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黄壤坡面土壤分离速率研究
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作者 王凯 王玉杰 +3 位作者 王彬 张守红 王云琦 王晨 《长江流域资源与环境》 CSSCI CSCD 北大核心 2018年第9期2114-2121,共8页
黄壤坡面侵蚀是长江中上游泥沙的主要原因之一,因此对该地区的土壤分离过程的量化研究对土壤侵蚀机理研究的深入和水土流失防治具有一定的理论和实践意义。通过变坡水槽冲刷实验,研究了黄壤坡面土壤分离速率与坡度、流量及主要水动力参... 黄壤坡面侵蚀是长江中上游泥沙的主要原因之一,因此对该地区的土壤分离过程的量化研究对土壤侵蚀机理研究的深入和水土流失防治具有一定的理论和实践意义。通过变坡水槽冲刷实验,研究了黄壤坡面土壤分离速率与坡度、流量及主要水动力参数间的关系,探寻模拟土壤分离过程的最优参数。试验结果表明:土壤分离速率与流量、坡度和多个水动力学参数都呈正相关关系。坡度和流量的幂指数均〉1,表明二者在实验测定范围内对土壤分离速率有叠加增大作用。水流功率(R^2=0. 93)与土壤分离速率拟合方程的决定系数最高,表明用水流功率来描述土壤分离速率能获得更多有效信息。当单位水流功率〉0. 281 m/s后,土壤分离速率随其增大而剧烈增加。但是径流剪切力(与土壤分离速率的决定系数为R^2=0. 83)值的计算只需获得坡度和水深等数据,水流功率值的计算不仅要采集坡度和水深等数据,还要获得流速等获取难度相对较大的数据。因此,采用径流剪切力来描述土壤分离较水流功率更为方便,而采用水流功率来估算土壤分离速率更为精确。 展开更多
关键词 土壤分离速率 坡度 水动力学参数 黄壤 水流功率 长江中上游
模拟植被地表覆盖率和粗糙度对坡面流水动力特性的影响 预览 被引量:2
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作者 刘文剑 张会兰 +4 位作者 王玉杰 王云琦 杨坪坪 王晨 赵兴龙 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期1-7,共7页
为研究刚性植被覆盖与地表粗糙共同作用下的坡面流水动力特性,在室内开展定床水槽冲刷试验,研究陡坡(15°)条件下10组流量(0.33-1.95m-3/h)、5种覆盖率(0,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%)、4种不同地表粗糙度(0.01,0.18,0.25,0.38mm)... 为研究刚性植被覆盖与地表粗糙共同作用下的坡面流水动力特性,在室内开展定床水槽冲刷试验,研究陡坡(15°)条件下10组流量(0.33-1.95m-3/h)、5种覆盖率(0,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%)、4种不同地表粗糙度(0.01,0.18,0.25,0.38mm)的坡面流流速、流型流态、阻力系数等变化特性。结果表明:(1)水流流速变动范围为0.06-0.59m/s,流速与植被覆盖率和地表粗糙度呈负相关关系(r〈-0.90),当植被覆盖率增加,流速随流量增加的增幅降低;流速校正系数与植被覆盖率呈正相关关系(r〉0.75),而与地表粗糙度呈负相关关系(r〈-0.84);(2)所有试验条件下雷诺数处于153-910之间,流态主要集中于过渡区和虚拟层流区,流型多数处于急流区,随植被覆盖率和地表粗糙度的增加,弗劳德数逐渐小于1,具有向缓流区延伸的趋势;(3)坡面流总阻力系数与雷诺数呈幂函数关系,与地表粗糙度和植被覆盖率呈正相关关系(r〉0.81);(4)阻力影响指数结果显示,当流量小于1.05m-3/h时,地表粗糙度在影响总阻力过程中占主导地位,反之,植被覆盖率占主导地位;通过t检验,坡面流总阻力与颗粒阻力和形态阻力线性叠加结果差异性显著(p〈0.05),表明当存在颗粒阻力及形态阻力时,坡面流总阻力并不能使用线性叠加原理。 展开更多
关键词 坡面流 植被覆盖 地表粗糙 水力学特性
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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 预览 被引量:1
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作者 王晨 马超 +3 位作者 王玉杰 王彬 王云琦 张会兰 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第8期126-133,共8页
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... 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(R^2=0.77,P〈0.01)。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。 展开更多
关键词 侵蚀 径流 剪切力 水力梯度 WEPP模型 细沟可蚀性 黄壤
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不同土壤前期含水率和坡度下黄壤分离临界水动力特性 预览 被引量:2
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作者 王晨 王彬 +3 位作者 王玉杰 王云琦 胡波 李世荣 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期224-232,共9页
土壤分离临界水动力学参数是侵蚀预报研究的基础内容,但关于不同近地表土壤水分条件下坡面侵蚀发生临界起动关键影响因子及其内在机制尚不清楚。本研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,试验设计5个土壤前期含水率(5%-23%)和5个... 土壤分离临界水动力学参数是侵蚀预报研究的基础内容,但关于不同近地表土壤水分条件下坡面侵蚀发生临界起动关键影响因子及其内在机制尚不清楚。本研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,试验设计5个土壤前期含水率(5%-23%)和5个坡度(1.0°-10.0°),利用冲刷槽实测土壤分离临界水动力学参数,探讨土壤分离临界水动力学参数对不同土壤前期含水率和坡度耦合作用的响应。结果表明:土壤分离临界流速、临界水深和流态均与坡度和土壤前期含水率呈幂函数减小关系;在坡度小于5.0°时,土壤分离临界水动力参数受坡度和土壤前期含水率耦合作用的影响;而在坡度大于5.0°时则主要受坡度的影响。因此,当坡度大于5.0°时,可直接采用简化幂函数方程对土壤分离临界水动力参数进行估算。在本研究试验条件下,坡面土壤分离临界水流流态基本属于层流、缓流,发生紊流、急流的概率很小。坡度和土壤前期含水率对坡面流阻力有重要的影响,阻力系数随临界单宽流量和雷诺数的增加呈幂函数下降趋势。 展开更多
关键词 土壤分离 土壤前期含水率 坡度 临界水动力特性 黄壤
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不同土壤前期含水量对土壤分离临界水动力学特性及其抗剪强度的影响 预览 被引量:4
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作者 王晨 张守红 +4 位作者 王彬 王玉杰 王云琦 胡波 王凯 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2017年第1期91-96,102共7页
通过实测不同土壤前期含水量(5%~23%)和坡度(1°~10°)条件下黄壤坡面土壤分离临界水动力参数,并结合不同土壤含水量(3%~23%)对土壤抗剪强度的影响,综合分析及探讨不同土壤前期含水量、坡度和土壤抗剪强度与临界水动... 通过实测不同土壤前期含水量(5%~23%)和坡度(1°~10°)条件下黄壤坡面土壤分离临界水动力参数,并结合不同土壤含水量(3%~23%)对土壤抗剪强度的影响,综合分析及探讨不同土壤前期含水量、坡度和土壤抗剪强度与临界水动力特性的关系。结果表明:临界流量与不同土壤前期含水量和坡度呈幂函数减小关系,并提出一种能够体现土壤前期含水量和坡度共同作用对临界水动力参数影响的预测方程。在坡度小于5°时,土壤前期含水量对临界水动力学参数影响较小,可直接采用简化的幂函数关系进行计算。土壤黏聚力随土壤含水量的增加先出现峰值后逐渐减小至稳定;与土壤黏聚力的变化趋势不同,土壤分离临界水动力参数则逐渐减小。 展开更多
关键词 土壤分离 土壤前期含水量 坡度 临界水动力学参数 土壤抗剪强度
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自然降雨条件下结皮层团聚体稳定性变化特征研究 预览
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作者 胡波 王玉杰 +3 位作者 王彬 王云琦 刘春霞 王晨 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期225-231,共7页
通过野外定位监测和室内分析相结合的方法,以三峡库区典型黄壤为研究对象,结合Le Bissonnais(LB)法中快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和预湿润振荡(WS)3种处理方法定量分析结皮层与表土层团聚体稳定性的差异。研究结果表明:在降雨... 通过野外定位监测和室内分析相结合的方法,以三峡库区典型黄壤为研究对象,结合Le Bissonnais(LB)法中快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和预湿润振荡(WS)3种处理方法定量分析结皮层与表土层团聚体稳定性的差异。研究结果表明:在降雨作用下土壤团聚体稳定性存在较大的动态变化,结皮层团聚体稳定性在自然降雨作用下呈现波动式上升的趋势。FW、SW、WS处理下,结皮层土壤团聚体平均质量直径变化范围分别为0.73-2.13 mm、1.70-2.90 mm和2.27-3.16 mm,下层土壤在FW处理下团聚体稳定性呈波动式上升趋势,平均质量直径变化范围为0.70-1.27 mm,在SW和WS处理下呈略微下降趋势,其变化范围分别为1.69-2.83 mm和2.53-2.95 mm。在降雨影响下,土壤结皮与下层土壤团聚体稳定性存在较大的差异,随着降雨场次的增加,结皮层团聚体稳定性逐渐高于下层土壤,且两者差值逐渐增大。在土壤有机质、阳离子交换量、pH值等理化性质基本不变的情况下,土壤团聚体稳定性在自然降雨影响下也存在较大的动态变化。 展开更多
关键词 团聚体稳定性 动态变化 土壤结皮 影响因素 三峡库区
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不同形状沙袋沙障稳定性及防风效益 预览
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作者 王晨 王玉杰 +3 位作者 袁立敏 胡小龙 黄海广 刘斌 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2015年第5期7-12,共6页
沙袋沙障为一种新型沙障,同时具备防风阻沙、抑制风蚀的功能。区别于其他沙袋沙障,试验采用的沙袋外层包装为涤棉布。为了解不同形状沙袋沙障对近地表气流的影响,并探寻具有较好防护效果的沙障形状,研究通过对正半圆形、倒半圆形和一字... 沙袋沙障为一种新型沙障,同时具备防风阻沙、抑制风蚀的功能。区别于其他沙袋沙障,试验采用的沙袋外层包装为涤棉布。为了解不同形状沙袋沙障对近地表气流的影响,并探寻具有较好防护效果的沙障形状,研究通过对正半圆形、倒半圆形和一字形沙袋沙障的移动距离、周围地表蚀积程度及近地表风速进行测定,对比研究了3种形状沙袋沙障自身稳定性及其防风效益差异。结果表明:3种形状沙袋沙障相比,正半圆形沙袋沙障最稳定,倒半圆形最差。沙袋整体移动距离大小顺序为倒半圆形〉一字形〉正半圆形,分别为33.02cm,16.90cm和14.00cm。不同形状蚀积深度相比,正半圆形的4个区域蚀积程度均为最小,在背风侧区域、迎风侧区域、左翼区域、右翼区域内风蚀深度分别比未设置沙障区减小了102.07%,86.17%,25.93%,66.56%。3种形状沙袋沙障防风效能相比,正半圆形沙袋沙障最大,倒半圆形比正半圆形低10.16%。3种形状沙袋沙障中正半圆形周围风速等值线密度要明显大于一字形和倒半圆形,在不同位置上,风速等值线密度大小顺序为背风侧0~20cm〉迎风侧0~20cm〉背风侧20~100cm;在不同高度上,沙袋对风速影响最大范围约在30cm以下,在此之上,对风速影响逐渐变小。 展开更多
关键词 沙袋沙障 移动距离 蚀积特征 防风效能 风速流场
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降雨类型对北方土石山区坡面土壤侵蚀的影响 预览 被引量:1
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作者 邬铃莉 王云琦 +2 位作者 王晨 王玉杰 王彬 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第24期157-164,共8页
该文基于北京市房山区蒲洼径流小区2013-2015年观测的105场自然降雨,采用实测水文数据与WEPP模型模拟降雨侵蚀过程相结合的方法,对比了北方土石山区不同雨型下的坡面土壤侵蚀差异。结果表明:1)自然降雨中,单场降雨的侵蚀能力表现为B型雨... 该文基于北京市房山区蒲洼径流小区2013-2015年观测的105场自然降雨,采用实测水文数据与WEPP模型模拟降雨侵蚀过程相结合的方法,对比了北方土石山区不同雨型下的坡面土壤侵蚀差异。结果表明:1)自然降雨中,单场降雨的侵蚀能力表现为B型雨(低频率、短历时、中雨量、大雨强)>A型雨(中频率、长历时、大雨量、中雨强)>C型雨(高频率、中历时、小雨量、小雨强),其中,侵蚀性降雨中A型雨降雨频率最高、对研究区土壤侵蚀的累计贡献率最大;而C型雨几乎不会引发土壤侵蚀。2)诱发北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀的临界雨量为8mm、临界雨强为9.5mm/h。3)利用WEPP模型通过设置最大30min雨强I30出现的不同时间将3类雨型进一步划分为4个子雨型,结果表明同一雨强出现的降雨时序差异会影响土壤侵蚀的发生程度,且子雨型下土壤侵蚀量整体表现为递增型>峰值型>递减型>均值型,其中A型雨4个子雨型下侵蚀量差异最显著。研究结果可为北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀预报模型的建立及土壤侵蚀防治提供参考依据。 展开更多
关键词 土壤 侵蚀 径流 雨型 径流小区 WEPP模型 北方土石山区
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