人工降雨条件下扰动坡面土壤侵蚀规律研究.pdf

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1、第30卷第4期长江科学院院报V01．30No．42013年4月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteApr．20l3DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2013．04．006人工降雨条件下扰动坡面土壤侵蚀规律研究王爱娟，李亚龙，王一峰(长江科学院水土保持研究所，武汉430010)摘要：应用人工模拟降雨实验，拟定3种不同雨强对砂土、粉壤土、石质土和黏土4种不同土壤质地扰动坡面产流产沙规律进行研究。结果表明：地表径流的产流开始时间随着雨强的增加缩短，在3．3～24．9rai

2、n之间变化；坡上、坡中、坡下的径流流速呈现递增的趋势，但是整个坡面的单位水流功率在降雨过程中变化不大；石质土和黏土的产沙量最大，且在降雨过程中呈现先增后减的趋势，而砂土和粉壤土的产沙量不大且呈现增加的趋势；同一坡度同样降水量情况下产沙量呈现石质土>粉壤土>砂土的规律；黏土坡面的产沙量随着雨强的增大而增大。关键词：开挖坡面；地表径流；侵蚀；人工降雨中图分类号：S157文献标志码：A文章编号：1001—5485(2013)04—0025—041研究背景2研究区概况和研究方法近年来，我国国民经济快速发展，工业化、城镇2．1研究区概况化速度加快，基础设施建

3、设与交通、能源开发等项目急剧增加，扰动地表造成人为水土流失量剧增，开发研究区位于南水北调中干线工程石家庄段建设项目导致的新增水土流失问题成为有关专家关(N37。27_38。47，E1l3。3O一115。20)，属暖温带大陆性季风气候，多年平均降雨量521mm，6至8注的热点。月份3个月的降水占全年降水量的63％一70％，多由于开发建设项目类型众多，下垫面条件各异，工程规模引致新增水土流失是自然水土流失的2～年平均蒸发量2000mm，蒸发量为降水量的4倍，40000倍⋯，精确计算开发建设项目水土流失量化多年平均气温12．8cC，标准冻土深度0．54m

4、。石家庄市地处太行山前洪积平原，西靠太行山，东接河北困难。国内目前应用的开发建设项目造成的水土流中部平原，地势由西向东逐渐降低，项目区属平原、失量化方法主要包括类比分析法、数学模型法、实地浅山丘陵的地貌形态，土壤类型主要有棕壤、褐土、调查法(径流小区法、测钎法、侵蚀沟量测法)、侵蚀等级划分法和专家预测法等I4J。这些方法简单易石质土、粗骨土、新积土、风沙土、潮土、沼泽土、草甸土、水稻土和盐土。行、可操作性强，但是很难得到开发建设项目引起的水土流失量的精确值，其科学性也较差。只有在对2．2研究方法开发建设项目水土流失特点的正确认识基础上，结采用人工降

5、雨的方法研究扰动土地表土壤侵蚀合已有水土流失防治成果和防治措施体系及防治技规律，降雨器为下喷式，喷头有大、中、小3套，其进术，才能进行防治分区和防治措施布设_5一。由于水口水压由压力表控制，工作频率由多功能数据采开发建设项目往往使地表大面积硬化，改变了地表集器控制，工作时间和间隔时问可在0～99rain内的入渗、产流、产沙规律，扰动后的地表侵蚀规律鲜调节，降雨强度可在0．5—3．5mm／min之间调节，均有研究，鉴于此，本文以工程开挖面为研究对象，采匀度达到90％，喷头高度为3m，降雨覆盖面积为用人工模拟降雨和三维激光扫描的方法研究工程扰1．2m×

6、3．51TI。根据河北省降雨资料统计，设定3动地表的土壤侵蚀规律，量化开挖面土壤侵蚀量，为种不同雨强，分别为1，1．5，1．8ram／rain，降雨量均开发建设项目水土流失监测提供技术支撑。为45mm。径流小区面积为3m×1m，布设在南水收稿日期：2o12—03—22：修回日期：2012—10—17基金项目：国家自然科学基金项目(41101260)；水利部公益性行业科研专项项目(201001036)；长江科学院基本科研业务费项目(CKSF2012042／TB)作者简介：王爱娟(1981一)，女，宁夏银川人，工程师，博士，主要从事土壤侵蚀与水土保持方

7、面的研究，(电话)027—82827942(电子信箱)wang—ai-juan@163．corn。长江科学院院报2013正北调中线工程的渠道开挖面，由于是线性工程，开挖间最晚，人渗量较黏土和石质土大，当雨强增大至坡度较均一，平均为26。，土壤质地分别为砂土、粉1．8ram／rain时，这种差异就不明显。砂土、粉壤土壤土、黏土和石质土。和石质土坡面的产流总量随着雨强的增大呈现先增试验开始前测定土壤含水量和重度并采样用于加后减小的趋势，产沙总量变化趋势与产流总量相分析土壤粒径组成等。降雨开始后记录产流开始时同，是由于砂土、粉壤土和石质土粘结性较差，土壤

8、问，收集径流泥沙样的时间分别为产流后的1，2，3，孔隙度较大，此次降雨试验控制降雨量均为45mm，5，7，10，15rai