降雨過程中紅壤地表微地貌演變特征及侵蝕響應(yīng).pdf

1、地表微地貌是坡面侵蝕過程的一個重要影響因素，深刻影響著侵蝕過程中的徑流、入滲、結(jié)皮、匯流和泥沙輸移等。研究地表微地貌演變特征及其與侵蝕關(guān)系，對于我國南方紅壤區(qū)的水土流失防治、環(huán)境保護等問題具有極其重要的意義。本文以第四紀紅粘土母質(zhì)紅壤和泥質(zhì)頁巖母質(zhì)紅壤等鄂南三種典型的紅壤為例，選取典型的野外原位試驗小區(qū)，控制土表相同初始條件，分別在兩種雨強下進行連續(xù)三場降雨，同時采用mm級高精度激光掃描和計算機數(shù)字圖像處理相結(jié)合的方法，研究了在連續(xù)降雨

2、過程中，地表微地貌的演變特征及侵蝕響應(yīng)規(guī)律。主要結(jié)論如下：
　　 （1）隨著降雨的進行，雨滴打擊和徑流搬運的聯(lián)合作用導(dǎo)致地表糙度降低。地表糙度在第一場降雨過程中下降幅度最大，對于所有處理均達到顯著差異。HS、HQ1糙度下降幅度大于HQ2，原因是HQ2紅壤的團聚體水穩(wěn)性比HS、HQ1要高。1mm/min雨強下，三種紅壤糙度在經(jīng)歷第一場降雨的快速下降之后，在第二、三場雨過程中變化不大。而在2mm/min雨強下，第二、三場降雨過程中，

3、三種紅壤糙度都有不同程度的增加，其中HS由于結(jié)皮不易被破壞，因此增加幅度最小。結(jié)皮傾向于降低糙度，細溝傾向于增加糙度，地表糙度的變化取決于兩者之間的平衡。連續(xù)降雨作用下不同坡位糙度的變化趨勢不盡相同。坡上部糙度下降幅度最大，坡中部糙度有一定程度的下降，坡下部糙度下降幅度最小。其原因是由于坡面水蝕的三大子過程一侵蝕、搬運和沉積作用，在坡面不同部位上的表現(xiàn)不同。
　　 （2）洼地蓄積量與地表糙度之間存在著十分緊密的聯(lián)系，兩者之間具有

4、很好的相關(guān)性，所有處理的R2均達到了0.9以上。洼地蓄積量在連續(xù)降雨過程中的變化趨勢與地表糙度相似，總體呈下降趨勢，第一場降雨前后土表洼地蓄積量之間的差異均達到顯著。三種土壤在第二、三場降雨過程中的變化趨勢有所不同，這與它們的團聚體穩(wěn)定性大小和結(jié)皮穩(wěn)定程度有關(guān)。1mm/min雨強下洼地蓄積量對地表糙度的敏感性比2mm/min雨強大。
　　 （3）對于匯流網(wǎng)絡(luò)的整體特征，采用匯流密度、徑流頻度和分形維數(shù)進行描述。匯流密度和徑流頻度

5、從不同角度表征了匯流網(wǎng)絡(luò)的徑流排水有效性。在降雨過程中，匯流密度和徑流頻度整體呈增加趨勢，尤其是在第一場降雨過程中最為明顯。在第二、三場雨過程中的變化趨勢因土壤性質(zhì)和雨強的不同而出現(xiàn)差異。通過分析可知，地表糙度與匯流密度、徑流頻度呈現(xiàn)出較好的相關(guān)性。大體趨勢上，匯流密度和徑流頻度隨著糙度的增加而降低。分形維數(shù)表征了匯流網(wǎng)絡(luò)的組織度。在坡面侵蝕研究中，分形維數(shù)Ds可以較好的區(qū)別降雨前后整體網(wǎng)絡(luò)特征的變化。在1mm/min雨強下，Ds呈現(xiàn)先

6、增加后降低趨勢，實驗結(jié)束時接近于2，說明匯流網(wǎng)絡(luò)此時具有較高的組織度。
　　 （4）對于匯流網(wǎng)絡(luò)中1到5級徑流路徑，分別計算蜿蜒度、梯度和方向性。這三個參數(shù)從不同角度描述了徑流路徑的形態(tài)和變化特征。通過對三個參數(shù)在連續(xù)降雨過程中變化的分析，分別闡明了三種紅壤在1mm/min和2mm/min雨強下徑流路徑特征的不同變化趨勢。平均蜿蜒度和方向性總體呈下降趨勢，在2mm/min雨強下第二、三場雨過程中有所回升，平均梯度隨著降雨量的累積

7、而增加，趨向接近于試驗小區(qū)的坡度。他們的變化大部分出現(xiàn)在第一場降雨過程中。連續(xù)的降雨作用，導(dǎo)致實驗結(jié)束時三種土壤徑流路徑特征差異性增加。相對于HS和HQ1，HQ2各級徑流路徑特征隨著降雨的進行而均勻的變化。地表糙度和徑流路徑蜿蜒度、梯度和方向性之間均具有較好的相關(guān)性。雨強不同，徑流路徑特征隨糙度變化的幅度也不同，2mm/min雨強下的變化幅度小于1mm/min雨強。
　　 （5）在1mm/min雨強下，微地貌參數(shù)對產(chǎn)流時間的影響

8、均達到顯著相關(guān)；但在2mm/min雨強下，只有洼地蓄積量和糙度對產(chǎn)流時間有一定影響，其他參數(shù)未達到顯著相關(guān)。地表糙度與產(chǎn)流率和徑流系數(shù)有著一定的相關(guān)性。大體趨勢為，隨著土表前期糙度的增加，產(chǎn)流率和徑流系數(shù)降低。地表糙度對坡面徑流的作用在小雨強下更為明顯，在大雨強下作用有所掩蓋。
　　 （6）在降雨實驗結(jié)束時，三種土壤初始相似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到不同的侵蝕值，形成差異較大的網(wǎng)絡(luò)特征。在降雨侵蝕過程中，雨滴分散，土塊和團聚體破碎以及由此引