天然降雨条件下棕壤坡面产沙时空演变过程研究
  • 【摘要】

    坡面土壤侵蚀演变过程及机理历来是土壤侵蚀研究的重点,直接影响到土壤侵蚀预报模型的建立.与室内人工模拟降雨相比,研究天然降雨条件下坡面侵蚀演变过程更具有实际意义.本文利用REE示踪法和中子活化分析技术,通过布设5°、10°、15°三个不同坡度、裸坡和植被坡两种不同覆盖类型坡面的径流小区,研究了天然降雨条件下三种坡度两种覆盖类型坡面侵蚀产流产沙规律;根据试验取得的次暴雨数据,定量研究次暴雨过程中的两种... 展开>>坡面土壤侵蚀演变过程及机理历来是土壤侵蚀研究的重点,直接影响到土壤侵蚀预报模型的建立.与室内人工模拟降雨相比,研究天然降雨条件下坡面侵蚀演变过程更具有实际意义.本文利用REE示踪法和中子活化分析技术,通过布设5°、10°、15°三个不同坡度、裸坡和植被坡两种不同覆盖类型坡面的径流小区,研究了天然降雨条件下三种坡度两种覆盖类型坡面侵蚀产流产沙规律;根据试验取得的次暴雨数据,定量研究次暴雨过程中的两种坡度两种覆盖类型坡面的侵蚀时空演变规律;此外,还对沈阳地区天然降雨的雨滴特征、降雨动能进行分析总结.主要取得了如下结论: (1)天然降雨雨滴特征 天然降雨雨滴大小决定于降雨成因.雨滴直径与降雨强度有良好相关关系.低强度降雨主要是由中小雨滴组成,极端直径雨滴比重较小;高强度降雨主要是大雨滴组成,极端直径雨滴所占比重较大;天然降雨雨滴分布遵循贝斯特模型,沈阳地区天然降雨雨滴大小分布拟合函数为: , .天然降雨中数直径与降雨强度呈幂函数关系 , . (2)不同雨型坡面产流产沙特征 中小雨型天然降雨具有稳定性,降雨强度呈现从小到大,持续一段时间后再从大逐渐变小的趋势,其坡面产流过程呈现出"缓慢增长-峰值-缓慢回落"的状态.在短时暴雨中,降雨强度呈现骤增或骤减状态,坡面在降雨开始后很快产生径流,产流率在短历时滞缓之后,随即达到最大值;随后逐渐降低,直到坡面停止产流.坡面产沙变化规律同坡面产流规律类似. (3)雨强、坡度对裸坡产流产沙的影响 在非植被覆盖状态下,短时暴雨或中小雨型,其坡面产沙量均随雨强变化而变化,二者具有较高一致性.这是由于雨强增大,一方面增加雨滴对地表打击力,破坏土壤的团粒结构,在坡面径流作用下土壤颗粒更容易被侵蚀;另一方面破坏了地表径流水流状态,增加了其紊动性,加强了其冲刷力和挟沙能力,从而导致侵蚀产沙量增加.在非植被覆盖状态下,短时暴雨或中小雨型,其坡面产沙量均随坡度增大而增大,二者也有较高相关性.这是由于坡度增大,单位时间内水流流经距离增加,导致径流流速和水流紊动性增大,水流挟带能量增加,对土壤的剪切能力和输移能力增强,从而导致侵蚀产沙量增加. (4)雨强、坡度对植被坡产流产沙的影响 在植被覆盖状态下,短时暴雨或中小雨型,坡面产流产沙随雨强变化而变化,但是其变化速率较缓慢,峰值产生时间存在滞后性.这主要是由于植被叶面截流、主干截流,一方面减缓雨滴对地表打击力,另一方面促使地表汇流时间滞后,从而使增加或减小速率缓慢,峰值产生时间错后.在植被覆盖状态下,在中小雨型状态下,坡面产沙量与坡度相关性不明显;在短时暴雨状态下,坡面产沙量随坡度增大而增大.就产流量来说,短时暴雨或中小雨型,其坡面产沙量随着坡度增大均呈现增大趋势. (5)裸坡土壤侵蚀垂直分异规律和侵蚀类型分析 在中小坡度(5°或10°)裸坡面上,坡脚处细沟内泥沙是其侵蚀产沙主要来源,坡面上部(距坡顶0~4m)所占比例相对较小;从侵蚀类型来看,细沟侵蚀是坡面侵蚀主要类型,面蚀和溅蚀作用相对较弱.而且在降雨初期,面蚀和击溅侵蚀占主体地位;而到降雨初期过后,尤其是细沟侵蚀形成后,面蚀和击溅侵蚀作用才开始下降,此时细沟侵蚀才开始成为主要侵蚀形式.但在大坡度(15°)裸坡面上,坡脚处和坡面中下部(距坡顶5~8m)均是主要侵蚀泥沙来源部位,其相对产沙量约占整个坡面侵蚀总量的70%以上.而且在降雨过程中,面蚀和击溅侵蚀占主体地位时间更为短暂,仅维持在产流开始数分钟内,细沟侵蚀在随后绝大多数时间内是主要侵蚀类型. (6)植被坡土壤侵蚀垂直分异规律和侵蚀类型分析 在植被坡面上,击溅侵蚀、面蚀和细沟侵蚀都是坡面主要侵蚀类型,三者侵蚀量比例较为均匀;坡面中部、下部和坡脚处(距坡顶4~8m)均是坡面主要侵蚀泥沙来源部位.但是,在中小坡度(5°或10°)植被坡面上,植被在抗击击溅和吸纳、削减径流冲刷作用孰强孰弱需要进一步研究,这可能与降雨类型、雨强、植被类型及覆盖度等有密切关系;在大坡度(15°)植被坡面上,坡面中下部和坡脚处(距坡顶5~8m)的细沟侵蚀对坡面产沙量累积贡献作用更为明显,也就是说相对地,植被发挥抗击击溅侵蚀的作用较强,而抗冲刷和剥蚀能力较弱.这主要可能是由于坡度差异和植被覆盖度差异造成的.?? 收起<<

  • 【作者】

    吴高伟 

  • 【学科专业】

    水土保持与荒漠化防治

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    沈阳农业大学

  • 【导师姓名】

    王瑄

  • 【学位年度】

    2008

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    天然降雨%REE示踪法%土壤侵蚀%雨滴特征%时空演变过程