学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

坡面水蚀输沙动力过程试验研究

作　者: 王瑄
导　师: 李占斌
学　校: 西安理工大学
专　业: 水利工程
关键词: 坡面水蚀 水蚀动力 土壤剥蚀率 径流输沙能力 REE示踪 土壤剥蚀率方程
分类号: S157
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 254次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


坡面侵蚀是水力侵蚀的重要组成部分，其发生发展过程是土壤侵蚀动力机制研究的核心内容，也是水土流失防治和土壤侵蚀物理模型建立的关键所在。本研究针对坡面径流分散、剥离、输移和沉积过程的关键环节，采用变坡土槽放水冲刷试验方法，结合稀土元素（REE）复合示踪技术和坡面流速、径流宽、水沙等的观测，运用灰色关联和回归分析等方法，系统地分析了坡面侵蚀动力与侵蚀产沙的时空变化规律，阐明了坡面侵蚀产沙与水蚀动力因子之间的动态响应过程，揭示了土壤剥蚀率与沿程水蚀动力参数及含沙量之间的动态响应关系，建立了坡面土壤剥蚀率的计算模型。主要取得了如下结论：（1）阐明了径流冲刷条件下主要水蚀动力参数和坡面侵蚀产沙特征的时空变化规律。在放水冲刷试验条件下，坡面水流流态特征和动力特征表现为：坡面径流沿程雷诺数、水流剪切力和水流功率逐渐减少；沿程佛汝德数和流速逐渐增加；径流剪切力和径流功率随时间增加有增大的趋势；其侵蚀产沙特征表现为坡面上部土壤侵蚀最为剧烈，是坡面侵蚀产沙的主要来源。从坡上到坡下，各坡段产沙量占总产沙量的百分比急剧减少；产沙量沿土层深度方向越来越小；不同坡度和流量条件下产沙量在开始的1-2min内便达到最大值，随着时间的推移逐渐减少。（2）建立了试验条件下坡面径流产沙的计算模型根据两坡段径流冲刷试验和REE示踪的结果，运用灰色关联和多元回归分析方法，分析了各坡段产沙量和水蚀因子之间的关系，结果表明：就单个因子对产沙量的影响而言，水流功率对产沙量影响最大；对多个因子组合对产沙量的影响时发现，流量和坡度组合对产沙量影响最大，据此建立了坡面径流侵蚀产沙量与坡度和放水流量的幂函数关系模型（W1=aSbQc，a，b，c为系数），这为分坡段侵蚀产沙计算提供工具。（3）建立了坡面不同空间部位径流含沙量与主要水动力参数的相关关系根据两坡段径流冲刷试验和REE示踪的结果，对不同坡段径流含沙量时空变化规律的分析结果表明：各坡段的径流含沙量随时间的增加呈下降的趋势，沿程径流含沙量逐渐增加。通过对不同坡段径流含沙量与佛汝德数和相对重力作用（aωs/V）的分析，建立了各坡段坡面径流含沙量与佛汝德数和相对重力作用的幂函数关系式（Sw=K（aωs/V）a（V2/gR）b,K，a，b为系数）。（4）揭示了土壤剥蚀率随水流含沙量变化的特征根据两坡段径流冲刷试验和REE示踪的结果可以看出，同一坡度和流量条件下，各坡段土壤剥蚀率随水流含沙量线性增加，不同坡度和流量条件下，各坡段土壤剥蚀率与水流含沙量呈幂函数关系（Dr=αSwβ，α、β为系数）。（5）揭示了土壤剥蚀率随水蚀动力和水流输沙能力非线性变化的特征根据两坡段径流冲刷试验和REE示踪的结果，通过对不同坡度、不同流量的土壤剥蚀率Dr与有效剪切力（τ-τc）和输沙率和挟沙力比值（qSw/Tc）之间关系的分析，发现当坡度为小手21°时，土壤剥蚀率Dr与有效剪切力和输沙率和挟沙力比值之间线性相关显著；而当坡度大于21°时，土壤剥蚀率与有效剪切力和输沙率和挟沙力比值之间存在幂函数关系(Dr=0.011（τ-τc）0.161|1-qSw/Tc|-11.02，R2=0．752)，从以上分析可知，在试验坡度范围内，坡度为21°是侵蚀产沙的临界坡度。（6）建立了计算土壤剥蚀率的经验模型根据一个坡段径流冲刷试验结果表明，土壤剥蚀率受水流剪切力、水流功率、单位水流功率和单宽能耗因素的影响，运用灰色关联方法对土壤剥蚀率与水蚀因子关系进行了分析，分析结果表明：在坡度相同的条件下，土壤剥蚀率随单宽能耗线性增加（Dr=6．95（△E耗-1．45），R2=0．91）；在流量相同的条件下，水流剪切力与土壤剥蚀率存在幂函数关系(Dr=2．05τ1.7，R2=0．908)；在不同坡度和流量条件下，土壤剥蚀率与坡度和流量之间呈幂函数关系(Dr=1．264S0.722Q1.083，R2=0．695)。通过对土壤剥蚀率与水蚀因子之间关系的逐步回归分析，建立了基于水流功率和坡度的土壤剥蚀率计算方程（Dr=11．22+34．01ω-2．18S，R2=0．977）。

全文目录


摘要  3-6
Abstract  6-13
1 绪论  13-28
  1.1 立题的目的意义  13-14
  1.2 研究进展  14-25
    1.2.1 土壤侵蚀研究方法  14-18
    1.2.2 水流强度指标  18-23
    1.2.3 水流分离土壤及泥沙输移的控制参数  23-25
  1.3 主要研究内容与拟解决的关键问题  25-26
    1.3.1 主要研究内容  25-26
    1.3.2 拟解决的关键问题  26
  1.4 主要研究方法与技术路线  26-28
    1.4.1 研究方法  26
    1.4.2 技术路线  26-28
2 试验材料及方法  28-34
  2.1 试验材料  28
    2.1.1 试验用土  28
    2.1.2 稀土元素  28
  2.2 试验装置  28-29
    2.2.1 放水试验系统  28
    2.2.2 试验土槽  28-29
  2.3 试验设计  29-32
  2.4 侵蚀过程的示踪方法—REE方法  32-34
3 坡面冲刷过程中侵蚀产沙时空分布规律  34-51
  3.1 分析方法  34-35
  3.2 产沙量与精度分析  35-37
    3.2.1 三坡段试验产沙量及精度分析  35
    3.2.2 两坡段试验产沙量及精度分析  35-37
  3.3 坡面侵蚀时空变化规律  37-50
    3.3.1 三坡段试验坡面侵蚀时空变化过程  37-43
    3.3.2 二坡段试验坡面侵蚀时空变化过程  43-50
  3.4 小结  50-51
4 坡面产沙量与水蚀因子动态响应过程  51-82
  4.1 薄层水流的流速  51-56
    4.1.1 薄层水流流速的测定  51
    4.1.2 薄层水流的雷诺数R_e和佛汝德数F_r  51-53
    4.1.3 各坡段流速随时间变化规律  53-56
  4.2 水流剪切力  56-61
    4.2.1 各坡段水流剪切力随时间的变化规律  56-58
    4.2.2 各坡段水流剪切力随坡度、流量的变化规律  58-61
  4.3 水流功率  61-68
    4.3.1 各坡段水流功率随时间的变化规律  62-64
    4.3.2 水流功率随坡度、流量的变化规律  64-68
  4.4 单位水流功率  68-74
    4.4.1 各坡段单位水流功率随时间的变化规律  68-70
    4.4.2 各坡段单位水流功率随坡度、流量的变化规律  70-74
  4.5 各坡段产沙量与其影响因子关系分析  74-80
    4.5.1 各坡段产沙量与其影响因子灰关联分析  74-78
    4.5.2 产沙量与其影响因子相关分析  78-80
  4.6 小结  80-82
5 水流含沙量与土壤剥蚀率、挟沙能力关系  82-99
  5.1 含沙量与其影响因子的动态响应过程  82-87
    5.1.1 含沙量的计算  82
    5.1.2 各坡段水流含沙量与时间的关系  82-85
    5.1.3 含沙量经验公式  85-87
  5.2 土壤剥蚀率随时间变化规律  87-88
  5.3 土壤剥蚀率与水流含沙量的关系  88-91
    5.3.1 第一坡段土壤剥蚀率与水流含沙量的关系  88-90
    5.3.2 第二坡段土壤剥蚀率与水流含沙量的关系  90-91
  5.4 挟沙力的计算  91-94
    5.4.1 概述  91-93
    5.4.2 挟沙力随时间变化规律  93-94
  5.5 土壤剥蚀率与含沙量、挟沙力关系  94-97
    5.5.1 土壤临界抗剪切力  94-95
    5.5.2 土壤剥蚀率与含沙量、挟沙力的关系  95-97
  5.6 小结  97-99
6 坡面土壤剥蚀率与水蚀动力参数的关系  99-117
  6.1 引言  99-100
  6.2 材料与方法  100
    6.2.1 试验材料  100
    6.2.2 试验方法  100
  6.3 土壤剥蚀率与水蚀动力参数的灰色关联分析  100-110
    6.3.1 土壤剥蚀率和水蚀动力参数  100-102
    6.3.2 在流量相同条件下土壤剥蚀率与水蚀动力参数的灰色关联分析  102-104
    6.3.3 相同坡度下土壤剥蚀率与水动力因子的灰色关联分析  104-105
    6.3.4 不同坡度和流量条件下土壤剥蚀率与水蚀动力参数灰色关联分析  105-110
  6.4 土壤剥蚀率和单个水蚀因子的关系  110-113
    6.4.1 流量相同情况下土壤剥蚀率公式  110
    6.4.2 坡度相同时土壤剥蚀率公式  110-112
    6.4.3 不同坡度和流量情况下土壤剥蚀率公式  112-113
  6.5 土壤剥蚀率与水蚀因子逐步回归分析  113-115
  6.6 小结  115-117
7 结论与展望  117-119
  7.1 结论  117-118
  7.2 展望  118-119
致谢  119-120
参考文献  120-129
附录  129-133

相似论文

  1. 细沟水蚀动力过程试验研究,S157.1
  2. REE示踪坡面侵蚀演变过程及不同下垫面撂荒地的减沙效益研究,S157
  3. 坡面径流侵蚀过程试验研究,P333.4
  4. 利用REE示踪法研究黄土坡面土壤侵蚀过程,S157.2
  5. 天然降雨条件下棕壤土坡面侵蚀产沙时空演变过程研究,S157
  6. 黄土高原坡沟系统侵蚀产沙动力过程与调控研究,S157
  7. 黄土坡面细沟水流输沙能力试验研究,S157.1
  8. 水蚀导致的土壤储水和导水变化对红壤季节性干旱的影响,S157
  9. 黄土高原坡耕地土壤侵蚀对土壤质量的影响;土壤学,S157.1
  10. 基于RS与GIS的漓江上游土壤侵蚀研究,S157
  11. 江苏省降雨侵蚀力研究,S157.1
  12. 长汀县水土流失治理效益及机制研究,S157
  13. 南方丘陵区域土壤侵蚀的SWAT模拟,S157
  14. 东北黑土冻融作用机理与春季解冻期土壤侵蚀模拟研究,S157
  15. 神东煤田不同下垫面侵蚀产沙规律及水动力参数特征,S157.1
  16. 集体化时代吕梁山区水土保持工作初探,S157
  17. 闽北水土流失动态变化及驱动机制,S157
  18. 黄土高原水蚀风蚀交错区侵蚀环境演变的多要素分析,S157.1
  19. 地理信息系统和遥感技术在小流域水土保持综合治理中的应用研究,S157
  20. GIS技术支持下的小流域土壤侵蚀量研究,S157
  21. 山东省土壤侵蚀敏感性分区评价及措施配置研究,S157

中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 土壤学 > 水土保持
© 2012 www.xueweilunwen.com