喬灌籬溝蓄坡面降雨入滲產流系統(tǒng)水分運動研究.pdf

1、在我國西北地區(qū)水土流失十分嚴重，不但存在水蝕，而且風蝕也十分嚴重，已經(jīng)嚴重影響該地區(qū)農牧業(yè)生產。針對西北地區(qū)水蝕和風蝕都十分嚴重的現(xiàn)狀，孫西歡教授提出了喬灌籬溝蓄法，該法可以有效的控制包括水蝕和風蝕在內的坡面土壤侵蝕，是一種適用于山西北部水土流失較為嚴重地區(qū)坡面水土流失治理的新方法，同時也是將水土保持工程措施和生物措施相結合的一種新的水土流失治理方法。本文采用試驗與數(shù)值模擬相結合的研究方法，對喬灌籬溝蓄坡面降雨入滲產流系統(tǒng)運動進行研究，

2、主要研究結果如下。
　　(1)在自行研制的喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運動試驗裝置的基礎上，進行了喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運動試驗研究，結果表明水平和垂直濕潤鋒推進距離隨著入滲時間的增大而增大，濕潤鋒的推進速度隨著入滲時間的增大而減小，并且水平濕潤鋒和垂直濕潤鋒的推進距離與入滲時間有顯著的對數(shù)關系;喬灌籬溝蓄溝道土壤水分在水平方向不同時間土壤含水率的分布趨勢一致，均隨著水平距離的增大而減小，入滲時間越長，土壤水分濕潤的范圍越大;在垂直方向

3、不同時間土壤含水率分布趨勢亦一致，均隨著距蓄水溝溝底距離增大而減小，不同時間，土壤濕潤范圍不同，時間越長濕潤范圍越大。
　　(2)根據(jù)喬灌籬溝蓄溝道土壤水分特點和土壤水動力學原理，建立了喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運動二維數(shù)學模型，采用迦遼金有限元對二維土壤水分運動非線性偏微分方程進行求解，并采用試驗結果對其進行驗證，結果表明利用該方法進行模擬計算喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運動過程是可行的。同時對不同入溝水量、溝底寬度、初始含水率、水平貯水

4、管直徑和水平貯水管埋深條件下喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運動進行模擬計算，結果表明喬灌籬溝蓄溝道土壤水分二維分布規(guī)律一致，均是以蓄水溝和水平臥管為中心向四周擴散，距蓄水溝和水平臥管越遠，土壤含水率越小;入溝水量越大、溝底寬度越大、初始含水率越大、水平貯水管直徑越大和埋深越深，喬灌籬溝蓄溝道土壤水分濕潤范圍也越大;喬灌籬溝蓄溝道土壤水分二維分布可采用指數(shù)函數(shù)描述，其相關系數(shù)均在0.9以上。
　　(3)在分析喬灌籬溝蓄坡面降雨入滲產流特性的

5、基礎上，建立了由模擬坡面產流的運動波模型和模擬坡面和溝道土壤水分運動的二維土壤水分運動方程組成的喬灌籬溝蓄坡面降雨入滲產流系統(tǒng)水分運動模型，并采用有限單元法對其進行求解。該模型同時考慮了坡面降雨產流和坡面水分入滲過程，二者采用強耦合模式進行結合，能同時模擬出坡面產流過程和坡面和溝道土壤中運動過程。并采用試驗資料對模型進行研究，結果表明模型計算的徑流過程和實測值吻合較好，計算和實測徑流量之間的誤差比較小，最大不超過10％，由此可見本模型可