坡面降雨溅蚀及其模拟

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1、第水科学进展∃−./,%−/2!∀#∃∀%&∋()%∗∀+∋,(&)∋%&∋)0己1/!坡‘面降雨溅蚀及其模拟汤立群3河海大学水资源水文系南京4。。50提要对雨滴的溅蚀过程及影响因素作了全而的分析。在揭示黄土地区梁赤上部雨蚀规律的基础上,运用牛顿第二运动定律,推导出雨滴对土粒撞击力的表达式。在假定雨滴溅蚀率与雨滴侵蚀力成线性关系情况下,推导出雨滴溅蚀量表达式,经桥沟流域径流场上应用,效果令人满意。关键词雨滴溅蚀雨滴侵蚀撞击力雨滴终速黄土结皮分类号624/!76888/2雨滴溅蚀过程及其影响因素雨,滴溅蚀是降落雨滴打击土面所造成的分散土粒以击溅跃移形式搬运的侵蚀方式也是坡地侵蚀过

2、程中极为普遍发生的一种侵蚀方式,它是构成土壤侵蚀的重要组成部分。/雨滴溅蚀过程雨滴具有质量,降落时具有速度,因此具有动能。降雨时雨滴打击地表,不仅使地表土壤击实,还能将部分土粒分离,形成一个个的雨穴,在雨穴的边侧产生的侧压力使其周围的土粒四处飞溅,形成松散沉积物。雨初,土壤下渗能力大,不形成径流,降雨主要为土壤所吸收,使松散沉积物变成糊状泥浆,这种现象称为黄土结皮。有结皮的地方,下渗明显减小,容易形成径流,并且是导致细沟侵蚀的重要原因。随着降雨的继续,地表产生滞蓄水层,逐渐形成地面径流,将土壤结皮湿润泡散,并为其所携带。当径流水深很小时,较大的雨滴仍能击穿水层,溅起土粒,但此时雨滴动能的一

3、部分将耗于扰动水层,使径流紊动增大,因此,雨滴的溅蚀作用减小,而径流的挟沙能力却增大了。雨滴溅蚀与坡面径流水深成负相关,当,雨,,。水层增加到一定深度滴仅能击穿水层而将动能全部消耗此时击溅作用为零一般情况下,水深超过8倍雨滴直径时,雨蚀作用就消失。雨滴击溅的结果为坡面径流输沙提供了沙源,并由坡面径流携带至下游。/4雨滴溅蚀的影响因素雨滴溅蚀是雨滴与土粒发生碰撞并相互作用的过程。因此,除与其本身的特性有关外,还。如9土壤特性、地形地貌、、、。与下垫面因素有关前期土壤含水量植被径流深及其分布等3.0降雨特性9、、雨滴、、,降雨特性包括降水量降雨强度级配雨型降雨分布等其中,。本文于2年:月4日收

4、到2年月4;日收到修改稿,“”。八五国家重点科技攻关项目及河海大学水资源开发利用国家专业实验室开发基金资助项目本文在完成,。过程中得到了陈国祥教授的指导谨表谢意29坡面降雨溅蚀及其模拟期汤立群8;!以雨强、雨滴级配和雨型对溅蚀的影响最为明显。雨强越大、雨滴中值粒径和降落速度也大,,,,7故雨滴的动能就大雨滴的击溅作用就明显黄土地区的雨型有两种一种叫短阵性降雨其,,,7特点是降雨历时小于;<=>雨强大有利于击溅的发生另一种叫普通型降雨其特点是降,,。雨历时超过.?雨强小形成的坡面径流有利于削弱雨滴的溅蚀作用9。’,340土壤特性土壤特性中以土壤颗粒的级配对溅蚀的影响最甚研究表明〔〕细砂最易,

5、。被雨滴溅蚀粗颗粒泥沙及具有粘性的更细颗粒泥沙都不易被溅蚀9、、,380地形地貌地形地貌包括坡度坡长坡向和地形的破碎程度其中以坡度最为主要。雨滴打击表土时,土粒四处飞溅,有溅向上坡的,也有溅向下坡的。经西北水保所试验,,7发现溅向上坡的量随着坡度的增加总是减小的溅向下降的量变化比较复杂存在一个临界坡度,为4/8;。当坡度小于4/8“时,随着坡度的增加,溅蚀量是增加的,当坡度大于4/8;,,&时随坡度增加时溅蚀量减小溅蚀净搬运,,Α勺‘Α>≅络量是溅向下坡量与溅向上坡量之差而总溅蚀;,一·量是溅向下坡量与溅向上坡量之和两者的变‘凡叫级澎已化趋势均与溅向下坡量一致,只是前者的临界#,∗#

6、,坡度为∋#而后者为()∀见图+。,,∀−前期土壤含水量黄土地区表层土质疏松,遇水极易分解,前期土壤含水量大,易。,,于溅蚀同时由于前期土壤含水量大易于#一0!布一喃厂一∃%∀#产流,水层的存在又会阻碍溅蚀的发生。前坡度,.−植被雨滴溅蚀与植被的覆盖度呈负,、1为总蚀量.为下坡溅蚀量,,,。相关植被好溅蚀作用小反之就大植被1,为溅蚀净搬运量“1为向上溅蚀量,,的存在增大了坡面糙率减缓了水流速度有图)各溅蚀量与坡面坡度的关系利于下渗,减少径流侵蚀。2)3∗)∗45+∃678%9:7;<56=55%9>+∃9:?75+!,.85898%∃%,/−径流深及其分布如前所+;≅+;7ΑΒ!述雨滴溅,产流

7、越多,,雨。蚀与径流深呈负相关径流覆盖面积越大滴溅蚀越小(黄土区坡面侵蚀基本规律黄土高原、黄土丘陵沟壑区每个沟道或小流域都是一个完整、独立的自然侵蚀、输移、产沙系统,也是侵蚀地貌发育的基本单元。在每一条沟道或小流域中,从分水岭到沟底,由于地貌部位的不同,其坡面的坡度、坡长、坡形有较大的差异,这是长期自然侵蚀与现代强烈的人为加速侵蚀的结果。因此,反映在入渗径流规律、侵蚀产沙强度、侵蚀方式与水沙运移过

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