论文部分内容阅读
黄土高原水土流失是造成本区资源破坏、生态环境恶化、粮食减产的主要原因之一,由此引起的土壤侵蚀规律研究也一直受到人们的重视。在次基础上,本论文分别在黄土高原南部(淳化)、中北部(安塞)地区,通过野外人工模拟降雨侵蚀实验,应用水文学、水力学、统计学原理,探讨了黄土高原坡耕地超渗产流及作用。 各因子对黄土高原产流的作用效应是:对起流历时而言,它主要受耕作措施影响最大,并且具有正相关特征;随雨强、前期含水量、坡度的增大呈减小趋势,且雨强的作用较大。对径流模数而言,雨强对产流入渗作用显著,是影响产流入渗的最首要的因子;耕作措施与产流关系密切,它的作用是改变坡面微地形,增加了地表糙率,能够显著减小产流;前期含水量对产流影响较大;坡度是最不显著因子。此外,在确定定义域的前提下,不仅探讨了各因子与起流历时、径流模数的最优数学模型。而且对黄土区坡耕地产流特征值给出了综合因子预报模型。 各因子对黄土高原产沙的作用效应不同:在南部地区,雨强、坡度是影响产沙的主要因子,随着雨强、坡度的增加,产沙量也呈增加趋势。在中北部地区,单宽径流量与产沙关系密切,其次是前期含水量,而其他因子均以洞穴侵蚀的影响对产沙的作用受到限制。在确定定义域的前提下,给出了各因子与产沙模数的回归关系式后;并对黄土区产沙总结出一侵蚀预报模型。 应用研究产流的基本方法和原理,分析坡耕地产流量、产流过程,推导适合黄土区坡耕地产流量的模型。通过对微元面积上的流量进行积分,可以求出各时刻的瞬时流量和累积流量。对已有的各种产流量模型利用实验数据进行试算和检验,结果用本论文建议公式效果最好。 坡耕地径流从形态上分析:等高垄作措施下水流具有明显的紊流特征;直线坡、锄耕地、顺坡耕作情况下形成所谓的“搅动层流”。从流态上考虑,淳化地区锄耕地最有可能不发生急流和临界流,顺坡耕作发生急流和临界流的频率最大,直线坡居中,且以缓流为主,等高垄作则完全是急流。安塞地区不论何种耕作措施水流以急流形式出现。 坡耕地土壤发生产流时,总有一被水饱和的薄层土壤存在,厚度在2-5mm之间变动。产流方式属于表层土壤饱和情况下的超渗产流。 研究黄土区裸露坡面上产流产沙的降雨临界阀值,给出不同坡度的指标。发生产流的平均临界雨强为0.121mm/min,平均临界降雨量为9.325mm,平均临界时刻是77.8min。而侵蚀临界值平均雨强为0.412mm/min,平均降雨量为19.85mm。上述降雨临界值,与其他地方的研究成果较接近。 对黄上区水土保持径流实验站的天然降雨资料进行统计分析,引起产流的平均雨强是 0.064mmjmin,平均最大雨强是 0.470mmjmin;引起产沙的平均雨强是0刀72wtmin,平均最大雨强是0.325mln/min。与采用均匀雨强进行实验获得的数据及其他研究成果相比,由于雨强随时间的不断变化,各径流站统计平均雨强成果偏小。但引起产沙的平均最大雨强与由均匀降雨实测的实验数据较为接近,说明天然一场降雨造成的土壤侵蚀主要是在最大雨强阶段形成的。 通过大量实验得出:在相同情况下,安塞地区径流量、侵蚀量比淳化地区小。径流量、产沙量过程随雨强变化显著,随坡度也有增加趋势。同时,含沙量在15度以上随时间减小,含沙量均值随坡度增加。 在一定实验条件下,流量均随雨强、坡长增加。输沙率随雨强、坡长变化复杂。含沙量随坡长、时间增加含沙量减小。累积产沙量随坡长变化不显著,整个径流过程以侵蚀为主。 径流对土壤冲刷的分选作用随时间变化复杂,冲刷颗粒主要为中、小粒级。把安塞、淳化两地产流前、后机械组成进行比较,安塞变化较淳化显著。