黄土坡面细沟与细沟间侵蚀比率变化规律研究

Abstract

坡面细沟侵蚀和细沟间侵蚀比率问题一直是坡面土壤侵蚀研究的难点问题，由于 传统研究方法的局限性，制约了这一问题的深入研究，因此利用新方法新技术对这一 问题进行深入研究，得到准确的坡面细沟侵蚀和细沟间侵蚀比率并分析其变化规律， 对坡面土壤侵蚀理论的深化、构建土壤侵蚀预报模型及评价土壤侵蚀的环境效应（如 农田非点源污染物的来源、估算与评价）有着重要科学意义。本研究分室内模拟降雨 和室外模拟降雨两部分，室内模拟降雨采用三维激光扫描仪对坡面进行监测，研究了 黄绵土坡面不同坡度（10&deg;，15&deg;，20&deg;，25&deg;）、降雨强度（90，120 mm.h -1 ）和坡长（5， 7 m）下细沟发育过程、形态特征及细沟与细沟间侵蚀比率变化规律。室外模拟降雨 利用 7 Be 示踪法对坡面进行监测，研究了不同坡度（10&deg;，15&deg;，20&deg;，25&deg;，30&deg;）、5 m 坡长下细沟与细沟间侵蚀比率变化特征，同时较深入的研究了次降雨过程中细沟与细 沟间侵蚀比率变化规律及其与径流、时间等的关系。主要结论如下： 1. 黄绵土坡面细沟侵蚀特征 随着坡度、降雨强度增大，坡面产流时间、细沟出现时间有减小趋势，断面流速 有增大趋势；随着降雨强度、坡度、坡长增大，坡面侵蚀率和产流速率明显增大，随 坡度变化规律不明显；总侵蚀量和总径流量随降雨强度增大而明显增大，5 m 坡长条 件下，总侵蚀量和径流量随坡度变化规律不明显，而 7 m 坡长条件下，总侵蚀量随坡 度增大而明显增大，径流量随坡度变化存在临界坡度；黄绵土坡面细沟形态变化受降 雨强度影响较小，受坡度影响较大。以 7 m 坡长为例，在 10&deg;，15&deg;坡度条件下，受溯 源侵蚀及沟道下切作用较强，形成的细沟长、窄、深；在 20&deg;，25&deg;条件下，受沟壁坍 塌作用影响较大，形成的细沟短、宽、浅。 2. 次降雨过程中泥沙颗粒组成变化侵蚀泥沙分形维数与黏粒、粉粒含量呈极显著正相关，与砂粒含量呈极显著负相 关；侵蚀泥沙分形维数随降雨强度增强有减小趋势，受坡度、坡长影响变化规律不明 显，在 5 m 坡长条件下，侵蚀泥沙分形维数随着降雨历时的延长有先降低后升高趋势。 7 m 坡长条件下，10&deg;、15&deg;坡度情况下，侵蚀泥沙分形维数随降雨历时变化规律不明 显，而在 20&deg;、25&deg;坡度情况下，侵蚀泥沙分形维数有随降雨历时增大趋势；坡度为 10&deg;的条件下，细沟出现后侵蚀泥沙分形维数明显小于细沟出现前，在坡度为 15&deg;、20&deg;、 25&deg;条件下，细沟出现后侵蚀泥沙分形维数明显高于细沟出现前。 3. 细沟与细沟间侵蚀比率变化规律研究 对于室内模拟降雨，利用稀土元素示踪法研究坡面细沟与细沟间侵蚀比率试验结 果与预想相差较大，具体原因还需进一步研究；对于室外模拟降雨，利用 7 Be 示踪法 计算次降雨过程中细沟间累计侵蚀量，发现细沟与细沟间侵蚀比率随降雨进行并不是 持续增加，而是先逐渐增加，到达临界点然后逐渐降低；采用多元回归方法对细沟与 细沟间侵蚀比率与坡度、降雨强度、径流的关系进行拟合，拟合函数为幂函数方程， 室内模拟降雨和室外模拟降雨拟合方程分别为： ， ；利 用 RUSLE 模型中计算细沟与细沟间侵蚀比率的方程进行计算，得出计算值与实测值 差异较大，说明 RUSLE 模型中计算细沟与细沟间侵蚀比率的方程在黄土高原不适用。 关键词：模拟降雨；细沟发育；分形维数；侵蚀比率；三维激光扫描仪； 7 Be 示踪</p