土壤结构体对工程堆积体坡面侵蚀产沙及微地形的影响.pdf

摘 要 摘 要 土壤结构体是指土壤颗粒通过各种团聚作用而形成的不同形状、大小的土块和土 团 （粒径＞0.5 cm ），存在于土表中较大粒径的块状结构体对土壤入渗、产流产沙具有 一定的影响。本文以含土壤结构体和过筛土壤两种下垫面的锥状工程堆积体为研究对 象，通过连续多场人工模拟降雨试验研究土壤结构体对坡面侵蚀产沙的影响，扫描分 析次降雨前后坡面微地形的变化特征；同时利用野外监测数据对工程堆积体水土流失 测算模型进行初步验证。通过研究，得到以下结论： （1）土壤结构体的存在减小坡面流速、径流率，延长坡面产流时间；两种堆积体 坡面流速和径流率均随时间呈 “快速增加—缓慢增加—稳定波动”的变化趋势；过筛 土壤堆积体坡面剥蚀率随时间呈“快速增大—稳定波动”的变化趋势，含土壤结构体 坡面在前两场次降雨中剥蚀率随时间变化表现为先增大后减小，存在明显峰值，第三 场次降雨中剥蚀率随时间波动增加；土壤结构体的存在增加坡面侵蚀量，其坡面侵蚀 量是过筛土壤坡面的 1.15～3.31 倍；与过筛土壤坡面相比，含土壤结构体坡面侵蚀临 界动力参数减小、土壤可蚀性参数增大，更易被径流冲刷侵蚀。 （2 ）土壤结构体的存在增大了坡面初始地表地形起伏程度；连续降雨后，过筛土 壤坡面各地形因子均有不同程度增长，影响最大的是第一场降雨；含土壤结构体坡面 地表糙度增大，地表切割度和起伏度减小，影响最大的是第二场降雨；随降雨强度和 降雨场次的增加，地表糙度呈增大趋势；在初始坡面处理相同的条件下，降雨前后微 地形因子变化量与产流产沙参数之间呈显著正相关，可以通过微地形因子的变化量来 测算坡面侵蚀过程中的水土流失量。 （3 ）将野外工程堆积体在侵蚀性降雨中产沙量实测值和模型预测值进行对比，验 证结果显示 87.5%的误差值在-20.0%～20.0% 的范围内，误差平均值为-2.17% ，由此可 以认为模型的预测精度与实际相符，模型适用性较强。 关键词：工程堆积体；土壤结构体；微地形；模型验证 I 目 录 目 录 摘 要I ABSTRACT III 第一章 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的和意义 2 1.3 国内外研究综述 2 1.3.1 土壤结构体概念 2 1.3.2 工程堆积体坡面侵蚀研究 3 1.3.3 地表微地形与土壤侵蚀 5 1.3.4 土壤侵蚀测算模型研究 6 第二章 研究内容与方法 9 2.1 研究内容 9 2.1.1 土壤结构体对坡面侵蚀的影响 9 2.1.2 降雨过程中坡面微地形变化 9 2.1.3 工程堆积体水土流失测算模型的验证 9 2.2 试验设计 9 2.2.1 室内模拟降雨试验 9 2.2.2 野外观测试验 12 2.3 技术路线 14 第三章 土壤结构体对工程堆积体坡面侵蚀的影响 15 3.1 堆积体坡面径流特征 15 3.1.1 产流时间 15 3.1.2 坡面流速的变化 16 3.1.3 坡面径流率的变化 18 3.2 堆积体坡面产沙特征 20 3.2.1 剥蚀率的变化 20 3.2.2 侵蚀量的变化 22 3.3 堆积体坡面流水动力学特征 23 3.4 本章小结 25 V