黄土丘陵沟壑区不同雨强下坡面侵蚀空间异质性及其机理

摘要

[目的]明晰野外坡面侵蚀沉积精细时空分布特征及水动力学参数间的联系，以深入坡面侵蚀产沙过程的认识。[方法]以黄土丘陵沟壑区辛店沟流域自然坡面的3个径流小区(5 m×1.5 m)为研究对象，分别在90,120,150 mm/h雨强下进行连续10场降雨试验，同时结合地基三维激光扫描技术，研究坡面侵蚀沉积时空特征，探讨不同坡段水力学参数变化特征及其与坡面侵蚀率、产沙率的关系。[结果](1)随着雨强的增大，坡面侵蚀加重，以D,E坡段较为严重，沉积减小且分散，以E坡段最为明显；侵蚀面积而言：90,150 mm/h下，B坡段最大，C坡段次之，D坡段最小；120 mm/h雨强下，B坡段最大，D坡段次之，C坡段最小。(2)连续降雨作用下，水力学参数影响坡面粗糙度变化，坡面粗糙度又反作用于水力学参数，致使水动力学参数出现波动变化，当土体逐渐饱和达到稳定的入渗，水动力学参数逐渐趋于稳定；同一雨强下，距离坡顶长度与雷诺数、弗劳德数、单位径流功率成正比，与径流剪切力、Darcy-Weisbach阻力系数成反比。(3) 90,120 mm/h雨强下，径流功率是侵蚀过程中重要的水动力学参数，Darcy-Weisbach阻力系数和单位径流功率认为是坡面产沙过程重要的水动力学参数，皆为线性函数关系；150 mm/h雨强下，水动力学与侵蚀率、产沙率无关。[结论]在不同雨强下，坡面侵蚀与水动力学参数之间的关系存在差异，其中径流功率、Darcy-Weisbach阻力系数和单位径流功率是自然坡面产沙过程的重要参数，且二者呈线性关系。

关键词

侵蚀 / 沉积 / 水动力学 / 模拟降雨 / 三维激光扫描仪 / 黄土丘陵沟壑区

基金资助

国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项项目(2022YFE0119200);; 国家自然科学基金项目(41977059;U2243211;42207407);; 中国水利部重大科技项目(SKS-2022092);; 陕西省自然科学基金项目(2022JQ-259);; 陕西省教育厅基金(22JK0463)