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坡面流输沙能力与土壤可蚀性参数对细沟土壤侵蚀过程影响的有限元计算模型研究 总被引：3，自引：0，他引：3
土壤侵蚀预报模型对于定量评价水土保持效果,合理制定水土保持措施等具有重要意义。细沟侵蚀模型是土壤侵蚀预报模型的重要组成部分。本研究建立了一个以物理概念为基础的细沟侵蚀预报模型,模型包括水流连续性方程、水流动力学方程和泥沙运移方程;同时,模型改进了部分参数的计算方法,以线性形式的水流输沙能力计算方法取代原有的对数形式方法,将土壤最大剥蚀率用于土壤可蚀性参数的计算;采用有限元方法对模型进行顺序求解;Visual C++语言数值计算程序被用来模拟细沟侵蚀产沙变化过程,并进行了一系列室内试验验证该数学模型、模型参数及数值计算方法。结果表明,模型预测值和实测值具有很好的一致性,改进的模型参数计算方法能够准确地反映土壤可蚀性参数与水流输沙能力对细沟侵蚀过程的调控作用。 相似文献
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饱和状态下黄绵土坡面细沟侵蚀可蚀性和临界剪切应力特征 总被引：1，自引：1，他引：0
土壤可蚀性参数和临界剪切应力是评价土壤易侵蚀程度和抗水流剪切变形能力的重要指标,目前在黄绵土坡面细沟侵蚀过程中,土壤饱和条件下可蚀性参数和临界剪切应力的变化尚不明确。该研究采用室内土槽模拟冲刷试验确定不同坡度（5°、10°、15°、20°）和流量（2、4、8 L/min）下饱和黄绵土坡面的最大细沟剥蚀率,基于数值法、修正数值法和解析法计算土壤可蚀性参数和临界剪切应力。结果表明,3种方法所得最大细沟剥蚀率均随坡度和流量增加而增大,其中修正数值法和解析法计算的最大细沟剥蚀率更接近。土壤可蚀性参数分别是0.485、0.283和0.268 s/m,土壤临界剪切应力分别为1.225、1.244和1.381 N/m2。修正数值法可提高数值法近似计算的精度,使近似计算结果更接近解析法计算获得的理论值。饱和较未饱和黄绵土的土壤可蚀性参数略有减小（16.83%）,而临界剪切应力减小了66.97%,表明土壤饱和对黄绵土土壤可蚀性参数影响很小,但大幅度削弱了土壤临界剪切应力,使得黄绵土坡面饱和后土壤侵蚀更为强烈。此外,饱和黄绵土边坡的临界剪切应力比饱和紫色土坡面大6.38%,而细沟可蚀性参数大2.35倍,表明土壤饱和对2种土壤临界剪切应力影响程度相似,但黄绵土较紫色土对土壤侵蚀的敏感性更高。研究结果可为饱和状态下不同土壤坡面细沟侵蚀模型参数的优化提供参考。 相似文献
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为揭示季节性冻融区土壤侵蚀阻力的变化机制，确定影响土壤侵蚀阻力主控因子，通过室内冻融模拟、水槽冲刷和土壤抗剪试验，对黄绵土(SM粉质壤土)、风沙土(WS砂壤土)和黑土(KS黏壤土)侵蚀阻力影响因素进行研究。结果表明：(1)随着冻融循环次数增加，细沟可蚀性值逐渐升高，而临界剪切力降低。经历10次冻融循环后，SM粉质壤土、WS砂壤土和KS黏壤土的细沟可蚀性分别增加76%,63%,11%,临界剪切力分别减小37%,13%,91%。(2)细沟可蚀性随土壤抗剪强度、黏聚力和内摩擦角增大而减小，临界剪切力则呈相反趋势。与内摩擦角相比，黏聚力更适合用来表征土壤侵蚀阻力。采用黏聚力对SM粉质壤土、WS砂壤土和KS黏壤土的细沟可蚀性进行预测，决定系数(R2)分别为0.42,0.78,0.50,平均为0.57;对临界剪切力的预测效果较差，决定系数(R2)分别为0.16,0.14,0.18,平均仅为0.16。(3)根据皮尔逊相关分析结果，基于土壤的初始含水率、冻融循环次数、力学特性以及土壤参数等分别建立细沟可蚀性(R2=0.85)和临界剪切力... 相似文献
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为探究以干暖河谷为基带的西南山地土壤细沟可蚀性垂直地带性差异,选择该区不同垂直带典型土地利用类型(林草地和耕地)下不同土壤类型(红壤、黄壤、棕壤和暗棕壤)为研究对象,利用室内“V”形细沟模拟装置,分别进行6种流量(150,300,450,600,750,900mL/min)和3种水文状态(排水状态、饱和状态和渗流状态)的模拟冲刷试验。结果表明:(1)该区土壤颗粒组成无明显的垂直地带性,林草地的砂粒含量偏高,各土壤的颗粒含量差异在9%以内,所有土壤均为粉质壤土,但有机质差异较大,且随着海拔增加而增加;(2)土壤的细沟可蚀性具有明显的垂直地带性,随海拔升高,林草地土壤可蚀性Kr值逐渐减小,相比于红壤,暗棕壤的Kr值减小幅度平均为47.74%,耕地土壤中黄壤略大于红壤,可能与人为活动强度和土壤熟化程度有关;(3)不同土地利用方式下,林草地土壤Kr值显著大于耕地土壤Kr值,平均增幅为22.63%,这可能与有机质促进土壤抗侵蚀性能的提高有关;(4)不同近地表水文状态下,土壤的细沟可蚀性表现为渗流状态>饱和状态>排水状态,表明随着近地表水文状态变化,尤其是垂直水力梯度的增加会显著导致土壤的细沟可蚀性增大;试验还发现,土壤的临界剪切力仅在不同的水文状态下具有渗流状态>饱和状态>排水状态的规律性,而在不同海拔和土地利用类型之间没有明显的规律性。 相似文献
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东北典型黑土区剖面粒径分布特征及其可蚀性研究 总被引：3，自引：0，他引：3
为了更好的了解黑土区土壤剖面粒径分布以及可蚀性因子特征,本研究以东北典型黑土区鹤北流域为研究区,利用沉降法对不同土地利用方式下土层表面至母质的土壤样品进行粒径分布规律研究,并基于粒径及有机碳分布特征,计算了土样的可蚀性K值,最后对土壤可蚀因子K与WEPP模型中土壤的细沟间侵蚀因子(Inter- rill Erodibility)K_i、细沟侵蚀因子(Rill Erodibility)K_r和临界剪切力因子(Critical Shear)Tc进行相关分析。结果表明:(1)不同剖面下土壤粘粒含量逐层变化不大。而粉粒含量呈现出随土层深度增加而含量减少,砂粒呈现出随土层深度增加而含量增大;(2)除人工林外,其余6个剖面土壤可蚀性因子K值均表现出随土层深度增加而含量增大的趋势;(3)对农地剖面土样分析发现,可蚀性因子K值与细沟侵蚀因子K_r呈极显著正相关,与临界剪切力因子Tc呈极显著负相关,而与细沟间侵蚀因子K_i的正相关性略有降低。 相似文献
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晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀及预报研究 总被引：5，自引：0，他引：5
细沟间侵蚀是指坡面上细沟未形成之前或细沟形成之后细沟间的土壤侵蚀过程。细沟间侵蚀量预报是整个坡面水土流失预报的一个重要组成部分。本文以晋西黄土丘陵沟壑区的土壤侵蚀为背景,以野外及室内试验资料为基础,论述了降雨动能、土壤抗剪强度、坡度、植被、表土结皮对细沟间土壤侵蚀的影响,提出了坡面一次降雨细沟间侵蚀总量的预报模型。本模型与径流及细沟侵蚀量预报模型结合,可形成一个较为完整的坡面水蚀总量预报模型。 相似文献
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三峡库区生物结皮对土壤分离过程的影响及其机制 总被引：2，自引：0，他引：2
为探明三峡库区生物结皮对土壤分离过程的影响及机制,以湖北省秭归县王家桥小流域为研究区域,选取以苔藓为优势种的生物结皮样地,以无结皮覆盖的裸地为对照,设计5个结皮盖度水平(1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%),采集原状土样,进行不同侵蚀动力条件下(水流剪切力4.89～17.99 Pa)的冲刷试验,建立生物结皮盖度与土壤分离能力、细沟可蚀性和临界剪切力间的定量关系,明确影响土壤分离过程的主要因素并阐明其作用过程。结果表明,生物结皮盖度显著影响土壤分离,裸地的土壤分离能力(0.160 kg/(m2·s))为生物结皮土壤(0.008～0.081 kg/(m2·s))的1.9倍～21.0倍,裸地的细沟可蚀性(0.018 7 s/m)为生物结皮土壤(0.009 5～0.000 9 s/m)的2.0倍～20.0倍;相对土壤分离速率和细沟可蚀性均随结皮盖度的增加呈指数衰减;通径分析显示土壤分离能力主要受结皮盖度、土壤黏结力和沙粒含量的影响,细沟可蚀性主要受结皮盖度和土壤容重的影响;非线性回归表明,土壤分离能力可用水流剪切力、黏结力和结皮盖度的幂函数进行模拟(NSE=0.947)。综上,三峡库区生物结皮的发育有效增强了土壤侵蚀阻力,其抑制土壤分离主要通过地表覆盖的直接保护作用和土壤属性的间接改变作用。 相似文献
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不同近地表水文条件下矿山弃土对土壤细沟可蚀性的影响—以攀枝花盐边县龙蟒矿山为例 总被引：2，自引：2，他引：0
以攀枝花市盐边县红格龙蟒矿山李家河排土场、未被开采过的矿区灌草地和耕地3种土壤为研究对象,基于土壤水蚀预报模型(WEPP)中的细沟侵蚀模型,采用100,200,300,400,500,600ml/min的流量对灌草地、耕地和矿山排土场土壤分别进行排水、饱和以及渗流状态下的冲刷试验,查明其可蚀性(Kr)的变化。结果表明:(1)径流剪切力与土壤剥蚀率之间存在较显著的指数关系(P0.01);(2)流量与土壤剥蚀率之间存在较为显著的指数关系(P0.01),土壤剥蚀率随流量的增加呈指数形式增加;(3)在排水、饱和及渗流3种水文条件下,灌草地土壤Kr值分别为0.000 2,0.000 5,0.000 9m/s,耕地土壤Kr值分别为0.000 3,0.000 9,0.001 8m/s,排土场土壤Kr值分别为0.002 3,0.066 9,0.094 6m/s。可见,在同一水文条件下,土壤Kr值均表现为排土场耕地灌草地;(4)在同一土地利用类型下,土壤Kr值均表现为渗流状态饱和状态排水状态,这是由于渗流状态下土壤同时受到垂直方向和地表径流的双重作用,导致土壤可蚀性最差,在饱和状态下,土壤抗蚀性也相应地变差,在排水状态下,由于地表径流可以自由下渗,土壤抗蚀性相对较好。综上可见,土壤中垂直水力梯度的变化会显著影响土壤可蚀性,矿山土壤经过人为扰动之后抗蚀性也会呈显著降低趋势,在未来土壤侵蚀研究中亟需进一步开展深入研究。 相似文献
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中国亚热带土壤可蚀性K值预测的不确定性研究 总被引：7，自引：0，他引：7
土壤可蚀性K值是土壤侵蚀模型(如USLE和RUSLE)的必要参数,直接套用经验模型估算土壤可蚀性K值会给土壤侵蚀预报带来不可估计的误差。本文以我国亚热带7种典型土壤可蚀性K值的观测值为依据,选用平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)、均方根误差(RMSE)和精度因子(Af)四种数学统计项为指标,评价了诺谟图模型、修正诺谟图模型、EPIC模型、几何平均粒径模型和Torri模型等5种土壤可蚀性K值预测模型的不确定性。结果表明,5种模型的不确定性从小到大的顺序为:Torri模型<修正诺谟图模型和诺谟图模型相似文献
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土壤侵蚀物理模型中紫色土细沟侵蚀参数研究 总被引：1，自引：1，他引：0
以长江中上游典型侵蚀性土壤紫色土为研究对象,采用变坡限定性细沟土槽,研究不同流量、坡度和沟长情况下,紫色土细沟侵蚀特征,并量化了细沟侵蚀参数。结果表明:细沟侵蚀受水流水力特征、土壤性质和坡面影响,随着水流含沙量的增大,细沟侵蚀速率呈现减小趋势;流量越大,坡度越陡,细沟水流的剥蚀率越大,造成细沟侵蚀速率也越大。在5L/min的小流量下,细沟侵蚀速率受剥蚀率限制与含沙量没有出现线性关系,15,25L/min流量下,细沟侵蚀速率与含沙量呈线性相关。侵蚀速率在细沟开始处最大,随沟长的增大,水流能量消耗于挟带泥沙而迅速减小,相关性分析得到侵蚀速率与沟长呈指数递减,相关系数R2变化于0.45~0.98之间。通过回归分析得到试验条件下,紫色土细沟土壤可蚀性均值为0.005 3s/m,临界剪切力均值为2.92Pa。研究结果对于坡面土壤侵蚀物理模型的建立和推广应用提供数据支撑,为紫色土坡面侵蚀研究提供借鉴。 相似文献
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WEPP模型中细沟可蚀性参数估计方法误差的理论分析 总被引：8，自引：4，他引：4
细沟土壤侵蚀在坡面土壤侵蚀占有重要地位。土壤可蚀性参数是WEPP模型中计算预报/计算细沟土壤侵蚀中极其重要的参数。WEPP模型现在采用的可蚀性参数是用长的细沟/径流小区试验以细沟侵蚀产沙估计得到的最大可能剥蚀率为基础获得的。该文分析了细沟侵蚀产沙随沟长的变化关系,分析了可蚀性参数估计误差的来源。从理论上推导出了计算现有WEPP可蚀性参数估计误差的计算方法。理论分析表明,对于限定性细沟,可蚀性参数的估计误差主要来源于细沟最大可能剥蚀率的估计值。最大可能剥蚀率的理想估计值是水流载沙量与细沟长度的函数关系在细沟 相似文献
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黄土坡面细沟侵蚀能力的水动力学试验研究 总被引：59，自引：3，他引：56
建立以水动力学为基础的侵蚀预报模型,必须解决影响土壤侵蚀发生过程及其强度的各水力要素的合理计算问题。本文通过室内径流冲刷试验,研究了黄土坡国沟侵蚀发生的水动力学机理及其输沙特征,探讨了细沟侵蚀预报模型中,细沟侵蚀民涉衣的土壤及有关径流的水力参数;土壤侵蚀性系数,细沟侵蚀发生的临界切应力,细沟径流的平均流速,Ｍａｎｎｎｉｎｇ糙率系数,以及反映细沟断面形态特征的系数的估算问题。 相似文献
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紫色丘陵区土壤可蚀性因子研究 总被引：10，自引：0，他引：10
土壤可蚀性是标准小区上单位降雨侵蚀力所引起的土壤流失量,具有明确的物理意义和简便的测定方法,是确定土壤流失量的重要指标,也是土壤预测预报模型的重要参数[1]。美国的《农业手册》(No·282,537和703)总结并提出了土壤侵蚀预报模型USLE和RUSLE[2-4]各个参数的计算方法。我国学者对土壤可蚀性进行了大量的研究,朱显谟[5]将土壤抗侵蚀性能分为抗冲性和抗蚀性,学者们[6-7]分别对土壤抗冲性和抗蚀性进行了研究。人工模拟降雨研究土壤可蚀性有效率高、可控性好的特点得到了广泛的运用。史学正等[8]用人工模拟降雨仪研究了亚热带土壤的可蚀性,于东升等[9]用不同人工模拟降雨方式研究了土壤可蚀性 相似文献
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水力梯度影响下WEPP模型估计细沟侵蚀参数的可行性分析 总被引：2，自引：0，他引：2
为分析近地表水文条件影响下WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型估计细沟可蚀性和临界剪切力的可行性,该研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,采用不同水力梯度值模拟饱和/渗流(水力梯度为0、0.71和1.43 m/m)和排水(水力梯度为?0.71和?1.43 m/m)2种近地表水文条件,并设置3个放水流量(0.55、1.58、2.51 L/min),利用"V"形试验土槽测定不同条件下细沟产流产沙,以WEPP模型估算的土壤可蚀性和临界剪切力为计算值。测定增大流量直到侵蚀开始并出现连续不断的土壤颗粒分离时所对应的流量,将基于此流量计算获得的临界剪切力作为实测值。比较临界剪切力计算值与实测值验证WEPP模型估算的可靠性。结果表明,在饱和/渗流条件下,土壤剥蚀率随着冲刷历时的增加逐渐减小;在排水条件下,放水流量为0.55 L/min的土壤剥蚀率随冲刷历时的增加快速减少并逐步稳定,而随着放水流量增大土壤剥蚀率波动的更为剧烈。5个水力梯度平均细沟可蚀性为2.51×10?2 s/m。饱和/渗流条件下细沟可蚀性为3.07×10?2 s/m,是排水条件的1.78倍。除水力梯度为?1.43 m/m时临界剪切力在WEPP模型中的计算值与实测值相符外,在?0.71~1.43 m/m范围内,临界剪切力的计算值均高估了实测值,平均高估了36.85%。临界剪切力实测值与计算值呈指数函数关系(R2=0.77,P0.01)。该研究可为黄壤的侵蚀防治及WEPP细沟侵蚀模型临界剪切力修正提供理论支持和科学指导。 相似文献
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广东省土壤可蚀性现状及影响因素分析 总被引：11，自引：0，他引：11
土壤可蚀性是土壤侵蚀预报和土地利用规划的重要参数,本文采用EPIC(Erosion Productivity Im-pact Calculator)模型中土壤可蚀性因子K值为指标,利用第二次土壤普查资料,探讨广东省土壤可蚀性K值及分布特征,并绘制了广东省土壤可蚀性K值图,结果表明:广东土壤可蚀性K值为0.116~0.415,加权平均K值为0.25,主要分布在较低-中高可侵蚀性范围;以铁铝土为例,成土母质对土壤侵蚀影响是多因素的,由于母质的特性差异,母质所发育土壤可蚀性K值并不能完全代表其侵蚀危害性,从总体上看,土壤经过多年耕种,抗侵蚀能力明显下降。 相似文献
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陕西省耕地土壤可蚀性因子 总被引：3，自引：0，他引：3
[目的]土壤可蚀性因子是计算土壤侵蚀的一个重要因子,对陕西省耕地土壤可蚀性因子展开研究,可为陕西地区的耕地土壤侵蚀计算及评价提供科学依据。[方法]以陕西省9个地区的耕地土壤实测数据为基础,利用通用土壤流失方程USLE(universal soil loss equation)、修订土壤流失方程RUSLE2(revised universal soil loss equation version 2)、侵蚀生产力影响模型EPIC(erosion productivity impact calculator)中可蚀性因子K值的计算公式以及几何平均粒径公式和几何平均粒径—有机质Dg-OM公式,计算不同耕地土壤质地条件下的土壤可蚀性因子。[结果]RUSLE2的极细砂粒转换公式在陕西黄土丘陵沟壑区平均低约14.53%,在陕南地区平均高约32.91%,使用修正公式后平均误差分别为7.81%和13.14%;对比分析K值的估算值与实测值,子洲县实测K值为0.002 69〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕,Dg-OM模拟计算均值为0.0297〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕;水蚀预报模型WEPP(water erosion prediction project)中的细沟间可蚀性(Ki)和细沟可蚀性(Kr),与USLE的K值相关系数分别为0.738 6和0.607 4。[结论]极细砂粒转换修正公式的计算误差小于RUSLE2模型;Dg-OM模型适合陕西黄土丘陵沟壑区及长武县、杨凌区和安康市典型耕地土壤;WEPP中Ki和Kr,当土壤砂粒含量小于30%,USLE的K值与WEPP的Ki和Kr值有强相关性。 相似文献
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中国土壤可蚀性值及其估算 总被引：67，自引：0，他引：67
土壤可蚀性是评价土壤对侵蚀敏感程度的重要指标，也是进行土壤侵蚀预报的重要参数。本文运用野外观测资料，研究了我国不同水土流失区的土壤可蚀性值问题。根据实测资料，计算给出了一组土壤可蚀性实测值。并利用这组实测值。对我国土壤可蚀性估算问题进行了探讨。结果表明，国外现有的可蚀性估算模型不能直接应用于我国土壤的可蚀性计算，估算值明显大于实测值。但估算值与实测值之间存在有良好的线形关系。最后提出了我国不同地区及不同资料占有情况下的土壤可蚀性估算方法。本文研究结果可以直接用于我国土壤侵蚀预报中土壤可蚀性计算。 相似文献