土壤结皮坡面流水动力学特征-IngentaConnect.PDF

第 30 卷 第 1 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.1 2014 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2014 73 土壤结皮坡面流水动力学特征 ※ 吴秋菊，吴发启 ，王林华 （西北农林科技大学资源环境学院，杨凌 712100 ） 摘 要：为了深入探讨土壤结皮对侵蚀的影响机制以及两者之间的关系，以 10°坡为例，在变流量（1.0，1.4，2.0 ， 2.4 和 2.8 L/min ）条件下进行室内冲刷试验，研究土壤结皮坡面径流水动力学特征（平均流速、平均径流深度、 雷诺数、水流剪切力、水流功率、阻力系数）并分析坡面流水动力学参数与土壤侵蚀量的关系。结果表明，土壤 结皮对坡面流水动力学参数影响显著。土壤结皮坡面雷诺数始终小于 500，坡面流流态为层流；土壤结皮坡面具 有较大坡面流流速，较小径流深度、水流剪切力和水流功率。结皮坡面的土壤侵蚀量明显低于无结皮坡面的土壤 侵蚀量。土壤侵蚀量与坡面水动力学参数相关关系显著（相关系数 R0.90 ），土壤侵蚀量与雷诺数呈线性正相关， 与水流剪切力、水流功率的对数呈线性正相关，与阻力系数呈线性负相关。因此，在本研究中，单纯从径流冲刷 侵蚀的角度土壤结皮的存在有利于减小坡面土壤侵蚀量。由于降雨因素对土壤结皮的侵蚀效应影响较大，将雨滴 打击与径流冲刷相结合才能更好地研究土壤结皮对侵蚀的影响机制。 关键词：土壤，流量，水动力学，结皮，水流功率，水流剪切力，阻力系数 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.01.010 中图分类号：S157 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-01-0073-08 吴秋菊，吴发启，王林华. 土壤结皮坡面流水动力学特征[J]. 农业工程学报，2014，30(1)：73－80. Wu Qiuju, Wu Faqi, Wang Linhua. Hydrodynamic characteristics of overland flow under soil crusts condition[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 73 －80. (in Chinese with English abstract) 相同的条件下，有前期表土结皮坡面的径流量、产 0 引 言 沙量较无结皮坡面分别增加 6～25 倍和 7～50 倍。 干旱半干旱地区土壤有机质含量较低，粉砂含 其试验资料表明土壤结皮使入渗率降低，从而引起 量较高，团聚体稳定性较差，在坡耕地上，降雨打 坡面强烈冲刷，产生细沟侵蚀，最后使坡面径流系 击过程中地表土壤结皮的形成是一种常见现象。土 数、累计径流量、侵蚀模数和累积产沙量会比前期 壤结皮存在改变表土性质（增大土壤密度、降低饱 没有结皮的情况增加数倍至数十倍。程琴娟[2-3]认为 和导水率、提高土壤抗剪强度等）、影响产流时间、 表土结皮在增加径流量同时，又增强径流携带物质的 径流量和径流水动力学特征等，从而成为土壤侵蚀