喬灌籬溝蓄坡面降雨入滲產(chǎn)流系統(tǒng)水分運(yùn)動研究.pdf

1、在我國西北地區(qū)水土流失十分嚴(yán)重，不但存在水蝕，而且風(fēng)蝕也十分嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)。針對西北地區(qū)水蝕和風(fēng)蝕都十分嚴(yán)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(fēng)蝕在內(nèi)的坡面土壤侵蝕，是一種適用于山西北部水土流失較為嚴(yán)重地區(qū)坡面水土流失治理的新方法，同時(shí)也是將水土保持工程措施和生物措施相結(jié)合的一種新的水土流失治理方法。本文采用試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對喬灌籬溝蓄坡面降雨入滲產(chǎn)流系統(tǒng)運(yùn)動進(jìn)行研究，

2、主要研究結(jié)果如下。
　　(1)在自行研制的喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運(yùn)動試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運(yùn)動試驗(yàn)研究，結(jié)果表明水平和垂直濕潤鋒推進(jìn)距離隨著入滲時(shí)間的增大而增大，濕潤鋒的推進(jìn)速度隨著入滲時(shí)間的增大而減小，并且水平濕潤鋒和垂直濕潤鋒的推進(jìn)距離與入滲時(shí)間有顯著的對數(shù)關(guān)系;喬灌籬溝蓄溝道土壤水分在水平方向不同時(shí)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(shí)間越長，土壤水分濕潤的范圍越大;在垂直方向

3、不同時(shí)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(shí)間，土壤濕潤范圍不同，時(shí)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(diǎn)和土壤水動力學(xué)原理，建立了喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運(yùn)動二維數(shù)學(xué)模型，采用迦遼金有限元對二維土壤水分運(yùn)動非線性偏微分方程進(jìn)行求解，并采用試驗(yàn)結(jié)果對其進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明利用該方法進(jìn)行模擬計(jì)算喬灌籬溝蓄溝道土壤水分運(yùn)動過程是可行的。同時(shí)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(yùn)動進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)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(kuò)散，距蓄水溝和水平臥管越遠(yuǎn)，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(guān)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(chǎn)流特性的

5、基礎(chǔ)上，建立了由模擬坡面產(chǎn)流的運(yùn)動波模型和模擬坡面和溝道土壤水分運(yùn)動的二維土壤水分運(yùn)動方程組成的喬灌籬溝蓄坡面降雨入滲產(chǎn)流系統(tǒng)水分運(yùn)動模型，并采用有限單元法對其進(jìn)行求解。該模型同時(shí)考慮了坡面降雨產(chǎn)流和坡面水分入滲過程，二者采用強(qiáng)耦合模式進(jìn)行結(jié)合，能同時(shí)模擬出坡面產(chǎn)流過程和坡面和溝道土壤中運(yùn)動過程。并采用試驗(yàn)資料對模型進(jìn)行研究，結(jié)果表明模型計(jì)算的徑流過程和實(shí)測值吻合較好，計(jì)算和實(shí)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