强度超过地面入渗能力情况下产生的薄层水流[1,2]。在水文模型和侵蚀模拟中，常用到1.1土壤采样Darcy-Weisbach方程和Manning公式，其中前者常用于采用黄土区2种典型土壤，分别从陕北黄土高原神坡面漫流的大田和室内试验，后者常用于明渠（槽）水木六道沟流域0～20cm深度范围（土类为粉砂壤土，土流的研究，但由于两方程使用的变量相同而且都受流态种为料姜绵土）和陕西杨凌西卜村农田0～20cm深度范特征的影响，因此其应用

5、条件和范围并非截然不同[3]。流围（土类为灰钙土，土种为斑斑黑油土）采集。用比重速[1,3]、坡度[1,3]、雨滴动能[4]、地面植被覆盖度[5,6]、耕作计法对土样进行颗粒分析，得出前者质地为粉砂壤土，方向[7]等是影响坡面水流水力特性（如地面糙率、水深及后者质地为黏壤土。阻力系数等）的重要因子，其中地面植被影响坡面水流1.2试验处理及观测项目性质的主要原因是其含有的粗糙介质改变了坡面的阻力在中国科学院水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与[8]。目前国内外对无覆盖和草地覆盖条件下坡面流水动力旱地农业国家重点实验室人

6、工降雨大厅，完成不同草地[9-20]盖度和雨强下的坡面降雨试验[15,16]。土样研碎后过5mm特性方面已进行了相关研究，但对于坡面流水力性质3的描述并不完善，仅有的部分关于水力参数研究成果中，土筛，采用1.25g/cm的容重，将土样分层均匀装至土槽。针对水流糙率系数的变化规律进行的报导较多[13,18-20]，且土槽长×宽×高=100cm×50cm×120cm，坡度可在0～多限于特定土壤条件下的室内试验，关于坡面水流流速25º之间变化；槽底有φ0.5cm的梅花状排气孔，装土深变化特征及不同土壤水力性质的对比方面

7、研究不多，对110cm，槽出口设有7cm高的多排孔和导流管以便引出于坡面草地覆盖降雨条件下不同土壤质地的水力性质变径流。对所选2种土样，均分别用5个槽装土，以不同化及流速动态的描述较缺乏，而这对于草被覆盖条件下行距种入黑麦草种，进行小雨强的预降雨以便草种发芽，坡面流的研究是极其重要的，其研究对于坡度变化条件并将槽坡度调节到25º，室外放置2个月，待平均高度达下土壤侵蚀机制、泥沙输移特征、土壤侵蚀模型等的深到20～30cm，用方格法测定草地盖度，并进行人工降雨入研究具有重要的参考价值。本文拟针对黄土区两种质试验。不

8、同土样降雨场次及草地盖度同列于表1。地土壤，在种植黑麦草并形成一定覆盖度情况下，采用表1不同土壤雨前草地盖度人工降雨试验研究同一植被对不同土壤的水流阻力特征Table1Grasslandcoveragedegreefordifferentsoilsbeforerainfall土壤降雨场次草地盖度/%收稿日期：2007-07-25修订日期：2008-03-03黏壤土414.