论文部分内容阅读
黄土坡面侵蚀及径流溶质的迁移过程是一个复杂的物理化学过程，它受到诸多因素的影响，对其的研究涉及到土壤学、生态学、水文学、水力学、环境科学等多种学科，需要多学科间的相互交叉、渗透和高层次的综合。以黄土高原地区为研究背景，开展黄土坡面侵蚀及溶质迁移方面的研究工作，不仅有利于揭示坡面物质迁移的内在机理，而且为调控坡面物质迁移过程提供理论基础，因此对于黄土高原地区生态环境治理有着重要的现实意义。本文采取理论分析与试验研究相结合的方法进行了深入研究，主要结论如下：
(1)在坡度一定的情况下，上方来水流量越大黄土坡面侵蚀的径流量也越大，相同放水历时内的侵蚀泥沙量也越多，而且侵蚀泥沙量随放水时间的波动变化也越强烈。不同上方来水流量下径流溶质Br-的浓度随时间的变化呈现幂函数变化过程。
(2)对于上方来水和降雨共同作用下的黄土坡面侵蚀特征而言，当上方来水流量较小(为10 L/min、20 L/min)时，对径流和泥沙影响起决定作用的因素是上方来水流量和降雨强度，而在上方来水流量较大(为30 L/min、40 L/min)时，对于径流和泥沙影响起决定作用的因素主要是上方来水流量。在降雨强度相同的情况下，径流量、泥沙量、径流Br-的质量都是随上方来水流量的增加而增加。
(3)通过分析坡面水流的水动力特征，结果表明坡面水流的平均流速与总有效供水流量之间呈较好的幂函数关系，雷诺数Re随着总供水强度的增加而增大。坡面水流的雷诺数变化范围是239～1221，坡面水流的流态从层流逐渐过渡到紊流状态；坡面水流费汝德数的变化范围是1.84～3.83，坡面水流均为急流。坡面水流的阻力系数f随着雷诺数Re的增大而增大，阻力系数f与雷诺数Re呈较好的幂函数关系。
(4)碎石覆盖减小径流和侵蚀泥沙的效果显著，有碎石覆盖的撂荒草地比无碎石覆盖的撂荒草地，径流减少18.3％～29.4％、侵蚀泥沙减少12.6％～37.7％。碎石覆盖减小径流溶质Br-的效果也很显著，有碎石覆盖的撂荒草地比无碎石覆盖的撂荒草地径流溶质Br-的平均浓度减少27.1％～83.6％。相同的碎石覆盖度下撂荒草地的坡面侵蚀中，碎石单元类型的底截面积大的要比底截面积小的减少径流效果大、减少泥沙效果小。在撂荒草地坡面上增加碎石覆盖，坡面汇流水流的平均流速减小，平均水深增大，而对雷诺数Re影响变化不大。碎石覆盖增加平均糙率的效果显著，有碎石覆盖的撂荒草地比无碎石覆盖的撂荒草地平均糙率增加35.6％～96.3％。
(5)坡面地表状况(人工裸地坡面、撂荒草地、有碎石覆盖的撂荒草地)的改变对于侵蚀量及坡面水流的水动力学参数均有着显著的影响。糙率系数与平均水深之比(n/h)可以作为一个较好的反映不同坡面地表状况下坡面侵蚀量及径流溶质迁移量变化的水动力学指标参数。不同坡面地表状况下，坡面平均径流率、平均产沙率、Br-的平均流失率、Br-的相对流失量均随糙率系数n和平均水深h之比(n/h)的增加而减小，但呈现不同函数变化特征。