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片蚀与细沟侵蚀作为土壤坡面侵蚀演变过程的主要侵蚀方式,定量研究片蚀与细沟侵蚀在饱和土壤坡面侵蚀演变的产流产沙过程,对坡面侵蚀过程机理的深入认识及水土流失的综合防治具有重要意义。紫色土作为我国西南地区重要的土壤类型之一,其具有良好的入渗性能,同时,坡耕地中作物根系腐烂形成的根孔和虫孔等大孔隙引起的优先流,进一步增加水流入渗。但耕层下存在的弱透水层透水性差,阻碍入渗水流向下运动,在多雨季节,耕层土壤易于饱和。与非饱和土壤相比,紫色土处于饱和状态时,土壤颗粒之间的粘结力骤减,土壤抗剪切力下降,不仅会加剧坡面片蚀与细沟侵蚀,同时会显著影响片蚀和细沟侵蚀的交互作用,进而改变坡面侵蚀过程。目前关于饱和紫色土坡面侵蚀的相关研究主要集中在片蚀或细沟单一侵蚀方式下的产流产沙规律及影响机制等方面,对于饱和紫色土坡面片蚀-细沟侵蚀演变过程与量化区分片蚀和细沟侵蚀阶段的产流产沙量的研究较少。鉴于此,通过室内人工模拟降雨试验结合饱和供水装置和坡面片蚀-细沟侵蚀演变过程的片蚀与细沟侵蚀区分试验装置,确定了饱和紫色土坡面片蚀向细沟侵蚀演变的临界条件,基于临界条件构建片蚀与细沟侵蚀量化方法,量化了片蚀和细沟侵蚀阶段的产流产沙量及其对产流产沙总量的相对贡献比,明确了片蚀和细沟侵蚀阶段产流产沙量的差异,阐明了降雨强度和坡度对片蚀和细沟侵蚀阶段产流产沙量的影响机制,系统分析了饱和紫色土坡面片蚀-细沟侵蚀演变过程特征,在此基础上,构建了较为准确的饱和紫色土坡面片蚀-细沟侵蚀演变过程的产流产沙量预测模型,主要研究结论如下:(1)饱和土壤坡面片蚀向细沟侵蚀演变的临界坡长范围为8.00-0.94 m,饱和土壤坡面片蚀向细沟侵蚀演变的临界坡长随坡度与降雨强度的增加呈减小变化趋势,坡度与降雨强度对临界坡长的贡献度分别为58.92%和44.18%,坡度对临界坡长的影响大于降雨强度对其影响。饱和土壤坡面片蚀与细沟侵蚀阶段的累积径流量和累积侵蚀量可以通过模型法与解析法准确计算,模型法得到的片蚀阶段累积径流量和累积侵蚀量与实测法得到片蚀阶段的累积径流量和累积侵蚀量拟合直线斜率分别为0.98和1.02,决定系数(R~2)分别为0.98和0.98,解析法得到细沟侵蚀阶段的累积径流量和累积侵蚀量与数值法和体积置换法得到数据拟合直线斜率分别为0.94和0.96,决定系数(R~2)分别为0.92和0.98,拟合效果较好,片蚀与细沟侵蚀量化方法较为准确。(2)饱和土壤坡面侵蚀演变过程的片蚀与细沟侵蚀阶段的累积径流量与累积侵蚀量随坡度、降雨强度和临界坡长的增加呈波动递减和增加变化趋势;不同降雨强度和坡度工况条件下,饱和土壤坡面片蚀阶段的径流贡献率与侵蚀贡献率分别在100%-7.45%和100%-2.34%之间,细沟侵蚀阶段的径流贡献率与侵蚀贡献率分别为0%-92.55%和0-97.66%,片蚀阶段的径流贡献率和侵蚀贡献率与细沟侵蚀阶段的径流贡献率与侵蚀贡献率为此消彼长的关系;在大多数降雨强度和坡度工况条件下,饱和土壤坡面细沟侵蚀阶段的单位面积径流量、单位面积侵蚀量和水流含沙量分别是片蚀阶段的0.96-1.65、2.32-5.24和1.18-3.65倍,且倍数关系随着降雨强度和坡度增加而增大。饱和土壤坡面片蚀与细沟侵蚀阶段的单位面积径流量、单位面积侵蚀量和水流含沙量受降雨强度和坡度共同作用的影响,其与降雨强度和坡度之间呈线性函数、幂函数及对数函数增加变化趋势。(3)饱和土壤坡面片蚀-细沟侵蚀演变过程的径流量、侵蚀量和水流含沙量的范围分别在4.43-54.96 L、1.24-54.44 kg、0.13-0.94 kg L-1之内,径流量、侵蚀量和水流含沙量随坡长的增加呈线性函数、幂函数和指数函数增加趋势,坡度和降雨强度对饱和土壤坡面片蚀-细沟演变过程的径流量、侵蚀量与水流含沙量的沿程分布具有正向效应。小坡度小降雨强度工况条件下,径流量、侵蚀量和水流含沙量的沿程分布的增加幅度不明显。在大坡度大降雨强度工况条件下,径流量与侵蚀量的沿程分布的增幅更加显著。而水流含沙量达到最大含沙量时,其增幅趋于平缓。(4)不同降雨强度和坡度工况条件下,片蚀与细沟侵蚀阶段的累积径流量和累积侵蚀量与坡度、降雨强度和临界坡长之间的关系可以很好地用幂函数模型预测。片蚀阶段的累积径流量和累积侵蚀量与坡度、降雨强度和临界坡长呈正相关关系;细沟侵蚀阶段的累积径流量和累积侵蚀量与坡度和降雨强度呈正相关关系,而其与临界坡长呈负相关关系。饱和土壤坡面片蚀-细沟侵蚀演变过程的径流量、侵蚀量和水流含沙量与降雨强度和坡度的关系可以用多元非线性回归模型进行预测。模型法得到的片蚀-细沟侵蚀演变过程的径流量、侵蚀量与水流含沙量与实测法得到的数据进行拟合,拟合直线斜率分别为1.03,1.08和0.92,决定系数(R~2)分别为0.98、0.98和0.90,拟合效果较好,饱和土壤坡面片蚀-细沟侵蚀演变过程的产流产沙模型较为准确。研究结果为揭示坡面侵蚀机理、有效防治片蚀向细沟侵蚀演变与坡耕地水土流失综合防治提供理论基础和参考依据。