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溶质示踪测量径流流速方法及其在融水侵蚀中的应用研究

作　者: 董月群
导　师: 雷廷武
学　校: 中国农业大学
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 电解质脉冲边界模型坡面径流流速溶质示踪法冻土坡面冰坡面浅沟
分类号: S157.1
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

坡面径流流速是表征坡面水蚀动力特性的重要参数,与径流的剥蚀和输运能力直接相关。坡面薄层水流流速的测量对土壤侵蚀研究与应用方程重要。本研究根据电解质脉冲边界模型测量的流速随距离增长的关系,提出了电解质脉冲边界模型测量最小距离优选方法。流速越大,电解质脉冲边界模型测量流速需要的测量距离越大。当设置土壤坡度为5°、10°、15°,流量为12、24、48L/mmin时,模拟未冻土壤表面误差限为5%、10%时分别需要2.5m、2.0m的测量距离。在室内不同坡度(5°、10°、150)和流量(12、24、48L/mmin)条件下,用电解质脉冲边界模型以及染色剂示踪法进行冻土坡面、冰坡面径流流速测量的对比研究。结果表明,冻土坡面径流流速随坡度、流量增大。电解质脉冲边界模型测得的流速与实际流速相差5%和10%所需测量距离分别为1.7-2.7m以及1.4～2.1m。冻土坡面径流流速为0.45～0.98m/s,是未冻土壤坡面径流流速的1.43倍。冰坡面径流流速随坡度、径流增加,介于0.49-1.09m/s。未冻土壤坡面相对冰坡面,径流流速小26-51%；冻土坡面与冰坡面径流流速相比小5～23%。不同大小粒径表碛覆盖下冰坡面径流流速介于0.015～0.217m/s,随坡度增加,基本不随流量变化。对比了传统盐液示踪法、电解质脉冲边界模型、染色剂示踪法,研究了溶质示踪法测量流速校正系数。在设定的坡度(5°、10°、15°)、流量(12、24、48L/mmin)条件下,最大流速换算质心流速的校正系数均值大小为0.580,并且基本不随坡度变化。优势流速换算质心流速的校正系数均值为0.884,并随流量增加,受坡度影响不显著。用溶质示踪法测量了浅沟流速。结果表明,浅沟径流流速随流量和坡度增加。传统盐液示踪法测量得到的流速在0.55-1.60m/s之间,而染色剂示踪法测量得到的流速为0.71-1.45m/s,略小于传统盐液示踪法测量结果。水流对示踪剂稀释及紊流对视觉影响,流速快和测量距离短产生的人体视觉反应误差可能导致测量流速降低,电解质示踪法测量的流速具有其合理性。融水径流流速对研究融水径流剥蚀、泥沙输运过程以及开发以过程研究为基础的物理预报模型具有重要意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章引言  12-26
  1.1 研究背景及意义  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-22
  1.3 研究内容及技术路线  22-26
第二章测量坡面径流流速的溶质示踪模型  26-32
  2.1 电解质薄层水流流速测量系统  26-27
  2.2 数据分析方法  27-32
第三章电解质脉冲边界模型测量最小距离优选  32-48
  3.1 脉冲边界模型测量最小距离优选  32-33
  3.2 材料与方法  33-36
  3.3 模拟未冻土表面径流流速方法验证  36-41
  3.4 脉冲边界模型测量最小距离优选结果验证  41-46
  3.5 小结  46-48
第四章冻土坡面径流流速特征  48-56
  4.1 试验材料和方法  48-49
  4.2 归一化测量数据与拟合效果  49-51
  4.3 冻土坡面径流流速计算  51-55
  4.4 小结  55-56
第五章冰坡面融水径流流速特征  56-70
  5.1 野外冰川坡面融水径流流速测量  56-60
  5.2 室内冰坡面融水径流流速测量  60-63
  5.3 室内表碛覆盖条件下冰坡面融水径流流速测量  63-68
  5.4 小结  68-70
第六章溶质示踪法测量流速校正系数研究  70-86
  6.1 不同示踪方法校正系数对比  70-79
  6.2 溶质示踪法测量浅沟流速  79-85
  6.3 小结  85-86
第七章结论与建议  86-88
  7.1 论文主要结论  86-87
  7.2 下一步工作建议  87-88
参考文献  88-96
致谢  96-98
作者简介  98-99

溶质示踪测量径流流速方法及其在融水侵蚀中的应用研究

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