紫色土丘陵區(qū)新改土侵蝕特征研究.pdf

1、在中國(guó)西南丘陵地區(qū)，坡耕地作為一項(xiàng)重要的國(guó)土資源，是人類賴以生存的重要的生產(chǎn)資料，也是水土流失最為嚴(yán)重的耕地類型。紫色土丘陵區(qū)的坡耕地由于受到人類活動(dòng)等因素的影響，其水土流失過(guò)程變得更加復(fù)雜。在這些人類活動(dòng)因素中，耕作田塊修筑是通過(guò)坡改梯等工程措施減緩原坡耕地坡度，從而有效控制其水土流失，但其效果需要一定年限才可實(shí)現(xiàn)。在紫色土丘陵區(qū)，坡式梯田是該區(qū)域最常見(jiàn)的一種耕作田塊修筑形式。因此，這種剛經(jīng)過(guò)工程改造工序且處于土體非穩(wěn)定期的“新改土”

2、的水土流失特征具有非常重要的研究意義。目前，對(duì)紫色土丘陵區(qū)坡地的水土流失特征已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，主要集中在坡度、雨強(qiáng)、礫石含量和耕作方式等對(duì)地表侵蝕過(guò)程的影響，而通過(guò)上方來(lái)水試驗(yàn)研究侵蝕特征多集中于黃土區(qū)坡面和工礦堆積體，且上述研究多針對(duì)穩(wěn)定土體進(jìn)行室內(nèi)模擬研究，缺乏對(duì)土地整理工程改造后處于非穩(wěn)定期新改土侵蝕特征的研究。本研究以紫色土丘陵區(qū)處于非穩(wěn)定期的新改土為研究對(duì)象，利用野外放水沖刷試驗(yàn)并結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的方法，采用3個(gè)不同的上方來(lái)

3、水流量（30 L/min、15 L/min和5 L/min）對(duì)重慶紫色土丘陵區(qū)不同坡長(zhǎng)（5 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m）新改土坡面侵蝕特性進(jìn)行研究。深入分析了紫色土丘陵區(qū)新改土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律、坡面水動(dòng)力學(xué)特征和土壤物理性質(zhì)特征，建立新改土坡面水沙關(guān)系方程及坡面侵蝕臨界坡長(zhǎng)。主要研究結(jié)果如下：
　　1.新改土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律
　　新改土10°坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征為產(chǎn)流率隨著放水沖刷過(guò)程的變化趨勢(shì)為增長(zhǎng)

4、期-穩(wěn)定發(fā)展期和波動(dòng)變化期-穩(wěn)定發(fā)展期，產(chǎn)沙率變化趨勢(shì)為波動(dòng)變化?穩(wěn)定發(fā)展。上方來(lái)水流量和坡長(zhǎng)均為紫色土丘陵區(qū)新改土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響因素。產(chǎn)流產(chǎn)沙均隨著上方來(lái)水流量的增大而增大，坡長(zhǎng)的影響規(guī)律較為復(fù)雜，其中20 m和30 m坡長(zhǎng)是影響10°新改土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的臨界坡長(zhǎng)，在小和中上方來(lái)水流量（5和15 L/min）下，20 m和30 m坡長(zhǎng)的坡面水土保持效果較好，而在大上方來(lái)水流量（30 L/min）下的影響效果則反之。新改土坡面累積產(chǎn)

5、沙量與累積產(chǎn)流量呈極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系。
　　2.新改土坡面徑流水動(dòng)力學(xué)特性
　　上方來(lái)水流量和坡長(zhǎng)均為紫色土丘陵區(qū)新改土坡面水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響因素。不同坡長(zhǎng)坡面的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)在不同上方來(lái)水流量下影響效果各不相同，其均隨坡長(zhǎng)的增加呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，其中在大和中上方來(lái)水流量（30和15 L/min）下波動(dòng)幅度較大，5 L/min上方來(lái)水流量下較緩。試驗(yàn)條件下新改土坡面徑流型態(tài)最終均處于層流緩流狀態(tài)。與坡長(zhǎng)相比，上方來(lái)水流量對(duì)坡

6、面雷諾數(shù)、徑流剪切力和徑流功率的影響更顯著。上方來(lái)水流量與雷諾數(shù)和徑流剪切力均呈二次曲線函數(shù)關(guān)系，與徑流功率呈線性方程函數(shù)關(guān)系。坡長(zhǎng)的影響規(guī)律較為復(fù)雜，其中20 m和30 m坡長(zhǎng)是影響10°新改土坡面平均流速、雷諾數(shù)和弗汝德數(shù)變化特征的重要臨界點(diǎn)。坡長(zhǎng)比上方來(lái)水流量對(duì)徑流流速的影響更大，坡長(zhǎng)與平均流速呈三次曲線函數(shù)變化關(guān)系。各水動(dòng)力學(xué)參數(shù)與新改土坡面侵蝕產(chǎn)沙量均有一定關(guān)系，其中徑流功率對(duì)坡面侵蝕產(chǎn)沙量影響最大，與產(chǎn)沙量呈二次曲線函數(shù)關(guān)系

7、。
　　3.新改土坡面土壤物理特性的侵蝕響應(yīng)
　　不同流水強(qiáng)度的侵蝕作用對(duì)紫色土丘陵區(qū)10°新改土坡面土壤物理特性的影響表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。各放水流量沖刷后10~30 m坡長(zhǎng)礫石含量主要呈增加變化，其余主要呈減小趨勢(shì)。土壤機(jī)械組成的空間分布特征主要表現(xiàn)為，上坡位置表層土壤粘粒及粉粒含量減小，砂粒含量增加；中坡位置粘粒和粉粒增加，砂粒減少；下坡位置粘粒和砂粒增加，粉粒減少。與穩(wěn)定耕地相比，新改土的土壤顆粒配級(jí)不均勻，但放水前

8、后對(duì)土壤顆粒分形維數(shù)的影響較小。
　　放水后新改土的團(tuán)聚體破壞率主要呈增加變化，各小區(qū)的大團(tuán)聚體多數(shù)受到了破壞，其變化范圍為-0.92％（20 m上坡位）~2.88%（10 m下坡位）；不同上方來(lái)水流量沖刷前后新改土＜0.02 mm土粒團(tuán)聚度的變化率主要呈增加趨勢(shì)，其變化率為-0.9（20 m中）~45.31（5 m下），其二者變化幅度隨上方來(lái)水流量的增大分別呈增大和減小趨勢(shì)，隨坡長(zhǎng)波動(dòng)變化，隨坡位變化的規(guī)律不明顯。新改土容重在坡

9、長(zhǎng)為5~30m小區(qū)主要呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，增加幅度為0.01~0.20 g/cm3；而40 m和50 m呈減小趨勢(shì)，變化幅度為-0.01~-0.18 g/cm3。放水后土壤總孔隙度和非毛管孔隙度表現(xiàn)以下降為主，降幅分別為0.14%~10.67%和0.12%~6.27%?？偪紫抖群头敲芸紫抖鹊淖兎S坡長(zhǎng)的增加呈先減少后增加的趨勢(shì)，其中10 m和20 m是其趨勢(shì)變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
　　不同坡長(zhǎng)新改土的土壤含水量主要呈增加趨勢(shì)，變化值隨著坡長(zhǎng)

10、的增加呈波動(dòng)變化，其中10m坡長(zhǎng)小區(qū)增幅最小為0.5%~4.8%，30 m增幅最大為5.63%~9.32%；各小區(qū)土壤含水量變化值在上方來(lái)水量為15 L/min時(shí)表現(xiàn)較大；增幅隨著上中下的坡位變化順序主要呈降低趨勢(shì)。放水后不同坡長(zhǎng)新改土的總庫(kù)容和興利庫(kù)容主要呈減少趨勢(shì)，且隨坡長(zhǎng)的增加均呈波動(dòng)變化，其中30 m坡長(zhǎng)下坡總庫(kù)容降幅最大為25.58 t/hm2，20 m中坡坡長(zhǎng)的新改土降幅最大為21.92 t/hm2。
　　綜上所述，不