ISWC OpenIR  > 水保所2018--2019届毕业生论文
沙盖黄土坡面土壤侵蚀过程模拟研究
曹晓娟
Subtype硕士
2019-05-25
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中科院说土保持与生态环境研究中心
Degree Name农学硕士
Keyword沙盖黄土坡面 径流量 侵蚀量 土壤含水量 孔隙水压力
Abstract

黄土高原水蚀风蚀交错带内风沙地貌与流水地貌交错分布,植被稀疏,土壤侵蚀过程复杂且剧烈,是典型的生态脆弱区。该区域存在独特的片沙覆盖黄土地貌,该地貌坡面产流产沙方式独特,侵蚀过程复杂,其侵蚀机理还有待深入研究。

本论文通过人工模拟降雨试验结合土壤水分和孔隙水压力监测技术,开展沙盖黄土坡面土壤侵蚀过程模拟研究,分析了不同条件下(雨强:1 mm/min1.5 mm/min2 mm/min;坡度:10°15°20°25°;沙层厚度:2 cm5 cm10 cm),降雨过程中坡面径流速率、侵蚀速率、初始产流时间、90 mm降雨量的径流总量和侵蚀量、60 min降雨的累积径流量和侵蚀量、坡面不同部位监测点的土壤含水量和孔隙水压力的变化等,定量计算了各影响因素对初始产流时间变化、90 mm降雨量的径流总量和侵蚀量变化、60 min降雨的累积径流量和侵蚀量变化、沙盖黄土坡面产流时各监测点对应的土壤含水量和孔隙水压力变化、降雨过程中各监测点最大的土壤含水量和孔隙水压力变化以及降雨期间各监测点孔隙水压力变化量变化的贡献率。取得了如下结论:

1雨强越大,沙盖黄土坡面初始产流时间越短,坡面径流速率峰值和侵蚀速率峰值越大;沙层厚度与初始产流时间、径流速率峰值和侵蚀速率峰值呈正相关关系;坡度越陡,平均初始产流时间越短各影响因素对初始产流时间变化的贡献率为降雨强度(56.46%>沙层厚度(15.33%>坡度(9.01%),误差项贡献为15.33%

2)覆沙层厚度改变沙盖黄土坡面的侵蚀方式。5 cm覆沙厚度的黄土坡面,降雨强度对坡面的产流产沙量的影响大于降雨量,其坡面产流方式主要是蓄满产流,径流从沙层表面析出,携带少量泥沙;而覆沙厚度大于5 cm时,降雨量决定坡面的产流产沙量,降雨过程中形成沙土界面流,造成沙层前缘临空面坍塌,导致沙层越厚,沙盖黄土坡面的侵蚀越剧烈,径流和侵蚀速率变化越大。

(3)随雨强增大,坡面平均90 mm降雨量的产流、产沙总量均增大,且分布越集中。坡面90 mm降雨量的产流产沙总量随沙层厚度的变厚先增大后减小。在10°~ 20°坡面时,随着坡度的增大,坡面平均90 mm降雨量的径流和侵蚀总量增大,且分布越集中。各影响因素对90 mm降雨量的径流总量变化的贡献率为坡度(31.72%>降雨强度(18.09%>沙层厚度(17.27%),不可控因素对径流总量的影响很大,贡献率达32.92%。各因素对90 mm降雨量的侵蚀总量变化的贡献率为坡度(60.4%>降雨强度(11.11%>沙层厚度(10.95%),不可控因素的贡献率为17.55%

(4)60 min降雨的总径流量和侵蚀总量随着降雨强度的增加而增加。坡面60 min降雨总产流量随着沙层厚度的增厚先减小后增大,且坡面平均60 min径流总量越大,其分布越集中;沙层厚度越厚坡面60 min降雨的总侵蚀量越大,侵蚀越剧烈。10°~ 20°坡面时,随着坡度的增大,平均60 min降雨径流总量和侵蚀总量均增大,且分布越集中,但25°坡面平均60 min降雨的径流侵蚀总量在20°15°坡面之间。各影响因素对60 min降雨的总径流量变化的贡献率为降雨强度(83.27%>坡度(6.24%>沙层厚度(0.89%)。降雨强度绝对控制60 min降雨的总径流量。各影响因素对60 min降雨侵蚀总量变化的贡献率为降雨强度(52.20%>坡度(17.40%>沙层厚度(6.92%),不可控因素的贡献率为23.48%,说明产沙过程的复杂性。

(5)沙层较薄时,坡面土体内含水量对降雨响应较迅速,且坡面产流时所对应的含水量均较高;降雨强度越大,各坡面监测点对降雨强度的响应越迅速,坡面各监测点的含水量越大。老黄土层的饱和含水率为0.32左右,沙土界面处最大含水率为0.36左右,沙层的饱和含水率为0.34,即沙土界面处的最大含水量大于沙层和老黄土层。

6)覆沙厚度相同的黄土坡面,不同降雨强度下的坡面孔隙水压力相差不大。覆沙较薄(5 cm)坡面,降雨强度越大,坡体内孔隙水压力变化越剧烈;孔隙水压力变化的剧烈程度与土壤含水量相对应,土壤含水量越多,孔隙水压力变化越剧烈。坡度对产流时所对应的孔隙水压力、最大孔隙水压力和孔隙水压力变化量无显著影响。不可控因子对产流时各监测点所对应的孔隙水压力、最大孔隙水压力和孔隙水压力变化量等变化的贡献率最大,说明孔隙水压力对雨强、坡度及覆沙厚度变化反应不敏感。

MOST Discipline Catalogue农学
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.iswc.ac.cn/handle/361005/8838
Collection水保所2018--2019届毕业生论文
Recommended Citation
GB/T 7714
曹晓娟. 沙盖黄土坡面土壤侵蚀过程模拟研究[D]. 中科院说土保持与生态环境研究中心. 中国科学院大学,2019.
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