不同质地黄土坡面水蚀动力-输沙过程耦合关系对侵蚀形态演化的响应机制

Hillslope erosion is an important part of water erosion. The development process of hillslope erosion is the core of soil erosion dynamics studies. Understanding the hillslope erosion dynamics is also the key to the establishment of physically-based erosion model and the integrated soil and water conservation.Indoor and field simulation experiments will be used, with combination of three-dimensional laser scanning technology and geographical information technology.The evolution changing of hillslope erosion morphology, including interrill erosion, rill erosion and their interations,will be examined sysmatically using different types of loess (Sandy-Loess,Loess,Clayey-Loess and Lou Soil). The coupled relationships of soil detachment, water erosion parameters, sediment transporting capacity and sediment concentraion and their responses to the chaning of hillslope erosion morphology will be quantitatively explanined.Moreover,the dynamic responses of water erosion sediment transport processes (soil detachment-sediment transport-sediment deposition) to the changing of hillslope erosion morphology will be well illustrated. The multifactorial mechanism of factors (rainfall,slope gradient,slope length,vegetation, soil texture) will be clarified. All these results will provide experimental sn theoratical foundation to the physically-based model for slope water erosion in Chinese Loess Plateau.

坡面侵蚀是水力侵蚀的重要组成部分，其发生发展过程是土壤侵蚀动力机制研究的核心内容，也是水土流失防治和土壤侵蚀物理模型建立的关键所在。本研究采用人工模拟降雨试验，结合三维激光扫描技术和地理信息技术，系统研究系不同质地黄土（砂黄土、黄土、粘黄土和塿土）坡面侵蚀形态（片蚀-细沟侵蚀及其相互作用）的演化过程，明确土壤剥蚀率与水蚀动力、输沙能力及径流含沙量的耦合关系及其对多种侵蚀形态演化的响应机制，阐明降雨、坡度、坡长、土壤质地等多因素的综合作用机制，为构建适合中国黄土高原坡面水力侵蚀的物理模型奠定试验和理论基础。

坡面侵蚀是水力侵蚀的重要组成部分，其发生发展过程是土壤侵蚀动力机制研究的核心内容，也是水土流失防治和土壤侵蚀物理模型建立的关键所在。本研究采用人工模拟降雨试验，结合三维激光扫描技术和地理信息技术，系统研究了不同质地黄土（砂黄土、黄土、粘黄土和塿土）坡面不同侵蚀形态（溅蚀-片蚀-细沟侵蚀）的演化过程。明确了不同侵蚀形态径流侵蚀特征。黄土土质对溅蚀、片蚀和细沟侵蚀产沙特征影响显著。雨滴对南部土壤（粘黄土和塿土）以迁移富集小颗粒（<0.05 mm）为主，对北部土壤（砂黄土和黄土）优先迁移富集较大颗粒（>0.02 mm）。粘黄土片蚀平均产沙率最高，分别是砂黄土、黄土和塿土的5.52倍、3.27倍和1.60倍。而塿土坡面细沟侵蚀平均产沙率最高，约为砂黄土、黄土和粘黄土坡面的1.30倍、1.83倍和5.65倍。细沟侵蚀贡献率依次为砂黄土、黄土、塿土和粘黄土。揭示了水蚀-输沙过程对侵蚀形态演化的响应。明确了片蚀过程中粘黄土和塿土单位水流功率与稳定产沙率呈线性关系，黄土坡面剪切力与稳定产沙率呈线性关系。而细沟侵蚀过程中，不同质地黄土坡面与平均产沙率关系紧密的最优水动力学参数为单位水流功率。阐明了多因素对坡面侵蚀过程的综合作用机制，明确了不同因素的贡献率。片蚀稳定侵蚀速率的影响程度从大到小依次为土壤颗粒体积分形维数（DV）、降雨强度（I）、单位水流功率（P）和有机质含量（SOM）。而细沟侵蚀影响显著的因素依次为黄土类型、坡度和二者的交互作用。在本基金的资助下，发表（含接收）论文16篇（其中SCI、EI论文8篇），完成了研究任务（基金预期发表12-15篇，其中SCI、EI论文3-4篇）；培养硕士研究生2名。本研究探讨了黄土坡面土壤侵蚀过程与机理地带性差异，可深化黄土坡面侵蚀机理，为构建适合中国黄土高原坡面水力侵蚀的物理模型奠定试验和理论基础。