集中流条件下喀斯特槽谷区坡面细沟侵蚀模拟研究
发布时间：2021-07-12 15:31
喀斯特槽谷区地表岩层裸露,地下裂隙发育丰富。该地区岩层倾角大和典型顺/逆向边坡地质构造发育充分等特征导致地表裸露岩石与坡面之间具有不同夹角,改变径流路径汇聚局部径流成集中流的同时,也使得产流产沙方式和地表径流水力学特性较为特殊,造成剧烈的土壤侵蚀。本研究以重庆市酉阳县龙潭喀斯特槽谷区为研究对象,通过野外调查喀斯特槽谷区出露地表岩石与坡面夹角、表层土壤特性及环境影响因子,并以此作为模拟研究的依据,开展了室内模拟放水冲刷试验,研究了不同的岩石与坡面夹角、坡度和流量组合下的坡面集中流水动力学特征以及产流空间分布和产沙特征,并讨论了对土壤侵蚀率产生影响的主要水动力学指标,揭示了喀斯特槽谷区集中流条件下坡面土壤侵蚀变化过程,为喀斯特槽谷区土壤侵蚀模型的建立提供理论依据。主要结果如下:（1）在10°坡面5 L/min流量条件下,地表产流量随冲刷历时呈先增大后趋于平稳的变化趋势,在其他条件下随冲刷历时呈逐渐减小或先增大后减小。不同岩石与坡面夹角条件下地表产流量大小顺序为:150°>90°>120°>30°>60°>180°。地下产流量随冲刷历时表现为波动性增加,随坡度增...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地表岩石与坡面沿坡向形成不同夹角示意
第2章绪论5第2章绪论2.1研究背景、目的与意义坡面集中水流可剥离、搬运大量泥沙，是坡面土壤侵蚀发生的主要动力源[37]。不同于一般明渠流，坡面集中流受降雨特性、坡度及床面状况等因素的影响，水流结构相对复杂，准确描述其水力学特性较为困难[70]。西南喀斯特槽谷区是中国南方喀斯特分布面积最大的“老、少、边、山、穷”地区，至2015年底，轻度、中度和重度石漠化面积分别占该区石漠化面积的55.8%、40.4%和3.8%[16]。喀斯特槽谷区地表岩层裸露，地下裂隙发育丰富，形成了特殊的“二元”空间结构（图2-1）。与其他喀斯特地貌不同，该区紧密式箱型背斜/向斜构造、岩层倾角大、典型顺/逆向边坡地质构造发育充分等特征以及不同倾角岩层出露地表使得地表岩石与斜坡坡面之间具有不同夹角[34]，导致其存在着不同的产流产沙方式和地表径流水力学特性[36]。地表裸露岩石在降雨过程中易改变径流路径，使局部径流汇聚成集中流[19]，产生侵蚀细沟，进而造成剧烈的土壤侵蚀。目前，由自然因子导致的水土流失和不合理的人为活动使得区域土地石漠化和生态退化问题突出，对于喀斯特地区水土流失研究也已成为热点，但学者多从水土流失方式[71-72]和产流产沙变化[73-74]等方面入手进行喀斯特地区土壤侵蚀研究，对集中流条件下喀斯特槽谷区地表土壤侵蚀的水动力学机制认识还不深入，特别对该区地表裸露岩石与斜坡坡面之间不同夹角条件下的坡面细沟侵蚀研究还很少见。目前对坡面集中流水力侵蚀的研究主要集中于非喀斯特区域。针对喀斯特槽谷区地表岩石与坡面之间不同夹角导致的坡面集中水流特性改变和水土流失方式存在二元特征等问题，本研究采集喀斯特槽谷区广泛分布的黄壤，以野外现场调查典型喀斯特槽谷区的相关参数作为依据，通过模拟喀斯特槽谷区坡面和地下?
西南大学硕士学位论文62.2研究内容（1）集中流条件下喀斯特槽谷区坡面细沟水流输沙量及地表地下产流变化特征；研究不同坡度、流量和岩石与坡面夹角组合条件下，地表产流量和产沙量，地表水流含沙量以及地下产流量动态变化，阐明坡面水沙之间的响应关系及地表地下产流空间分布特征。（2）集中流条件下喀斯特槽谷区坡面细沟水流水力学特性；研究不同坡度、流量和岩石与坡面夹角组合条件下，坡面细沟水流流速、雷诺数、弗汝德数、阻力系数等水力学参数的变化特征。（3）集中流条件下喀斯特槽谷区坡面细沟产沙量与水动力学参数耦合关系；研究不同坡度、流量和岩石与坡面夹角组合条件下，坡面土壤侵蚀率与水流切应力、水流功率、单位水流功率、断面单位能量等水动力学参数之间的响应关系，揭示与坡面土壤侵蚀率关系最密切的水动力学指标，建立坡面沟道水流输沙能力动力学模型。2.3技术路线图2-2试验技术路线Fig.2-2Technologyrouteofexperiment
【参考文献】：
期刊论文
[1]苜蓿影响砒砂岩陡坡侵蚀的水动力学机理研究[J]. 王伦江,张兴昌. 土壤学报. 2020(02)
[2]基于GIS与地理探测器的岩溶槽谷石漠化空间分布及驱动因素分析[J]. 王正雄,蒋勇军,张远嘱,段世辉,刘九缠,曾泽,曾思博. 地理学报. 2019(05)
[3]连续降雨下不同砾石含量工程堆积体土壤侵蚀[J]. 吕佼容,张文博,胡锦昇,骆汉,谢永生. 水科学进展. 2019(02)
[4]龙潭喀斯特槽谷倾坡土壤水分变异性研究[J]. 游贤慧,杨琰,徐刚,邹晓岗,曾朱周. 山地学报. 2019(01)
[5]我国南方喀斯特石漠化治理进展[J]. 陈永毕,熊康宁,池永宽. 江苏农业科学. 2019(01)
[6]喀斯特槽谷区的顺/逆层坡面对水动力学参数的影响[J]. 甘凤玲,何丙辉,覃自阳. 土壤学报. 2019(04)
[7]红壤缓坡水流动力学特性及其对侵蚀影响的试验研究[J]. 郝好鑫,杜一凡,曹丹妮,李朝霞,郭忠录. 中国水土保持科学. 2018(02)
[8]典型喀斯特槽谷区石漠化时空演变及未来情景模拟[J]. 陈飞,周德全,白晓永,肖建勇,钱庆欢. 农业资源与环境学报. 2018(02)
[9]基于栅格尺度的喀斯特槽谷区生态环境脆弱性时空分异研究[J]. 谢人栋,赵翠薇. 长江科学院院报. 2018(04)
[10]西南喀斯特地区土壤侵蚀特征研究现状与展望[J]. 陈洪松,冯腾,李成志,付智勇,连晋姣,王克林. 水土保持学报. 2018(01)
博士论文
[1]坡面径流水动力学特性及挟沙机理研究[D]. 张宽地.西北农林科技大学 2011
[2]岩溶槽谷区水土流失特征及机理研究[D]. 魏兴萍.西南大学 2011
硕士论文
[1]岩溶槽谷区坡地水土流失过程及控制因素分析[D]. 王正雄.西南大学 2019
[2]喀斯特槽谷顺/逆向坡土壤性质空间分异对植被恢复的响应[D]. 曾江敏.西南大学 2019
[3]汶川震区滑坡堆积体坡面细沟侵蚀室内模拟研究[D]. 李天阳.西南大学 2014
[4]日本岩垂草在岩溶地区土壤改良效应研究[D]. 刘小瑜.西南大学 2012
[5]黄河中游多沙粗沙区坡面土壤侵蚀动力学过程试验研究[D]. 高素娟.西北农林科技大学 2010
本文编号：3280178
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地表岩石与坡面沿坡向形成不同夹角示意
第2章绪论5第2章绪论2.1研究背景、目的与意义坡面集中水流可剥离、搬运大量泥沙，是坡面土壤侵蚀发生的主要动力源[37]。不同于一般明渠流，坡面集中流受降雨特性、坡度及床面状况等因素的影响，水流结构相对复杂，准确描述其水力学特性较为困难[70]。西南喀斯特槽谷区是中国南方喀斯特分布面积最大的“老、少、边、山、穷”地区，至2015年底，轻度、中度和重度石漠化面积分别占该区石漠化面积的55.8%、40.4%和3.8%[16]。喀斯特槽谷区地表岩层裸露，地下裂隙发育丰富，形成了特殊的“二元”空间结构（图2-1）。与其他喀斯特地貌不同，该区紧密式箱型背斜/向斜构造、岩层倾角大、典型顺/逆向边坡地质构造发育充分等特征以及不同倾角岩层出露地表使得地表岩石与斜坡坡面之间具有不同夹角[34]，导致其存在着不同的产流产沙方式和地表径流水力学特性[36]。地表裸露岩石在降雨过程中易改变径流路径，使局部径流汇聚成集中流[19]，产生侵蚀细沟，进而造成剧烈的土壤侵蚀。目前，由自然因子导致的水土流失和不合理的人为活动使得区域土地石漠化和生态退化问题突出，对于喀斯特地区水土流失研究也已成为热点，但学者多从水土流失方式[71-72]和产流产沙变化[73-74]等方面入手进行喀斯特地区土壤侵蚀研究，对集中流条件下喀斯特槽谷区地表土壤侵蚀的水动力学机制认识还不深入，特别对该区地表裸露岩石与斜坡坡面之间不同夹角条件下的坡面细沟侵蚀研究还很少见。目前对坡面集中流水力侵蚀的研究主要集中于非喀斯特区域。针对喀斯特槽谷区地表岩石与坡面之间不同夹角导致的坡面集中水流特性改变和水土流失方式存在二元特征等问题，本研究采集喀斯特槽谷区广泛分布的黄壤，以野外现场调查典型喀斯特槽谷区的相关参数作为依据，通过模拟喀斯特槽谷区坡面和地下?
西南大学硕士学位论文62.2研究内容（1）集中流条件下喀斯特槽谷区坡面细沟水流输沙量及地表地下产流变化特征；研究不同坡度、流量和岩石与坡面夹角组合条件下，地表产流量和产沙量，地表水流含沙量以及地下产流量动态变化，阐明坡面水沙之间的响应关系及地表地下产流空间分布特征。（2）集中流条件下喀斯特槽谷区坡面细沟水流水力学特性；研究不同坡度、流量和岩石与坡面夹角组合条件下，坡面细沟水流流速、雷诺数、弗汝德数、阻力系数等水力学参数的变化特征。（3）集中流条件下喀斯特槽谷区坡面细沟产沙量与水动力学参数耦合关系；研究不同坡度、流量和岩石与坡面夹角组合条件下，坡面土壤侵蚀率与水流切应力、水流功率、单位水流功率、断面单位能量等水动力学参数之间的响应关系，揭示与坡面土壤侵蚀率关系最密切的水动力学指标，建立坡面沟道水流输沙能力动力学模型。2.3技术路线图2-2试验技术路线Fig.2-2Technologyrouteofexperiment
【参考文献】：
期刊论文
[1]苜蓿影响砒砂岩陡坡侵蚀的水动力学机理研究[J]. 王伦江,张兴昌. 土壤学报. 2020(02)
[2]基于GIS与地理探测器的岩溶槽谷石漠化空间分布及驱动因素分析[J]. 王正雄,蒋勇军,张远嘱,段世辉,刘九缠,曾泽,曾思博. 地理学报. 2019(05)
[3]连续降雨下不同砾石含量工程堆积体土壤侵蚀[J]. 吕佼容,张文博,胡锦昇,骆汉,谢永生. 水科学进展. 2019(02)
[4]龙潭喀斯特槽谷倾坡土壤水分变异性研究[J]. 游贤慧,杨琰,徐刚,邹晓岗,曾朱周. 山地学报. 2019(01)
[5]我国南方喀斯特石漠化治理进展[J]. 陈永毕,熊康宁,池永宽. 江苏农业科学. 2019(01)
[6]喀斯特槽谷区的顺/逆层坡面对水动力学参数的影响[J]. 甘凤玲,何丙辉,覃自阳. 土壤学报. 2019(04)
[7]红壤缓坡水流动力学特性及其对侵蚀影响的试验研究[J]. 郝好鑫,杜一凡,曹丹妮,李朝霞,郭忠录. 中国水土保持科学. 2018(02)
[8]典型喀斯特槽谷区石漠化时空演变及未来情景模拟[J]. 陈飞,周德全,白晓永,肖建勇,钱庆欢. 农业资源与环境学报. 2018(02)
[9]基于栅格尺度的喀斯特槽谷区生态环境脆弱性时空分异研究[J]. 谢人栋,赵翠薇. 长江科学院院报. 2018(04)
[10]西南喀斯特地区土壤侵蚀特征研究现状与展望[J]. 陈洪松,冯腾,李成志,付智勇,连晋姣,王克林. 水土保持学报. 2018(01)
博士论文
[1]坡面径流水动力学特性及挟沙机理研究[D]. 张宽地.西北农林科技大学 2011
[2]岩溶槽谷区水土流失特征及机理研究[D]. 魏兴萍.西南大学 2011
硕士论文
[1]岩溶槽谷区坡地水土流失过程及控制因素分析[D]. 王正雄.西南大学 2019
[2]喀斯特槽谷顺/逆向坡土壤性质空间分异对植被恢复的响应[D]. 曾江敏.西南大学 2019
[3]汶川震区滑坡堆积体坡面细沟侵蚀室内模拟研究[D]. 李天阳.西南大学 2014
[4]日本岩垂草在岩溶地区土壤改良效应研究[D]. 刘小瑜.西南大学 2012
[5]黄河中游多沙粗沙区坡面土壤侵蚀动力学过程试验研究[D]. 高素娟.西北农林科技大学 2010
本文编号：3280178
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