黃土坡面細(xì)溝侵蝕過(guò)程

譚貞學(xué)，王占禮，王莎，劉俊娥

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，712100，陜西楊凌;2.欽州市水保監(jiān)測(cè)分站，535000，廣西欽州;3.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，712100，陜西楊凌;4.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌)

黃土坡面細(xì)溝侵蝕過(guò)程

譚貞學(xué)1，2，王占禮1，3?，王莎3，4，劉俊娥3，4

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，712100，陜西楊凌;2.欽州市水保監(jiān)測(cè)分站，535000，廣西欽州;3.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，712100，陜西楊凌;4.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌)

采用具有定流量放水組合小區(qū)模擬降雨試驗(yàn)方法，對(duì)黃土坡面細(xì)溝侵蝕過(guò)程進(jìn)行模擬試驗(yàn)。結(jié)果表明:不同坡度和不同降雨強(qiáng)度下，細(xì)溝侵蝕率都呈現(xiàn)隨徑流變化過(guò)程的遞增而增大的趨勢(shì)，并且冪函數(shù)方程可以較好地模擬出其變化過(guò)程，同時(shí)在徑流變化過(guò)程中，不同坡度下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程變化的遞增速率總體上大于不同降雨強(qiáng)度下的遞增速率;細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡度及降雨強(qiáng)度的增大皆增大，可分別用對(duì)數(shù)方程及指數(shù)方程很好地描述，坡度及降雨強(qiáng)度對(duì)細(xì)溝侵蝕模數(shù)的綜合作用可用二元冪函數(shù)方程很好地描述;試驗(yàn)條件下，水流切應(yīng)力是細(xì)溝侵蝕過(guò)程發(fā)生發(fā)展的動(dòng)力根源。

細(xì)溝侵蝕;侵蝕過(guò)程;組合小區(qū);切應(yīng)力;黃土坡面

土壤侵蝕是全球性的嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題。大量研究［1－2］表明，坡面侵蝕量的大小取決于坡面是否有溝蝕發(fā)生。細(xì)溝作為溝蝕的初始侵蝕形態(tài)，一旦產(chǎn)生，坡面水流的侵蝕力和搬運(yùn)力均會(huì)遠(yuǎn)大于雨滴和片狀水流所具有的侵蝕力和搬運(yùn)力［3］，土壤侵蝕量就會(huì)大幅度增加，細(xì)溝侵蝕量對(duì)坡面侵蝕量的貢獻(xiàn)能夠超過(guò)70%［4－5］。長(zhǎng)久以來(lái)關(guān)于細(xì)溝侵蝕的研究一直是坡面侵蝕研究的重要內(nèi)容。我國(guó)黃土地區(qū)坡面地形破碎、土質(zhì)松、暴雨多，具備細(xì)溝侵蝕發(fā)生發(fā)展的有利條件，與國(guó)外主要是緩坡地的細(xì)溝侵蝕相比，黃土區(qū)細(xì)溝侵蝕程度更為嚴(yán)重。陜西子洲徑流試驗(yàn)站1963—1967年對(duì)坡長(zhǎng)60 m、坡度22°小區(qū)的觀測(cè)結(jié)果表明，每年有45% ～60%的產(chǎn)流暴雨產(chǎn)生細(xì)溝，細(xì)溝侵蝕量占總侵蝕量的68% ～91%［6］。可見(jiàn)，細(xì)溝侵蝕是我國(guó)黃土地區(qū)坡面極其重要的侵蝕過(guò)程。闡明黃土地區(qū)坡面細(xì)溝侵蝕過(guò)程，可為區(qū)域坡面侵蝕過(guò)程模型研究奠定重要基礎(chǔ)，為黃土區(qū)坡面水土流失治理及生態(tài)建設(shè)提供重要科學(xué)依據(jù)。

國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)細(xì)溝侵蝕進(jìn)行了大量的研究。張科利等［7］對(duì)黃土坡面細(xì)溝的水動(dòng)力學(xué)特征及發(fā)生機(jī)制進(jìn)行了試驗(yàn)研究;雷阿林等［8］對(duì)細(xì)溝侵蝕發(fā)生的臨界動(dòng)力條件進(jìn)行了研究;G.R.Foster等［9］通過(guò)不同條件下的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，探討了細(xì)溝的流速及分布、水力半徑及阻力系數(shù)的表達(dá)式;李君蘭等［10］研究了降雨強(qiáng)度、坡度和坡長(zhǎng)對(duì)細(xì)溝侵蝕的交互效應(yīng);蔡強(qiáng)國(guó)等［11］分析了10種不同土壤在細(xì)溝侵蝕過(guò)程中的侵蝕產(chǎn)沙量;V.O.Polyakov等［12］利用壤土研究在凈分離和凈沉積狀況下的細(xì)溝侵蝕的水流輸沙能力;夏衛(wèi)生等［13］通過(guò)測(cè)定細(xì)溝侵蝕中泥沙含量及黏粒含量來(lái)分析土壤肥力的變化規(guī)律;鄭粉莉［14］對(duì)黃土坡耕地細(xì)溝侵蝕的發(fā)生、發(fā)展和防治途徑做了探討。

上述文獻(xiàn)的作者主要是對(duì)細(xì)溝產(chǎn)生機(jī)制與影響因素及相關(guān)的侵蝕作用等方面進(jìn)行了研究，尤其主要采用的在平整坡面小區(qū)上讓細(xì)溝自由產(chǎn)生、演化的降雨試驗(yàn)及限定性細(xì)溝上的放水試驗(yàn)2種觀測(cè)方法，都未能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)溝侵蝕過(guò)程的觀測(cè)與研究。筆者自行設(shè)計(jì)具有細(xì)溝和細(xì)溝間的組合觀測(cè)系統(tǒng)，采用具有定流量人工放水的組合小區(qū)模擬降雨試驗(yàn)方法對(duì)細(xì)溝侵蝕過(guò)程進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，研究黃土坡面細(xì)溝侵蝕過(guò)程，揭示細(xì)溝侵蝕發(fā)生發(fā)展過(guò)程的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，以促進(jìn)對(duì)細(xì)溝侵蝕過(guò)程的深入認(rèn)識(shí)，為發(fā)展細(xì)溝侵蝕過(guò)程模型奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與供試土壤

試驗(yàn)裝置為自行設(shè)計(jì)加工的移動(dòng)式變坡度鋼制系列組合小區(qū)(圖1)，共由3個(gè)小區(qū)組成，各個(gè)小區(qū)長(zhǎng)80 cm，寬50 cm，深35 cm，3個(gè)小區(qū)分別編號(hào)為1、2、3號(hào)。其中:1號(hào)小區(qū)用于觀測(cè)坡面細(xì)溝溝頭以上的侵蝕產(chǎn)沙與產(chǎn)流(取得細(xì)溝小區(qū)頂部匯入沙與匯入流)，置于組合小區(qū)的最上部，裝土厚度30 cm，裝土后表面平整;2號(hào)小區(qū)用于觀測(cè)坡面全部的細(xì)溝與細(xì)溝間侵蝕產(chǎn)沙與產(chǎn)流，緊接1號(hào)小區(qū)設(shè)置，裝土最厚處30 cm，位于小區(qū)左右兩側(cè)，由兩側(cè)向中間均勻傾斜10°，中間留出10 cm寬度焊接單底鋼槽(細(xì)溝小區(qū))，鋼槽上緣與其兩側(cè)裝土最薄處等高，鋼槽中裝土厚度25 cm;3號(hào)小區(qū)用于觀測(cè)坡面細(xì)溝兩側(cè)的細(xì)溝間侵蝕產(chǎn)沙與產(chǎn)流(取得細(xì)溝小區(qū)兩側(cè)細(xì)溝間匯入沙與匯入流)，置于組合小區(qū)的旁邊，除鋼槽(細(xì)溝小區(qū))中不裝土外，其余設(shè)置與2號(hào)小區(qū)相同。1號(hào)小區(qū)下端與2號(hào)小區(qū)上端之間由與細(xì)溝等寬的封閉導(dǎo)流槽連接。試驗(yàn)土壤取自位于黃土高原腹地的陜西省安塞縣，土壤類型為黃綿土，土壤機(jī)械組成見(jiàn)表1。每次試驗(yàn)都重新填土，各項(xiàng)試驗(yàn)的前期土壤含水量均為14%，土壤密度為1.2 g/cm3。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig．1 Experiment equipment

表1 試驗(yàn)土壤機(jī)械組成Tab．1 Mechanical composition of experimental soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與觀測(cè)計(jì)算

試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)研究院水土保持研究所人工模擬降雨大廳進(jìn)行，采用具有定流量人工放水的組合小區(qū)模擬降雨試驗(yàn)方法完成。各場(chǎng)試驗(yàn)都在降雨產(chǎn)流開始時(shí)，在1號(hào)小區(qū)上端同時(shí)開始進(jìn)行0.12 m3/h的定流量放水，其作用相當(dāng)于增加小區(qū)的坡長(zhǎng)，使各場(chǎng)降雨試驗(yàn)的產(chǎn)流匯流流量統(tǒng)一提高同一等級(jí)(相當(dāng)于注入穩(wěn)定基流)，而降雨產(chǎn)流匯流與定量放水疊加形成的流量，其變化規(guī)律依然隨降雨強(qiáng)度及坡度的改變而變化。試驗(yàn)坡度分別為 9°、12°、15°、18°、21°，降雨強(qiáng)度分別為 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/min。進(jìn)行同坡度(15°)不同降雨強(qiáng)度(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/min)及同降雨強(qiáng)度(2.0 mm/min)不同坡度(9°、12°、15°、18°、21°)的組合試驗(yàn)，不同坡度與降雨強(qiáng)度組合的試驗(yàn)9場(chǎng)，所有試驗(yàn)均重復(fù)進(jìn)行1次，總共試驗(yàn)場(chǎng)次為18次，分析時(shí)取2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。各場(chǎng)試驗(yàn)的降雨歷時(shí)均為18.25 min。開始產(chǎn)流后的0.25 min前不進(jìn)行觀測(cè)，以消除小區(qū)裝土?xí)r表面留下的松土等對(duì)含沙量的影響，開始產(chǎn)流后的0.25 min進(jìn)行第1次觀測(cè)，以后每隔3 min觀測(cè)1次，直到降雨停止。各坡度降雨強(qiáng)度組合下不同徑流時(shí)刻細(xì)溝小區(qū)中的細(xì)溝水流流速用高錳酸鉀染色法測(cè)量。試驗(yàn)時(shí)同步觀測(cè)1、2、3號(hào)小區(qū)出口輸出的徑流及泥沙，即同一時(shí)刻在3個(gè)小區(qū)出口分別進(jìn)行取樣觀測(cè)。各小區(qū)出口的水沙觀測(cè)方法為通過(guò)與流速觀測(cè)同步的計(jì)時(shí)計(jì)容取渾水樣進(jìn)行，并通過(guò)測(cè)定含沙量及泥沙密度，計(jì)算出分析研究需要的不同細(xì)溝侵蝕特征、細(xì)溝徑流及其水動(dòng)力學(xué)特征。其中，細(xì)溝侵蝕量由2號(hào)小區(qū)出口觀測(cè)的泥沙量減去1號(hào)小區(qū)出口觀測(cè)的泥沙量和3號(hào)小區(qū)出口觀測(cè)的泥沙量而取得。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化

2.1.1 不同降雨強(qiáng)度下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化 根據(jù)試驗(yàn)所得結(jié)果，點(diǎn)繪了不同降雨強(qiáng)度下坡面細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程變化的折線圖，如圖2所示?？梢钥闯觯黄露炔煌涤陱?qiáng)度下，細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化表現(xiàn)為先上升后趨于相對(duì)穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)，開始產(chǎn)流的9 min內(nèi)以上升為主，9 min以后趨于相對(duì)穩(wěn)定，其中，試驗(yàn)中的3個(gè)小降雨強(qiáng)度下更為穩(wěn)定，而試驗(yàn)中的2個(gè)大降雨強(qiáng)度下緩慢上升。總體上降雨強(qiáng)度越大，相應(yīng)細(xì)溝侵蝕率也越大。結(jié)果表明，不同降雨強(qiáng)度下，細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化皆可用冪函數(shù)方程較好地描述，描述方程及檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 不同降雨強(qiáng)度下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化Fig．2 Variation of rill erosion rate with runoff processes under different rainfall intensities

表2 不同降雨強(qiáng)度下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程變化的經(jīng)驗(yàn)方程Tab．2 Statistical equations of rill erosion rate variation with runoff processes under different rainfall intensities

細(xì)溝徑流在細(xì)溝侵蝕過(guò)程中起著最重要的作用，控制了細(xì)溝侵蝕過(guò)程的主體趨勢(shì)。在組合小區(qū)試驗(yàn)條件下，徑流過(guò)程開始初期，各小區(qū)土壤入滲率大，形成的細(xì)溝徑流率小，細(xì)溝水流的侵蝕能力低，故細(xì)溝侵蝕率最小。隨降雨過(guò)程的進(jìn)行，各小區(qū)土壤入滲率逐步減小，形成的細(xì)溝徑流率逐步增大，細(xì)溝水流侵蝕能力逐步增強(qiáng)，細(xì)溝侵蝕率相應(yīng)逐步增大，表現(xiàn)為隨徑流過(guò)程推進(jìn)呈上升趨勢(shì)的變化。約在產(chǎn)流開始9 min以后，由于各小區(qū)坡面土壤趨于飽和，形成的細(xì)溝徑流率逐步穩(wěn)定，細(xì)溝徑流侵蝕力也趨于穩(wěn)定，所以，細(xì)溝侵蝕率轉(zhuǎn)向變化平緩趨勢(shì)，表現(xiàn)為隨徑流過(guò)程趨于相對(duì)穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。

2.1.2 不同坡度下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化

圖3 不同坡度下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化Fig．3 Variation of rill erosion rate with runoff processes under different slope gradients

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制了不同坡度下坡面細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程變化的折線圖，如圖3所示?？梢悦黠@地看出，不同坡度下坡面細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化也總體表現(xiàn)為隨徑流歷時(shí)的增長(zhǎng)先遞增后趨于相對(duì)穩(wěn)定或遞增率減緩的態(tài)勢(shì)，其中3個(gè)小坡度條件下，開始產(chǎn)流的9 min以后細(xì)溝侵蝕率變化過(guò)程基本趨于穩(wěn)定不變，而2個(gè)大坡度條件下細(xì)溝侵蝕率基本一直保持遞增，只是遞增速率減低。降雨強(qiáng)度相同時(shí)，坡度越大，細(xì)溝侵蝕率越大。對(duì)不同坡度條件下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析與檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯?，不同坡度條件下坡面細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化可用冪函數(shù)方程很好地描述。

表3 不同坡度條件下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程變化的經(jīng)驗(yàn)方程Tab．3 Statistical equations of rill erosion rate variation with runoff processes under different slope gradients

不同坡度條件下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程的變化與不同降雨強(qiáng)度條件下細(xì)溝侵蝕率的變化過(guò)程類似，其中，除中坡度時(shí)降雨強(qiáng)度(15°、2.0 mm/min)為同一場(chǎng)試驗(yàn)外，2個(gè)小坡度條件下的變化過(guò)程與2個(gè)小降雨強(qiáng)度條件下的變化過(guò)程更為相似，2個(gè)大坡度條件下的變化過(guò)程與2個(gè)大降雨強(qiáng)度條件下的變化過(guò)程更為相似。主要區(qū)別在于不同坡度條件下，細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程變化的遞增速率總體上大于不同降雨強(qiáng)度條件下細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程變化的遞增速率，且隨坡度增大，細(xì)溝侵蝕率增大速率更為明顯。

2.2 降雨強(qiáng)度對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響

將同坡度(15°)各次不同降雨強(qiáng)度條件下產(chǎn)生的細(xì)溝侵蝕模數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪成圖4。可知，細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨降雨強(qiáng)度的增大而增大。對(duì)降雨強(qiáng)度與細(xì)溝侵蝕模數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析得出，細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨降雨強(qiáng)度增大的關(guān)系可用對(duì)數(shù)方程很好地描述。

式中:Ea為細(xì)溝侵蝕模數(shù)，kg/m2;I為降雨強(qiáng)度，mm/min。

圖4 細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨降雨強(qiáng)度的變化Fig．4 Variation of rill erosion modulus with rainfall intensities

在試驗(yàn)條件下，降雨對(duì)細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度的影響主要是通過(guò)降雨產(chǎn)生的徑流及降雨雨滴對(duì)徑流的打擊擾動(dòng)作用而影響細(xì)溝侵蝕大小的。隨降雨強(qiáng)度的增大，單位時(shí)間內(nèi)的降雨量增加，則由細(xì)溝小區(qū)頂部匯入流與兩側(cè)細(xì)溝間匯入流及細(xì)溝承雨經(jīng)入滲后產(chǎn)生的凈雨共同形成的細(xì)溝中的徑流流量增大，侵蝕能力增強(qiáng)，加之降雨強(qiáng)度增大后雨滴動(dòng)能增大，對(duì)細(xì)溝徑流的打擊擾動(dòng)增強(qiáng)，所以，細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度必然增大。

2.3 坡度對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響

將同降雨強(qiáng)度(2.0 mm/min)不同坡度條件下的實(shí)驗(yàn)所得侵蝕模數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪成圖5?？梢钥闯觯涤陱?qiáng)度相同時(shí)，坡度對(duì)細(xì)溝侵蝕的影響也是表現(xiàn)為細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡度的增大而增大。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，坡度對(duì)細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度的影響可通過(guò)指數(shù)方程進(jìn)行很好的描述。

式中S為坡度，(°)。

圖5 細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡度的變化Fig．5 Variation of rill erosion modulus with slope gradients

細(xì)溝侵蝕模數(shù)隨坡度的變化主要是細(xì)溝徑流及土體對(duì)坡度變化響應(yīng)后共同的作用結(jié)果。隨著坡度的增加，由細(xì)溝小區(qū)頂部匯入流與兩側(cè)細(xì)溝間匯入流及細(xì)溝承雨經(jīng)入滲后產(chǎn)生的凈雨共同形成的細(xì)溝徑流流速加快，流量增大，徑流的侵蝕能力增強(qiáng)，同時(shí)隨坡度增大土體的穩(wěn)定性下降，土壤抵抗侵蝕能力削弱，最終導(dǎo)致隨坡度增大細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度也相應(yīng)增大。

2.4 降雨強(qiáng)度及坡度對(duì)細(xì)溝侵蝕的綜合影響

所有土壤侵蝕皆由各種侵蝕影響因子的綜合作用所造成，其中坡度及降雨強(qiáng)度起著極其重要的作用。通過(guò)對(duì)不同坡度及降雨強(qiáng)度條件下進(jìn)行的細(xì)溝侵蝕試驗(yàn)所得的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，取得降雨強(qiáng)度及坡度對(duì)黃土坡面細(xì)溝侵蝕影響的經(jīng)驗(yàn)方程

分析式(3)可知，降雨強(qiáng)度及坡度對(duì)細(xì)溝侵蝕的綜合影響可用二元冪函數(shù)方程很好地描述，二者對(duì)細(xì)溝侵蝕強(qiáng)度的影響表現(xiàn)為隨降雨強(qiáng)度及坡度的增大呈增加的正相關(guān)關(guān)系。

2.5 黃土地區(qū)細(xì)溝侵蝕過(guò)程的動(dòng)力學(xué)機(jī)制

通過(guò)分析水流功率、單位水流功率及其水流剪切力等徑流動(dòng)力學(xué)參數(shù)與細(xì)溝侵蝕之間的關(guān)系可揭示細(xì)溝侵蝕過(guò)程的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

由于侵蝕是隨徑流過(guò)程的發(fā)展而發(fā)展的，所以將各徑流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的瞬時(shí)值與相應(yīng)的細(xì)溝侵蝕速率結(jié)合進(jìn)行分析研究，得到以下公式:

式中:P為細(xì)溝水流功率，W/m2;ω為細(xì)溝單位水流功率，W/N;τ為細(xì)溝水流切應(yīng)力，Pa;E為細(xì)溝侵蝕率，kg/(m2·min)。

由以上分析可知，水流切應(yīng)力與細(xì)溝侵蝕率的相關(guān)性最強(qiáng)(R2=0.687 5)。此結(jié)果表明，在此實(shí)驗(yàn)條件下，水流切應(yīng)力能更好地描述細(xì)溝侵蝕的過(guò)程變化，細(xì)溝侵蝕發(fā)生發(fā)展的動(dòng)力根源為水流剪切力。

3 結(jié)論

1)不同坡度和不同降雨強(qiáng)度條件下，細(xì)溝侵蝕率的變化總體都呈現(xiàn)出隨徑流過(guò)程的增加而平緩增大，都可以用冪函數(shù)很好地描述。主要區(qū)別在于坡度不同時(shí)細(xì)溝侵蝕率隨徑流過(guò)程變化的遞增速率總體上大于不同降雨強(qiáng)度條件下的遞增速率，且隨坡度增大，細(xì)溝侵蝕率增大速率更為明顯。

2)相同坡度或相同降雨強(qiáng)度條件下，細(xì)溝侵蝕模數(shù)與降雨強(qiáng)度或坡度成正相關(guān)，分別可用對(duì)數(shù)和指數(shù)方程描述;降雨強(qiáng)度和坡度對(duì)細(xì)溝侵蝕的綜合影響可用二元冪函數(shù)方程很好地描述。

3)試驗(yàn)條件下，水流切應(yīng)力與細(xì)溝侵蝕率的關(guān)系最密切，細(xì)溝侵蝕動(dòng)力學(xué)過(guò)程的發(fā)生發(fā)展根源于細(xì)溝水流剪切力的動(dòng)力作用。

4 參考文獻(xiàn)

［1］李鵬，李占斌，鄭良勇.黃土陡坡徑流侵蝕產(chǎn)沙特性室內(nèi)試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21(7):42－45

［2］Young R A，Ontsad G A.The effect of soil characteristics on erosion and nutrient loss［C］.The First Scientific General Assembly of the IAHS，Exeter，England，1982:105－113

［3］黃秉維.談黃河中游土壤保持問(wèn)題［J］.中國(guó)水土保持，1983(1):8－13

［4］朱顯謨.黃土高原流水侵蝕的主要類型及有關(guān)因素［J］.水土保持通報(bào)，1982，1(1):1－9

［5］鄭粉莉，唐克麗，周佩華.坡耕地細(xì)溝侵蝕影響因素研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，1989，26(2):109－116

［6］蔡強(qiáng)國(guó)，吳淑安，陳浩，等.坡耕地表土結(jié)皮對(duì)降雨徑流和侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程的影響［C］∥山西省水土保持科學(xué)研究所.晉西黃土高原土壤侵蝕規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究文集.北京:水利電力出版社，1990:48－57

［7］張科利，鐘德飪.黃土坡面溝蝕發(fā)生機(jī)理的水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究［J］.泥沙研究，1998(3):74－83

［8］雷阿林，唐克麗.細(xì)溝侵蝕發(fā)生的臨界動(dòng)力條件［J］.土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào)，1998，4(3):39－43

［9］Foster G R，Huggins L F，Meyer L D.A laboratory study of rill hydraulics:1.Velocity relationships［J］.Trans of ASAE，1984，27:790－796

［10］李君蘭，蔡強(qiáng)國(guó)，孫莉英，等.降雨強(qiáng)度、坡度及坡長(zhǎng)對(duì)細(xì)溝侵蝕的交互效應(yīng)分析［J］.中國(guó)水土保持科學(xué)，2011，9(6):8－13

［11］蔡強(qiáng)國(guó)，朱遠(yuǎn)達(dá)，王石英.幾種土壤的細(xì)溝侵蝕過(guò)程及其影響因素［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2004，15(1):12－18

［12］Polyakov V O，Nearing M A.Sediment transport in rill flow under deposition and detachment conditions［J］.Catena，2003，51(1):33－43

［13］夏衛(wèi)生，雷廷武，張晴雯，等.細(xì)溝侵蝕中泥沙含量及其粘粒流失量的試驗(yàn)［J］.山地學(xué)報(bào)，2003，21(5):605－609

［14］鄭粉莉.坡耕地細(xì)溝侵蝕影響因素的研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，1989，26(2):109－116

Rill erosion processes on loess hillslope

Tan Zhenxue1，2，Wang Zhanli1，3，Wang Sha3，4，Liu Jun＇e3，4

(1.State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on Loess Plateau，Institute of Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Science and Ministry of Water Resources，712100，Yangling，Shaanxi;2.Qinzhou Sub－station of Soil and Water Conservation Monitoring，535000，Qinzhou，Guangxi;3.Institute of Soil and Water Conservation，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi;4.School of Resources and Environment，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi:China)

Based on multi－plot－based experiments of simulated rainfall with steady in－flow rate，the erosion processes of rill on loess hillslope were simulated.Results show that:Power functions could preferably describe the rise trend of rill erosion rate with increasing runoff under different slopes and rainfall intensities，especially under different slopes.Rill erosion modulus increases with increasing slope and rainfall intensities，which could be described by exponential equation for different slopes，logarithmic equation for different rainfall intensities，and dual power equation for different slopes and rainfall intensities at the same time.Flow shear stress is the dynamic source for the development of rill erosion processes.

rill erosion;erosion processes;multi－plot;shear stress;loess hillslope

2012－06－12

2012－09－07

國(guó)家自然科學(xué)基金“黃土坡面細(xì)溝侵蝕過(guò)程組合小區(qū)試驗(yàn)研究”(40971172)，“黃土坡面細(xì)溝侵蝕關(guān)鍵參數(shù)及其耦合關(guān)系試驗(yàn)研究”(41171227)

譚貞學(xué)(1983—)，女，碩士。主要研究方向:土壤侵蝕過(guò)程。E－mail:babycat999@126.com

?責(zé)任作者簡(jiǎn)介:王占禮(1960—)，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師。主要研究方向:土壤侵蝕過(guò)程及預(yù)報(bào)模型。E－mail:zwang@nwsuaf.edu.cn

(責(zé)任編輯:宋如華)