探析坡面薄層水流水力特性試驗(yàn)的條件

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1、探析坡面薄層水流水力特性試驗(yàn)的條件探析坡面薄層水流水力特性試驗(yàn)的條件坡面水流主要指的是大氣降水或冰山融雪后產(chǎn)生的水流在自身重力的作用下沿著坡面向下運(yùn)動(dòng)的薄層水流，是形成河道水流的主要部分，有時(shí)也稱(chēng)為片流或漫流。坡面水流的流態(tài)和徑流常被用來(lái)表示薄層坡面水流的動(dòng)力學(xué)特征[1]。由于坡面水流的流態(tài)歸屬于坡面薄層水流的研究領(lǐng)域，因此與土壤、植被環(huán)境、降雨及其沖刷的坡溝細(xì)度、密度等參數(shù)有著十分密切的關(guān)系[2-4]，其中的相關(guān)參數(shù)不同會(huì)使得坡面薄層水流的流態(tài)發(fā)生較大改變。一些研究人員認(rèn)為坡面地表的徑流既是地表徑流的匯集演進(jìn)過(guò)程

2、，也決定坡面土壤侵蝕發(fā)生的過(guò)程和侵蝕量[5]。探析坡面薄層水流水力特性試驗(yàn)的條件，當(dāng)水流侵蝕能力超過(guò)土壤抗蝕性后就可能發(fā)生跌坎并產(chǎn)生細(xì)溝，形成坡面細(xì)溝流，最終可出現(xiàn)淺溝和切溝流[6]。坡面薄層水流所流過(guò)的土壤表面的粗糙度對(duì)坡面水流流態(tài)變化也會(huì)有所影響，且這種影響引起的水流動(dòng)力學(xué)相關(guān)的特征變化也比較明顯?，F(xiàn)在也用糙率表征水流床面的粗糙度，它也是坡面水流水動(dòng)力學(xué)特性的直接影響因素，糙率又稱(chēng)為有效糙率[7，8]。當(dāng)前大部分研究是針對(duì)坡面水流在沒(méi)有植被覆蓋的裸土表面上展開(kāi)[3]，隨著坡面粗糙程度不同引起的水流水力學(xué)特性的研

3、究相對(duì)較少。很多研究者認(rèn)為粗糙床面主要是通過(guò)增加水流流過(guò)的阻力使得包含薄面水流的近壁水流流區(qū)發(fā)生變化[9]。探析坡面薄層水流水力特性試驗(yàn)的條件，本研究通過(guò)對(duì)不同粗糙流床展開(kāi)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得出粗糙度不同的土壤坡面水流的水流特性，以期為坡面水流的侵蝕研究以及坡面水流水動(dòng)力學(xué)研究提供理論基礎(chǔ)。1試驗(yàn)方法1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)際中坡面上的水流大多數(shù)是流床發(fā)生變化的非恒定水流，其流動(dòng)過(guò)程中的有關(guān)流態(tài)參數(shù)也不斷發(fā)生變化，要直接進(jìn)行比較全面的觀(guān)測(cè)非常困難，因此可以對(duì)其進(jìn)行定量描述。本試驗(yàn)將坡面薄層水流看作二維水流，采用

4、專(zhuān)門(mén)的坡面流設(shè)計(jì)定床阻力試驗(yàn)，沿水力方向設(shè)置5個(gè)觀(guān)測(cè)斷面，對(duì)水深和流速進(jìn)行觀(guān)測(cè)記錄。1)試驗(yàn)用的水槽為5mm厚的有機(jī)玻璃制作，長(zhǎng)600cm，寬60cm，深20cm，其底板的坡度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，變化范圍在0°～15°。在供水箱設(shè)置閥門(mén)和試驗(yàn)水槽連接，加上自來(lái)水的閥門(mén)，共設(shè)置5個(gè)調(diào)流閥門(mén)，穩(wěn)流板2道，讓水流比較平緩地流進(jìn)試驗(yàn)水槽。考慮到薄面水流的水力學(xué)特性受邊界條件影響較大，為使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為精確，需要對(duì)出口的流速進(jìn)行控制，保證水流平緩穩(wěn)定，因此在出口水箱中設(shè)置穩(wěn)流板和溢流板。2)為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)

5、在人工粗糙流床進(jìn)行，選取坡度為3°、6°、9°、12°、15°[10]，同時(shí)在流床底部用油漆黏上自然級(jí)配粒徑均勻的沙粒，形成沙粒糙度。3)由于研究坡面薄層水流的主要應(yīng)用是為水土流失提供理論支持，因此流量不應(yīng)該超出實(shí)際降雨量的范疇。為了能達(dá)到試驗(yàn)的要求，試驗(yàn)水流的單寬流量分別設(shè)置為5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、20.0、25.0、30.0、40.0、60.0、90.0L/min。淺談河南省畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染現(xiàn)狀的研究隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，國(guó)民食物結(jié)

6、構(gòu)發(fā)生了顯著改變。人們對(duì)肉、蛋、奶等畜禽產(chǎn)品消費(fèi)量增加，畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到了迅速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，集約化程度不斷擴(kuò)大，畜禽養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也日益突出，對(duì)人類(lèi)、其他生物和畜禽自身生活所造成的威脅也愈來(lái)愈突出，已經(jīng)成為中國(guó)繼工業(yè)污染后的第二大污染源[1]。1畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀畜禽養(yǎng)殖業(yè)是河南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的42%，部分縣的畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的一半以上，在河南省農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民收入中占有重要地位。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，畜禽糞污產(chǎn)生量也不斷增加，隨之帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題也變得日益突出[

7、2，3]。李海鵬等[4]的研究按農(nóng)業(yè)面源污染將我國(guó)內(nèi)陸31個(gè)省市自治區(qū)分為三類(lèi)：Ⅰ類(lèi)地區(qū)各項(xiàng)農(nóng)業(yè)面源污染均較多，其中農(nóng)藥污染最為嚴(yán)重;Ⅱ類(lèi)地區(qū)水土流失污染最為嚴(yán)重;Ⅲ類(lèi)地區(qū)畜禽污染最為嚴(yán)重，農(nóng)資污染也較多，如圖1所示。其中河南省屬于畜禽廢棄物污染較嚴(yán)重類(lèi)型。20002011年河南省畜禽養(yǎng)殖業(yè)和肉類(lèi)總量有了較快的增長(zhǎng)(圖2、圖3)，伴隨而來(lái)的畜禽廢棄物產(chǎn)生量也相應(yīng)快速增長(zhǎng)。采用國(guó)家環(huán)保總局推薦的排泄系數(shù)法，以2012年河南省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算得出2011年河南省畜禽糞便年產(chǎn)生量為18890.80萬(wàn)t，其中糞產(chǎn)

8、生量為12317.24萬(wàn)t，尿液產(chǎn)生量為6573.56萬(wàn)t，CODCr產(chǎn)生量為445.71萬(wàn)t，NH3-N產(chǎn)生量為42.90萬(wàn)t。研究表明，市郊畜禽廢棄物的流失率為30%～40%，按30%的流失率計(jì)算可得2011年畜禽廢棄物中CODCr排放量為312.00萬(wàn)t，NH3-N為30.03萬(wàn)t，分別是當(dāng)年該省工業(yè)和生活廢水中CODCr和NH3-N排放量的2.2倍和