泥沙输移与坡面降雨和径流能量的关系-水科学进展.PDF

第 19 卷 第 6 期 水 科 学 进 展 Vol19 ,No6 2008 年 11 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 Nov. , 2008 　 泥沙输移与坡面降雨和径流能量的关系 1 1 2 1 李光录 , 吴发启 , 庞小明 , 赵小风 ( 1 西北农林科技大学资源环境学院 , 陕西 杨凌 　712100 ; 2 黄河水利委员会天水水土保持科学试验站 , 甘肃 天水 　741000) 摘要 : 从导致土壤侵蚀的降雨和径流能量出发 , 提出了基于物理学原理的降雨能和径流能的概念 , 并采用人工模拟降 雨实验 , 分析了泥沙输移与降雨和径流能的关系 , 结果显示 : 坡面薄层径流泥沙剥蚀量随着地表坡度 、降雨能和径流 能的增加而增加 , 雨滴击溅作用下泥沙剥蚀量远远大于无雨滴击溅作用时泥沙剥蚀量 ; 薄层水流泥沙浓度随着坡度和 降雨能的增加而增加 , 当坡度和降雨能一定时 , 泥沙浓度随着径流能的增加而减小 ; 降雨扰动系数与降雨和径流能的 比值按照对数关系增长 , 在相同坡度下 , 当降雨能一定时 , 降雨扰动系数随着径流能的增加而减小 , 当径流能一定 时 , 降雨扰动系数随着降雨能的增加而增加 。降雨能是导致泥沙剥离的本质 , 径流能是泥沙搬运的动力 。 关 　键 　词 : 薄层径流 ; 降雨能 ; 径流能 ; 泥沙剥蚀量 ; 泥沙浓度 ; 降雨扰动系数 ( ) 中图分类号 : S1571 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2008 坡面薄层径流的挟沙能力主要取决于水流的冲刷剥蚀和雨滴的击溅分散作用[ 1] , 前者依赖于水流的流速 、 流量和土壤性质等 , 后者依赖于雨滴的特征 、薄层水流深度等 。很早以前 , Ellison[2 ] 就报道了雨滴击溅能够分 散表层土壤颗粒 , 这一结论也被许多研究所证实[3 ,4 ] 。雨滴击溅和径流冲刷能力的大小受多种因素的影响 , 如 : 雨滴大小和速度[5～8 ] , 雨滴直径和薄层水流深度[9～13 ] , 降雨强度[ 14 ,15 ] , 雨滴击溅作用下薄层水流流 态[ 16～20 ] , 以及地表景观特征[21] 、植被[22 ,23 ] 等 , 但其本质是一种作用力与反作用力的对比关系或能量耗散的 结果 。然而 , 这方面的研究报道很少 , 也是当前学科研究的热点和难点[ 1] 。 本文从物理学的基本原理出发 , 通过人工模拟降雨试验 , 分析了在雨滴打击和薄层水流两种能量同时作用 下 , 片状侵蚀过程中产沙与降雨、径流能量的关系 , 探讨了这两种导致侵蚀的基本能量与泥沙浓度和雨滴扰动系 数的关系 , 其结果对进一步完善土壤侵蚀的发生机理 , 对于坡面薄层水流侵蚀预报模型的建立具有重要的意义 。 1 　理论分析 坡面薄层水流的侵蚀能量来源于雨滴的击溅动能和上坡汇水形成的坡面薄层水流的冲刷动能。 11 　降雨能 当雨滴打击地表土块或薄层径流时 , 雨滴下落产生的动能将传递给坡面土粒和薄层水流 , 导致土粒分离 、 (