黃土坡面細(xì)溝發(fā)育過(guò)程中的重力侵蝕實(shí)驗(yàn)研究.doc

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1、黃土坡面細(xì)溝發(fā)育過(guò)程中的重力侵蝕實(shí)驗(yàn)研究摘要：利用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)典型坡度條件下黃土坡面細(xì)溝發(fā)育過(guò)程中的重力侵蝕規(guī)律進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)水沙測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)中對(duì)重力侵蝕現(xiàn)象的觀測(cè)，給出了實(shí)驗(yàn)條件下的臨界重力侵蝕含沙量，以此為依據(jù)計(jì)算了重力侵蝕產(chǎn)沙量及重力侵蝕量達(dá)到總侵蝕量50%時(shí)對(duì)應(yīng)的“中值時(shí)間”。結(jié)果表明，在細(xì)溝發(fā)育過(guò)程中，重力侵蝕產(chǎn)沙量存在著由增大到減小再到波動(dòng)的變化趨勢(shì)，這一趨勢(shì)對(duì)坡面產(chǎn)沙變化具有重要的影響。重力侵蝕發(fā)生的中值時(shí)間則由小變大，反映了細(xì)溝發(fā)育的不同階段重力侵蝕由以溝頭坍塌為主向以溝壁崩塌為主的轉(zhuǎn)化過(guò)程。關(guān)鍵詞：黃土坡面細(xì)溝重力侵蝕中值時(shí)間　重力

2、侵蝕是指地表物質(zhì)在重力作用下，分散地或成塊地、急速地或緩慢地向下移動(dòng)的過(guò)程，主要表現(xiàn)形式有土的蠕動(dòng)、松散物的滑動(dòng)、松散物的流動(dòng)和崩塌等[1]。重力侵蝕直接或間接地向河道輸送了大量的泥沙，是流域土壤侵蝕和河流泥沙來(lái)源的主要物理過(guò)程之一，并在區(qū)域地貌演化中扮演了一個(gè)十分活躍的角色[2～4]。由于重力侵蝕的發(fā)生具有很大的隨機(jī)性，其產(chǎn)沙量也較難測(cè)定，相對(duì)水力侵蝕來(lái)說(shuō)，對(duì)于重力侵蝕的認(rèn)識(shí)還很不夠。早期的研究成果多集中在重力侵蝕與地形、地表物質(zhì)組成、植被、氣候等因素間的定性關(guān)系上[5]，定量的研究結(jié)果較少。近年來(lái)，隨著人們認(rèn)識(shí)的不斷加深及相關(guān)研究方法與技術(shù)的應(yīng)用，重力侵蝕的研究取得了很大的

3、進(jìn)展。例如，在地理信息系統(tǒng)的支持下，采用一定的研究指標(biāo)分別得出了黃土高原1:400萬(wàn)重力侵蝕分區(qū)圖及黃河中游重力侵蝕最小圖斑等[2,6]；結(jié)合14C法測(cè)量的階地年齡，通過(guò)判讀遙感影像提取不同發(fā)育階段的溝谷形態(tài)，得到了第四紀(jì)以來(lái)谷坡后退所反映出的以重力侵蝕為主的侵蝕模數(shù)和侵蝕強(qiáng)度增強(qiáng)的加速度[7]。此外，一些其它方法(如模糊聚類等)也在流域重力侵蝕區(qū)劃研究中得到了廣泛應(yīng)用[8]。在有關(guān)重力侵蝕研究中，對(duì)于較小尺度下的重力侵蝕過(guò)程(如細(xì)溝發(fā)育過(guò)程中溝岸及溝頭的崩塌滑塌的變化規(guī)律等)的研究較少。深入開(kāi)展這方面的研究有助于加深了解坡面形態(tài)變化過(guò)程和細(xì)溝侵蝕產(chǎn)沙機(jī)理，為在不同坡面發(fā)育階段有針

4、對(duì)性地采用相應(yīng)的水土保持措施和減少坡面水土流失提供科學(xué)的依據(jù)。為此，本文采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)黃土坡面細(xì)溝發(fā)育過(guò)程中的重力侵蝕規(guī)律進(jìn)行探索。1實(shí)驗(yàn)概況25　　實(shí)驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院水利部西北水保所土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人工模擬降雨大廳進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中人工模擬降雨方式為側(cè)噴，雨滴降落高度為16m，雨強(qiáng)為1.5mm/min。為檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性，采用兩組獨(dú)立進(jìn)行的平行實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)分為9個(gè)場(chǎng)次。第一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的初始地形為水平投影長(zhǎng)度為5m，寬度為1.5m，坡度為20度的直形坡，其后每一場(chǎng)的初始地形均為前一場(chǎng)的終極地形，這樣可使坡面細(xì)溝得到充分發(fā)育，并便于觀測(cè)不同細(xì)溝發(fā)育階段下重力侵蝕的特點(diǎn)及其變

5、化過(guò)程。實(shí)驗(yàn)中各場(chǎng)降雨歷時(shí)均為90min，降雨場(chǎng)次間隔為1天。為了分析雨滴擊濺在整個(gè)坡面發(fā)育過(guò)程中的作用，對(duì)其中一組實(shí)驗(yàn)采用紗網(wǎng)覆蓋法來(lái)消減雨滴擊濺的影響。紗網(wǎng)網(wǎng)眼為2mm，覆蓋高度為垂直坡面高10cm處。在文中的以后部分將有雨滴擊濺直接影響的一組實(shí)驗(yàn)稱為A組實(shí)驗(yàn)；將有紗網(wǎng)覆蓋的一組實(shí)驗(yàn)稱為B組實(shí)驗(yàn)。表1各場(chǎng)降雨前坡面土壤含水量及雨強(qiáng)率定降雨場(chǎng)次土壤含水量(%)　雨強(qiáng)/(mm/min)B坡面B坡面　B坡面B坡面1234525678911.122.622.622.624.425.626.825.826.316.228.026.927.025.624.525.627.040.2　1.5

6、11.541.581.601.481.441.481.531.491.521.471.521.541.571.494.50251.481.53　　為了解各場(chǎng)降雨雨強(qiáng)的穩(wěn)定性及坡面土壤含水量變化，各場(chǎng)降雨開(kāi)始前分別采用雨量計(jì)法和環(huán)刀法測(cè)量降雨雨強(qiáng)與坡面土壤含水量，結(jié)果見(jiàn)表1。可以看出除第一場(chǎng)降雨外，各場(chǎng)降雨前坡面土壤含水量差別不大，各場(chǎng)降雨的雨強(qiáng)也基本一致，誤差在10%以內(nèi)?！　∮捎谥亓η治g在發(fā)生時(shí)間上具有一定的隨機(jī)性，目前尚缺乏有效的方法與儀器測(cè)量重力侵蝕的產(chǎn)沙量，本文嘗試采用實(shí)驗(yàn)觀測(cè)現(xiàn)象與水沙測(cè)量相結(jié)合的方法，將重力侵蝕產(chǎn)沙部分從坡面侵蝕泥沙的總量中區(qū)分出來(lái)。因此，實(shí)驗(yàn)中除利用采

7、樣法對(duì)坡面出口處的流量、輸沙率和含沙量進(jìn)行測(cè)量外，還對(duì)細(xì)溝發(fā)育過(guò)程中的重力侵蝕現(xiàn)象進(jìn)行了觀測(cè)記錄，并全程對(duì)A坡面細(xì)溝發(fā)育過(guò)程進(jìn)行了錄像。這樣便可將坡面上發(fā)生的重力侵蝕現(xiàn)象與水槽出口處的水沙變化進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)幫助識(shí)別重力侵蝕的影響。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　考慮到伴隨坡面細(xì)溝發(fā)育過(guò)程中的流量、輸沙率與含沙量變化及其三者之間的關(guān)系，本文只給出各場(chǎng)降雨流量與含沙量的觀測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表2～5?！　∑旅娈a(chǎn)流主要受降雨及入滲等因素的影響。已有的研究表明[9]，坡面入滲主要遵循霍頓公式，入滲量隨