张晴雯[1]2001年在《细沟水蚀动力过程试验研究》文中提出过程预报模型方法是目前研究土壤侵蚀问题的最有效手段之一，可为水土保持实践提供科学依据，细沟侵蚀物理机理研究是过程预报模型的重要内容。 现有的土壤侵蚀过程预报模型虽然在概念上是以物理过程为基础的，但其数学表达式并非完全基于物理过程。水流输沙能力（T_c）尚不能经直接的实验测定与检验。要实现土壤侵蚀预报真正以物理过程为基础，模型中所涉及的参数应具有明确的物理意义，并力求给出力学表达式或由实验直接测量。 细沟中径流的产沙动态过程、水流对泥沙的剥离作用、水流的输沙能力是细沟土壤侵蚀的核心。根据细沟径流中的泥沙含量随水流路程增加并最终趋于稳定值—水流输沙能力这一事实，提出了一种室内水槽实验方法，即通过测量逐步增长的不同沟长中泥沙含量随沟长的变化，建立细沟中土壤侵蚀的动态过程关系，并用以确定侵蚀细沟水流输沙能力和水流对土壤剥蚀的定量关系。 采用黄土高原黄绵土，在实验室内用水槽进行了5（5°10°15°20°25°、3种流量（2L/min，4L/min，8L/min）下不同沟长（0.5，1，2，3，4，5，6，7，8m）时的细沟土壤侵蚀产沙的摹拟侵蚀试验。在给定的稳定水流条件下，测定（一系列）不同长度细沟中水流的产沙量，得到产沙量与细沟长度的对应关系。据此建立了侵蚀产沙量与沟长的函数关系：分析了产沙量随沟长、坡度和流量的变化趋势。 提出了由试验所得的泥沙含量与沟长关系数据来估计水流输沙能力的方法，并给出了相应的计算公式，得到了水流的输沙能力。而在某种沟坡条件下，细沟长度即使达到试验水槽长度时，水流中的泥沙含量仍未达到稳定。此时，可由试验测得的泥沙含量与细沟长度的对应关系，用一个恰当的数学表达式进行拟合。可用拟合得到的函数（在一定误差限下，如5％或10％）的极限值作为水流输沙能力的估计值。并且得出，输沙能力随坡度的变化较大，影响输沙能力的临界坡度在20°至25°之间；输沙能力随流量的变化则较小。 提出了一种利用上述试验数据计算含沙水剥蚀率的方法。通过分析剥蚀率与含沙量以及沟长的关系，得出剥蚀率与水流中的含沙量以及沟长有良好的相关关系，剥蚀率随载沙量的增加呈线性递减，随沟长的增加呈指数递减。 实验简化在土壤侵蚀模拟与试验中很重要。本次试验由于提出了一种新的试验方法，为了确保试验的精确和可信程度，试验次数达405次之多。尚需野外试验对所采用的方法进行检验。
雷廷武, 张晴雯, 赵军[2]2004年在《细沟水蚀动态过程的稳定性稀土元素示踪研究》文中研究指明本文利用稳定性稀土元素(RareEarthElement)REE示踪法探讨了坡面水蚀动态过程的试验方法,根据细沟侵蚀沿坡长的产沙特点,给出了元素的施放方法、施放深度和浓度的数学表述及计算方法,并进行了室内细沟侵蚀模拟实验。试验采用3个流量(2、4、8L min)5种坡度(5°、10°、15°、20°、25°),3次重复。试验采用8m土槽,分区段施用10种不同的稀土元素进行示踪,每个施放区长0 8m,宽0 1m,不同坡段根据侵蚀特点采用不同的施放深度。给出了根据收集到的侵蚀土壤样本中不同稀土元素的含量及总的土壤侵蚀量计算坡面不同部位的侵蚀产沙量的方法,由试验数据计算了不同水动力条件下的土壤侵蚀量沿细沟的分布,并分析了坡度和流量对坡面侵蚀量随坡长变化的影响。结果表明,REE示踪法可以示踪细沟土壤侵蚀的动态过程,且可保证一定的精度要求。由示踪方法得到的细沟土壤侵蚀量,在一定坡度和流量下,产沙量随着沟长的增加而增加,但增加的幅度越来越小,且渐趋于一个稳定值。侵蚀产沙量随着坡度和流量的增加而增加,但坡度较流量对产沙变化的影响更大。
黄钰涵[3]2016年在《紫色土侵蚀细沟输沙、剥蚀过程及与黄绵土的对比研究》文中认为紫色土是我国南方的主要土壤类型之一,是一种极易侵蚀的高生产力岩性土。该土壤具有质地松软、结构松散、易风化、抗蚀性较差、保水保土能力弱的特点,使得我国紫色土地区土壤侵蚀面积及强度仅次于北方的黄土。细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的重要组成之一,也是紫色土地区坡面水蚀的重要过程以及小流域泥沙的重要来源,并对流域地貌的发育和演化过程具有重要的潜在影响。最近几十年,关于细沟侵蚀的研究越来越丰富,但紫色土细沟侵蚀研究较少。因此,紫色土细沟侵蚀研究对科学与生产实际具有重要意义。1)本研究采用土槽模拟细沟侵蚀,研究紫色土细沟侵蚀沿程变化过程、及其与已完成研究的黄绵土侵蚀过程对比,并据此计算土壤剥蚀过程及其与含沙量和沟长的关系。试验数据涉及叁个流量水平:2,4和8 L min-1和5个坡度水平:5°、10°、15°、20°和25°。在细沟沟长为0~0.5 m、0.5~1 m、1~2 m、2~3 m、3~4 m、4~5 m、5~6 m、6~7 m、7~8 m、8~10 m及10~12 m间,分段测量侵蚀体积,根据出口处侵蚀泥沙量,计算得到细沟侵蚀分布过程,并用于后续计算剥蚀过程。结果表明:2)紫色土细沟累积侵蚀泥沙量及水流含沙量与细沟沟长的关系可以用指数函数较好地拟合,累积侵蚀量与水流含沙量随细沟沟长的增加而增加,但增加的趋势逐渐变缓,最终趋于一个稳定值。这种变化趋势在陡坡和大流量条件下更为明显,且累积侵蚀量与水流含沙量的稳定值随坡度和流量的增大而增大。通过多元回归分析得出试验设置的两个变量因子坡度与流量对输沙过程的影响,坡度的变化对输沙过程的影响更为明显。黄绵土水流含沙量的沿程变化趋势与紫色土相似,将两种土壤的研究结果进行对比,两者因土壤结构不同导致黄绵土水流可搬运泥沙量较紫色土多,而两者水流中泥沙增加速率基本相同。3)通过紫色土细沟水流含沙量随细沟沟长变化拟合所得参数,推导计算出不同水力工况条件下紫色土细沟侵蚀输沙临界坡长。在坡度较缓(5°、10°)时,即使在大流量条件下,紫色土输沙临界坡长仍较长,范围在11~19m。在坡度较陡时(15°、20°、25°)时,输沙临界坡长就表现较为稳定都集中在4~5m之间。紫色土细沟剥蚀率随细沟沟长的增加呈指数下降,随水流含沙量的增加呈线性减少。此规律在陡坡和大流量条件下更明显。细沟剥蚀率稳定峰值随坡度和流量的增大而增大,且减少至最低值(0左右)的速率加快。说明了当细沟下垫面土壤类型确定,在确定的坡度和流量条件下,细沟起始段大部分能量用于泥沙剥蚀作用,即此时具有最大剥蚀能力,剥蚀率最大。随细沟沟长增加,能量逐渐从大部分用于剥蚀作用转化为半剥蚀半运输泥沙,到了细沟后半段,大部分能量用于已剥蚀泥沙的运输,接近水流可承载的最大含沙量,此时剥蚀能力最小,剥蚀率趋近于0。同时通过模型公式指出细沟剥蚀率是坡度、流量、细沟沟长和水流含沙量的函数,很好地得出紫色土细沟剥蚀过程的特征规律。黄绵土与紫色土细沟剥蚀过程变化趋势大致相同,因紫色土黏粒含量多,极易形成团聚体结构,相对黄绵土颗粒大,不易被水流搬运,所以从剥蚀过程看黄绵土剥蚀泥沙量较紫色土高,但两种土壤基本在相似沟长位置达到其水流的饱和泥沙含量,即水流输沙能力。4)研究从细沟剥蚀率的定义出发,根据细沟输沙过程所得结果推导计算了细沟剥蚀率的解析值。将计算得到的细沟剥蚀率解析值与相应试验值进行对比,结果说明试验值与解析值有高度的一致性,由此论证了解析公式推导的正确性,为估算细沟剥蚀率提供了一种新思路。
常平, 李晓丽, 李明玉, 陈溯航, 邬尚贇[4]2019年在《砒砂岩坡面薄层水流水力冲刷特性试验研究》文中认为试验利用室内变坡度水槽,选取5种(5°,10°,15°,25°,35°)坡度和5种(280,420,550,650,900 L/h)流量进行25组迭加组合模拟室内薄层水流冲刷试验.结果表明:坡度一定时,冲蚀率随流量递增,增长幅度受坡度影响,在15°～35°存在着临界坡度值;无降雨条件下小于临界坡度时,冲蚀率与能坡之间满足多项式关系;冲蚀过程中坡面薄层水流流态属于层流中的急流,冲蚀细沟的产生与水流弗罗德数和雷诺数有关;小于10°时,水流剪切应力和水流功率不受流量的影响,小于420 L/h时,坡度的影响也并不是特别明显,坡度对流速的影响大于流量的影响,这导致了坡度对单位水流功率的影响更大;单宽流量与能坡对冲蚀率的影响较大,并建立了冲蚀率的拟合模型,此模型可以满足砒砂岩大角度的冲刷.
参考文献：
[1]. 细沟水蚀动力过程试验研究[D]. 张晴雯. 西北农林科技大学. 2001
[2]. 细沟水蚀动态过程的稳定性稀土元素示踪研究[J]. 雷廷武, 张晴雯, 赵军. 水利学报. 2004
[3]. 紫色土侵蚀细沟输沙、剥蚀过程及与黄绵土的对比研究[D]. 黄钰涵. 西南大学. 2016
[4]. 砒砂岩坡面薄层水流水力冲刷特性试验研究[J]. 常平, 李晓丽, 李明玉, 陈溯航, 邬尚贇. 排灌机械工程学报. 2019
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