人工降雨和放水冲刷条件下紫色土坡面产流产沙特征分析.pdf

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1、第32卷第3期长江科学院院报Vo1．32No．32015年3月JourmdofYangtzeRiverScientificResearchInstituteMRr．2015DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2015．03．007人工降雨和放水冲刷条件下紫色土坡面产流产沙特征分析王爱娟，丁文峰，王万君(1．水利部水土保持监测中心，北京100055；2．长江科学院水土保持研究所，武汉430010)摘要：采用可变坡的3in×1nl土槽进行人工降雨和放水冲刷试验，在不同坡度(5。～20。)、不同雨强(0．6～2．5mm／min)和放水流量(1

2、．6～7m／s)情况下，对紫色土坡面的产流产沙特征进行了研究。结果表明：放水冲刷试验中径流流速从坡上到坡脚表现出先增加后减小、逐渐增大和逐渐减小3种趋势，而人工降雨试验则恰恰相反，径流流速从坡上到坡脚表现出逐渐增大的趋势；15min是2种试验方法产流过程稳定的临界时间；人工降雨试验径流含沙量稳定的时间介于5—50min之间，放水冲刷试验含沙量稳定的临界时间为20min。试验成果可为后续紫色土侵蚀相关研究提供数据支持。关键词：紫色土；径流流速；含沙量；人工降雨；放水冲刷中图分类号：S157．1文献标志码：A文章编号：1001—5485(2015)03—0031

3、—04不同坡度、不同降雨强度和放水流量的人工降雨与放水冲刷试验，研究2种条件下坡面径流流速、产流1研究背景过程和产沙过程特征，以期为后续紫色土侵蚀相关紫色土发育于亚热带地区石灰性紫色砂页岩母研究提供数据支持。质土壤，主要分布在我国亚热带地区，以长江三峡地区分布较广，四川盆地更为集中，是我国南方重要的2试验材料与方法耕作土壤。土壤侵蚀是土地退化的重要原因。紫色土土层较薄，平均厚度不超过50cm，母质疏松，物2．1供试土壤理风化强烈。紫色土侵蚀规律的研究，关系到当地试验用土壤为紫色土，采自湖北省秭归县某坡农业的可持续发展，与粮食安全和生态安全息息相耕地，母质为紫

4、色砂岩。土壤有机质含量为5．12；关。÷kg，密度为1．35g／cm，土壤砂粒、粉粒、黏粒含量降雨是土壤侵蚀的动力来源，侵蚀强度主要取分另0占54．5l％，20．18％，6．64％。决于降雨强度、降雨量和降雨历时。在土壤侵蚀发2．2试验装置与方法生发展规律研究中，人工降雨因其可控的降雨过程试验在水土流失移动实验室内进行，试验装置被研究人员广泛采用；当不考虑雨滴对地表的打击中可变坡土槽长3m、宽1nl、深50cm，坡度变化范时，可采用放水冲刷试验研究土壤侵蚀和坡面流水围为0。～30。，槽底部有渗流孔，在出口处有壤中流力参数特征。研究人工降雨和放水冲刷条件下坡面

5、和地表径流收集装置。土槽装土厚度为40cm，边的产流产沙特征有助于分辨有雨滴作用和无雨滴作填边压实，控制填土密度为1．3g／em。采用人工降用的侵蚀特征。总结已有的研究成果发现，对紫色雨法和放水冲刷法进行试验。降雨采用下喷式降雨土的研究集中在不同土地利用类型对土壤侵蚀和径器，降雨器的喷头有大、中、小3套，由进水口压力表流的影响_lj、土壤水分变化及壤中流特征_4]、坡控制降雨强度，降雨强度可调范围为0．5～3．5耕地侵蚀和养分特征研究。。卜m等方面，而对紫色土mm／min，降雨均匀度为90％。放水冲刷法采用马裸坡土壤的产流产沙特征研究较少。本研究以长江氏瓶原

6、理控制恒定水头，水箱尺寸中长、宽、高均为上游典型侵蚀性土壤——紫色土为研究对象，设计1in，水箱底部距地面高度约4in。本次试验设5。，收稿日期：2015—01—09；修回日期：2015—01一l9基金项目：国家自然科学基金项目(41101260，41271303)；长江科学院创新团队项目(CKSF2012052／TB)；中央级公益性科研院所基本科研业务费资助项目(CKS~．013013／TB)；“十二五”科技支撑计划课题资助项目(2012BAK10B04)作者简介：王爱娟(1981一)，女，宁夏银川人，高级工程师，博士，主要研究方向为土壤侵蚀与水土保持，(

7、电话)010—63207096(电子信箱)wang—ai—juan@163．como32长江科学院院报2015生1O。，15。，20。共4种坡度，降雨强度设计为0．6，1，为放水冲刷时，因坡面粗糙度和流量的不同，从坡顶1．5，2，2．5mm／min，对应的放水冲刷流量分别为而下的径流受重力作用逐渐增加、或径流克服摩擦1．6，2．5，3．6，6，7m。／s，所有试验降雨量控制为阻力向坡脚流动导致流速减小，而人工降雨试验坡50mm，对应的试验时间分别为83，46，31，24，面产生径流后，由于整个坡面都受雨，土壤饱和造成20min。共开展人工降雨试验2O场，放水

8、冲刷试验坡面不同部位都有人流，因此从坡顶到坡脚径流量