黄丘区草被对坡面产流过程的调控机理及临界研究

In loess hilly and gully region, grass is one of sensitive factors in soil and water loss in slopes, it can interference the slope runoff process in turn influence the sediment yield process. So that there is important significance in the research of regulation mechanism and critical value research of grass on the slope runoff process, this research also can provide theory basis for erosion simulation. In this research the method of field artificial rainfall is used combined with theoretical analysis, experiment slope runoff process in different grass coverage, analysis the corresponding relation of runoff resistance and runoff process change, reveal regulation mechanism of grass on the slope runoff process then build runoff process simulate model to identify the grass critical coverage. Research results can provide theoretical support for runoff hydrological model and soil erosion model and provide scientific basis for soil and water conservation and ecological construction.

草地植被是黄土丘陵沟壑区坡面水土流失最敏感的影响因素之一，其对坡面径流具有明显的干扰作用，进而影响坡面的侵蚀产沙。开展草地植被对坡面产流过程的调控机理研究对于揭示土壤侵蚀的机理，并为侵蚀模拟提供理论依据具有重要意义。本研究采用野外人工降雨和理论分析相结合的研究方法，通过不同草被覆盖度下坡面产流过程的对比实验，分析坡面流阻力变化与产流过程变化的对应关系，从力学角度揭示草被对坡面产流过程的调控机理，在此基础上构建基于草被覆盖度的坡面产流过程模型，确定产流过程线发生突变时的临界草被覆盖度阈值。本研究成果可为坡面水文模型及土壤侵蚀模型研究提供理论支持，为该区域水土保持与生态建设等提供科学依据。

黄土丘陵沟壑区降雨集中且多为暴雨，暴雨所形成的坡面径流是造成黄土丘陵严重水土流失的主要原因，而草地植被对坡面径流有良好的抑制作用，草地植被能够通过改变坡面下垫面条件、土壤入渗率来阻延坡面径流的产生，因此揭示草地植被对坡面产流过程的调控作用对于控制该地区的水土流失具有重大意义。本研究以黄土丘陵沟壑区典型草地坡面为研究对象，通过野外人工降雨，探究坡面降雨-产流过程对不同草被覆盖度的响应规律。研究的主要结论如下：.（1）坡面流达到稳定产流时间随着草地植被覆盖度的增大所需时间更长，稳定产流时间随着降雨强度的增大而减小，产流时间与降雨强度呈负相关，与草地植被覆盖度呈正相关。.（2）坡面土壤入渗率随着试验的进行逐渐减小，最终趋于稳定。在草地植被覆盖度较高、降雨强度较小的条件下，土壤入渗率的变化不显著，裸坡坡面入渗率变化明显，草地植被覆盖度对土壤入渗率影响显著。.（3）坡面径流量受到草地植被覆盖度的影响显著，当草地植被覆盖度高于60%，坡面径流量会显著减少，在60mm/h的降雨强度下，80%覆盖度的坡面相较于裸坡能够抑制95.70%的径流，而在90mm/h降雨强度下，该覆盖度的坡面能够抑制72.39%的径流量；而在120mm/h的降雨强度下，这一抑制率只有54.69%。对于大降雨强度来说，草地植被覆盖度对径流的抑制作用已经不显著，需要用多种措施来考虑水土保持。.（4）坡面流的雷诺数和弗劳德数分别为40.07-695.22和0.33-1.56，阻力系数为1.42-43.53，降雨强度越大，草地植被覆盖度对这些参数的影响逐渐减弱。而阻力系数的变化呈现前期增长平缓，后期增长比较迅速，这是由于随着试验的进行，下垫面条件以及细沟流的形态发生了变化，使得阻力系数在后期能够增长的更为迅速。.（5）对于黄土丘陵沟壑区，结合其气候条件75.31%的草地植被覆盖是该地区的草地植被覆盖度的阈值，在应对不高于60mm/h的降雨强度时，最高能够有效抑制80%的径流量的产生，在降雨强度不大于90mm/h的情况下，能够有效抑制66.68%的径流量，能够最大效益的控制该地区发生的水土流失现象。