细沟侵蚀发育过程及空间形态的三维数字模拟

细沟是坡面水蚀的重要过程之一，细沟产生将导致坡面土壤侵蚀量的迅速增加，细沟侵蚀对坡面侵蚀的贡献甚至可高达90%，因此对细沟侵蚀机理的深入研究对于理解坡面的水蚀过程有重要科学意义。本项研究通过室内外模拟降雨试验、野外小区观测试验及野外调查相结合的方法，并引入最新的数码技术，深入研究细沟侵蚀发生发展过程，尤其是前人认识还有分歧的部分研究内容。本项研究试图：（1）揭示细沟侵蚀发生发展过程对降雨、土壤、地形等因素动态响应规律，筛选关键影响因素；（2）跟踪土壤表面特征（粗糙度、表土结皮等）的动态变化，研究细沟侵蚀过程中的水流特性与土壤表面特性，揭示地表微形态与细沟侵蚀之间的交互作用；（3）对细沟侵蚀速率及形态发育进行三维数字模拟，构建有一定物理基础的细沟侵蚀预报模型。

本项研究通过室内模拟降雨试验及野外调查相结合的方法，引入最新的数码技术，深入研究细沟侵蚀发生发展过程，尤其是前人认识还有分歧的部分。本项研究目前已经顺利完成，其主要研究成果有三个方面：1）揭示细沟侵蚀发生发展过程对降雨、土壤、地形等因素动态响应规律，并筛选出关键影响因素；2）通过细沟侵蚀过程中的水流特性与土壤表面特性的研究，揭示雨强等影响因素与细沟侵蚀之间的交互作用；3）基于三维激光扫描技术对坡面细沟侵蚀进行研究，揭示细沟发育与细沟侵蚀的内在机理，为构建基于数字技术的细沟侵蚀预报模型奠定基础。.　　试验结果表明: 1）坡面流速主要受雨强和其流动距离影响，与坡度无关；坡面含沙量与坡度、雨强和坡面流速相关，而与坡长没有显著关系；细沟主要由沿坡面方向呈线状平行分布的跌坎链相互连通演化而成；含沙量与侵蚀速率的变化规律与坡面跌坎和细沟的形成具有同步关系，细沟一旦形成会导致其含沙量和侵蚀量的急剧增加；2) 以单宽产流速率作为试验中坡面产流的表征指标，对其有显著影响的是降雨强度、坡度的主效应，以及坡长坡度的交互效应；细沟间片流流速主要受降雨强度、坡度、距坡顶距离主效应的促进影响，无交互效应存在，而细沟间水流的变化中不仅有三因素的正向主效应影响，而且坡度与距离的交互效应也对其影响显著，但此交互效应表现为负。 3）坡面产流时间对坡度的变化并没有显著规律性，跌坎出现时间随坡度增加而缩短，产流时间与跌坎出现时间主要由雨强控制，坡长增长对产流时间提前有促进作用。相同条件下塿土产流时间、坡面流速均快于黄绵土，跌坎出现时间也较早，更容易产生细沟。