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细沟侵蚀是坡耕地时常发生的一种侵蚀形式。细沟侵蚀对坡面土壤侵蚀产沙有重要贡献,而且是坡面侵蚀由面蚀向沟蚀发展的过渡。对细沟侵蚀的研究有助于防治坡耕地的土壤侵蚀,发展农业生产,并是研究坡面土壤侵蚀发展过程的基础。细沟侵蚀影响因素的研究是对细沟侵蚀过程进行把握的必要途径,有关的研究已吸引了很多学者的研究。本文采用杨凌塿土,在中科院水保所降雨大厅内用两种土槽(5m×1m,10m×1.5m)进行了四个坡度(10°、15°、20°和25°),两种雨强(1.5mm/min×60min,2mm/min×45min)的细沟土壤侵蚀产沙的纯净水模拟侵蚀试验,通过对试验数据的分析,分别探讨研究了坡度、坡长及雨强对坡面细沟侵蚀过程的影响效应,并对其中的交互效应进行了初步尝试分析。论文主要结论如下:
(1)研究了坡度对细沟侵蚀的影响。试验结果显示,坡面侵蚀量发生转折的临界坡度为21°~26°;坡面产流量的临界坡度在15°附近;而细沟间流速的峰值随着水流流动距离的延长而从15°移至20°;而细沟流速与坡面径流量类似在15°附近从增加转为减小。坡面产流量和坡面水流速度的临界坡度相近并存在关联,但却小于侵蚀量发生变化的临界坡度,这是本文在坡度影响效应研究中发现的一个新意之处。另外,坡面产流时间与坡度无关,但是跌坎产生所需时间则随着坡度的增大而缩短。
(2)研究坡长对细沟侵蚀的影响效应。坡面单宽产流速率随着坡长的增加而显著提升,而这个提升的幅度又与坡度及雨强有关。而本文对坡长效应的研究工作主要内容及新颖之处在于:发现随着坡长的延长,细沟间片流与流动距离呈极显正相关,细沟内股流在1~5米坡段内与距离存在显著的正相关,而超过5米后细沟流速与距离无关;而在5m处和10m处的径流含沙量并无显著差异;同时作者尝试着从径流能量分配的角度定性地分析了坡面流速与径流含沙量之间的关系。
(3)研究雨强对细沟侵蚀的影响效应。降雨强度的增加使坡面产流时间缩短,产流速率增加,并提升了坡面水流的流动速度。而在降雨量相同的前提下,降雨历时对坡面总产流量的影响不容忽视,大雨强并不一定带来较多的坡面产流。坡面产沙量随降雨强度的增加而显著增多。在大雨强的作用下,坡面形成跌坎所需的时间缩短,坡面水流的含沙量达到稳定状态所需的时间随着雨强的加大而缩短,侵蚀过程中没有发生崩塌现象的情况下,含沙量不会发生剧烈的变化。本文对雨强影响效应的研究工作的新意之处在于发现降雨强度的增加,无论是细沟间还是细沟内水流的雷诺数均随之增加,水流的紊乱性加大,使坡面细沟的发育形态呈现树枝状。
(4)交互效应分析是本文的新意之处,较为全面地讨论了坡度、坡长及雨强是否对坡面细沟侵蚀过程中的产流、产沙及流速方面存在交互效应。以单宽产流速率作为试验中坡面产流的表征指标,对其有显著影响效应的是雨强的正效应、坡度负效应,以及坡长坡度的正向交互效应。含沙量的变化是由雨强及坡度共同作用的结果,而坡长对含沙量未有显著影响。雨强、坡度、坡长对细沟间片流流速均有显著的正向影响,交互效应对细沟间片流没有显著影响;细沟间水流的变化中不仅有雨强、坡度、坡长的正向的主效应,还有坡度坡长的交互效应也对其显著影响,且此交互效应表现为负。