不同水位变化条件下波浪侵蚀土质边坡微地貌变化过程探究

《不同水位变化条件下波浪侵蚀土质边坡微地貌变化过程探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、不同水位变化条件下波浪侵蚀土质边坡微地貌变化过程探究　　摘要：大面积库区消落带的形成带来许多生态问题，其中水土流失是重要的生态问题之一。本文利用水槽模拟试验，研究水位在涨、落以及固定时波浪对10°边坡的侵蚀。结果表明，水位涨落时与水位固定时波浪侵蚀过程有明显不同。三种水位变化条件下，15-30分钟都为侵蚀量最大的时间段，水位下落时后期侵蚀量较水位固定和水位上涨时大。水位下落时坡面中上部土体是土壤侵蚀最主要来源；水位固定时上部侵蚀最为严重；水位上涨时主要侵蚀上部土体，中下部则较少。关键词：库岸；侵蚀率；浪蚀龛；微地貌；水位涨落中图分类号：TV145文献标识号：A文章编号：2306-1499

2、（2013）06-（页码）-页数1.引言6大面积库区消落带的形成往往会带来许多生态环境问题[1，2]：一方面水库淹没自然消落带湿地，并带来自然消落带植物资源的消亡，同时大坝截断了流域上下游之间物质、能量和信息的交流，并破坏了消落带功能的完整性；另一方面水库消落带往往造成植被破坏，生物多样性下降，小气候恶化，库岸遭受侵蚀，严重威胁库区安全。其中，水土流失是水库消落带最为严重的生态环境问题之一。对河流岸坡造成侵蚀的原因很多，其中降雨和波浪作为两个主要侵蚀因素不容忽视，对波浪侵蚀进行系统而科学的研究是十分必要的。本文利用水槽模拟试验研究土坡初始坡度为10°时，水位上涨、下落以及固定时，波浪对边

3、坡侵蚀的不同并分析其原因。本文的研究可为脆弱的消落带生态系统的恢复提供科学依据。2.材料与方法2.1试验布设试验在三峡大学地质灾害防治试验楼进行，试验所用水槽由有机玻璃及钢架制成，长250cm、宽50cm、高60cm（图1）。试验土壤为三峡库区消落带典型黄棕壤，其颗粒组成见表1。土壤颗粒经过晒干、磨碎、过筛后，分层夯实铺设，每一层洒水使饱和，然后进行下一层铺设，坡型修为直型坡。底部坡体长50㎝、宽50㎝、高20cm，坡脚约为10°。根据三峡库区消落带土壤容重实测资料[8]，试验中土壤容重控制在1.3g/cm3左右。2.2试验实施6试验过程中控制波浪高度为5㎝左右，频率为10次/min，波

4、浪前进速度为1～1.2米/秒，每场波浪冲刷时间为1小时。水位上涨、下落及固定试验3场，水位涨落速度都为0.1cm/min，水位下落时初始水位为坡高7cm处；水位上涨时初始水位在坡高1cm处；固定水位时水位固定在7cm处。每场试验各重复3次，共9场。3.结果与讨论3.1水位涨落过程中的微地貌变化从图2中可以看出坡脚为10°时，三种水位变化条件下，坡面在波浪侵蚀作用下微地貌变化明显不同。水位下落时，在水舌最初作用处形成第一层浪蚀龛，随着水位的下落，上部坡体逐渐稳定。由于初始坡度较小（10°左右），水舌与坡面夹角也较小，相应波浪对坡面的侵蚀作用就小。因此在波浪侵蚀15分钟左右后，坡型基本无太大

5、变化，保持稳定。水位固定时，前15分钟侵蚀形式与水位下落时基本一致，15分钟后波浪继续侵蚀上部坡体。持续的侵蚀导致掏空现象的发生，上部坡体由于自重坍塌，泥沙随波浪回落作用被带走，一部分沉积于坡脚，一部分进入水体。当上部土体被侵蚀完后，波浪的下坠力拍击坡体，导致最上部形成一排凹槽，最终形成b（60min）的坡型。水位上涨时，首先在坡体三分之一处即水舌作用处形成浪蚀龛，被侵蚀的泥沙一部分沉积于坡脚，使坡脚延长，一部分进入水体。随着水舌作用位置的上移，上部土体开始被侵蚀，被侵蚀的泥沙一部分随波浪回落6作用向坡体下部迁移逐渐填平了浪蚀龛，上部被侵蚀的土体形成新的浪蚀龛。随着波浪的继续侵蚀，上部土

6、体逐渐被侵蚀完，继而发生与固定水位后期同样的侵蚀方式。3.2水位涨落过程中坡面侵蚀量及侵蚀率随时间变化图3中可以看出三种条件下前15分钟侵蚀较慢，15-30分钟段侵蚀量最大，为主要侵蚀时间。而后侵蚀量迅速下降。水位上涨时，由于初始体积较固定和下落时大，因此侵蚀量也较大；水位固定时，侵蚀量为三种条件下最小；水位下落时，后期侵蚀量为三者中最大，分析其原因是侵蚀后沉积在坡脚的泥沙由于水舌的下落侵蚀较容易；而水位上涨时因为侵蚀于新鲜坡面，侵蚀较慢；水位固定时侵蚀已基本完成，因此水位下落时后期侵蚀量最大。从表2中可以看出，水位固定时最终侵蚀率较小为10.05%。水位下落时较大为15.58%，较水位

7、固定时上涨5.53%；水位上涨时侵蚀量最大为19.22%，较水位固定时的10.05%增加9.17%。水位固定时前30分钟为主要侵蚀时间段，且侵蚀速率有小幅上升，但幅度不大，后30分钟侵蚀率较小，且呈下降趋势，由30-45分钟段的1.06%下降至最后15分钟的0.49%；水位上升和下降时前30分钟都为主要侵蚀时间段，且侵蚀速率都有上升的趋势，而后30分钟随着侵蚀的波浪的持续作用，坡体基本保持稳定，侵蚀速率都下降至2%以下。63.3水位