坡面流侵蚀与水动力学参数间关系的试验研究.pdf

《坡面流侵蚀与水动力学参数间关系的试验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第37卷第1期人民黄河Vo1．37．No．12015年1月YELL0WRIVERJan．，2015【水土保持】坡面流侵蚀与水动力学参数问关系的试验研究詹关礼，孙孝安，戴爽，盛金昌，罗玉龙(1．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；2．沂沭泗水利管理局，江苏徐州221018)摘要：坡面流侵蚀量与水动力学参数具有特殊关系，为建立侵蚀量与坡面流流速、剪切力和断面单位能量间的定量关系，通过室内人工降雨坡面流模型试验，针对不同坡比、不同降雨强度条件进行了坡面流流速、产沙率等要素的系统试验测量。利用参数分析法，通过标准差、变异系

2、数和决定系数之间的对比评价，优选出与侵蚀输沙相关程度较高的动力学参数。结果表明：坡面流剪切力线性关系式用于描述坡面流输沙的变化过程具有较好的模拟效果。关键词：坡面流；人工模拟降雨；动力学参数；坡面侵蚀中图分类号：TV131．3文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．10O0—1379．2015．01．025坡面流指降水扣除地面截留、填洼与下渗等损失1试验方法后在坡面上形成的一种浅层水流¨J，而沟蚀是指坡面流汇集成股流后，沿坡面剥蚀及输移土壤的一种侵蚀1．1试验材料方式J。坡面流形成后，在径流侵蚀力及土壤抗蚀力试

3、验中设计土槽长2．5Ill，宽0．5m，深0．65m；的综合作用下，坡面水蚀不断演变，径流产沙量及输沙土样为取自南京江心洲的沙壤土；通过在土槽中装填能力也在发生相应的改变J。在坡面水蚀方式演变一定量的土壤控制各级坡度。在试验前将所有自然风的同时，坡面流的流速及流态等水动力学参数也在不干后的土样过10mm土壤筛，再测其机械组成，土壤断变化着j，加之坡面微地形及土壤结构的影响，水机械组成见表1。表1试验土样机械组成动力学特性在时间及空间上存在差异性，进而又反作粒径d／mm>21—20．5～1o’25用于坡面水蚀过程，影响其演变

4、进程。0．5～。～％5

5、示径流剥蚀能25。及30。的裸坡，并在土坡坡脚集流口处采集水样。力的大小，Nearing等在变坡度水槽模型试验中得出降雨试验系统概化图见图1。降雨喷头采用工业除尘所用的广角实心锥形喷径流冲刷引起的土壤分离过程可以表示为径流剪切力头，其喷孔孔径分别采用0．79mm及1．20mm两种。的线性函数；降雨及径流具有的能量是侵蚀发生及演模拟降雨试验时长30min，降雨强度模拟实际降雨，在变的基础，土壤侵蚀过程的本质是能量不断转换和做选定的试验雨强下，30min降雨量分别达到了大雨及功的过程，从能耗角度出发，姚文艺等I9将土壤侵蚀暴雨

6、级别。结合试验设备情况，为了充分模拟不同级输沙过程表示为径流能耗的函数。不过，尽管关于坡别降雨下的坡面稳定性，选择各级别降雨下的2组雨面流侵蚀与其水动力学参数之问的关系有不少研究成强，即1．06m~min、1．16m~min(大雨)和果，但究竟用哪个参数来表征水动力学主导因子是最1．87m~min、2．62mm／min(暴雨)。为合适的，需要进一步研究，而坡面径流水动力学特性对侵蚀输沙过程有重要的影响，通过对两者关系的探收稿日期：2014—03_o4基金项目：国家自然科学基金资助项目(51079039，讨有助于加深水蚀发生

7、及演变机理的认识，为建立土51009053)。作者简介：詹关礼(1959一)，男，江西都昌人，教授，博士生导壤水蚀预报模型提供重要的理论基础。本研究通过人师，研究方向为渗流力学、地下水污染及控制技术。工降雨模型试验，对不同水动力学参数作为土壤侵蚀通信作者：孙孝安(1989一)，男，辽宁鞍山人，硕士研究生，研究方向为水力学及河流动力学。因变量的确定性问题进行初步评价。E—mail：sunxiaoanqq@163．com·99·人民黄河2015年第1期2沟蚀输沙率与动力学参数关系分析2．1平均流速对沟蚀输沙率的影响根据河流动力

8、学理论，众多研究者分析了平均流速与土壤颗粒起动的关系，其中以沙玉清为主要代表。～一一一一研究认为土壤颗粒的起动受水流紊动强度与泥沙自身特性的综合影响，坡面泥沙的输移主要与径流流速有关，并进一步指出断面平均输沙率与平均流速呈幂函数关系。根据试验资料，各坡度下不同雨强细沟流的平均流速见表2。从表2可见，同一