黄土坡面细沟侵蚀关键参数及其耦合关系试验研究

细沟侵蚀是国际土壤侵蚀研究的重要对象、我国黄土坡面极其重要的侵蚀过程及严重侵蚀的重要根源。然而以往国内外研究中，明确定位于细沟，并针对陡坡坡面地形、黄土土壤条件下制约和表征细沟侵蚀关键参数的研究少有开展，严重制约了国际先进土壤侵蚀模型推广使用及我国黄土区侵蚀过程模型发展。本项目采用细沟水槽试验方法及非线性模拟，研究黄土土壤陡坡坡面条件下细沟水流分离能力、细沟水流输沙能力、细沟水流输沙-分离作用、细沟侵蚀关键参数耦合关系。建立黄土坡面细沟水流分离能力方程、输沙能力方程、分离率对细沟水流输沙率响应方程，界定输沙率与水动力参数对细沟水流分离影响的贡献。进一步建立描述细沟水流分离率与输沙率、分离能力、输沙能力耦合关系的细沟水流分离基本方程，进而建立细沟水流分离模拟模型。该研究将深入揭示坡面细沟侵蚀过程机理，有效促进和实现坡面细沟侵蚀过程模型科学建立，为坡面水土保持规划及水土流失治理提供科学依据。

细沟侵蚀是国际土壤侵蚀研究的重要对象、我国黄土坡面极其重要的侵蚀过程及严重侵蚀的重要根源。然而以往国内外研究中，明确定位于细沟，并针对陡坡坡面地形、黄土土壤条件下制约和表征细沟侵蚀关键参数的研究少有开展，严重制约了国际先进侵蚀模型推广使用及我国黄土区侵蚀过程模型发展。本项目针对黄土土壤陡坡坡面，采用细沟水槽试验、细沟水槽与供土漏斗供土组合试验方法及非线性模拟，研究了黄土坡面细沟水流分离能力、细沟水流输沙能力、细沟水流输沙-分离作用、细沟侵蚀关键参数耦合关系。主要结果为：（1）细沟水流分离能力因子方程为细沟水流分离能力随流量及坡度变化的二元幂函数方程；细沟水流分离能力与水流功率关系最密切。具有动力学意义的细沟水流分离能力方程为细沟水流分离能力对水流功率响应的线性方程或幂函数方程；（2）细沟水流输沙能力因子方程为细沟水流输沙能力随流量及坡度变化的二元幂函数方程；细沟水流输沙能力与水流功率关系最密切。具有动力学意义的细沟水流输沙能力方程为细沟水流输沙能力对水流功率响应的线性方程；（3）细沟水流输沙-分离作用关系表现为不同坡度及流量组合下细沟水流分离率皆随水流输沙率的增加而降低，可用线性负相关方程很好地描述，与WEPP模型使用Foster-Meyer方程表达的一元线性关系相符合。基于输沙-分离作用试验与模拟获得的模拟细沟水流分离、输沙能力与基于分离、输沙能力试验获得的实测细沟水流分离、输沙能力对比表明，模拟分离、输沙能力对实际分离、输沙能力均具高模拟精度；不同坡度及流量下，细沟水流分离率对输沙率和水流功率的响应可用二元线性方程很好地描述，输沙率对细沟水流分离影响的贡献率为30.43%，水流功率的贡献率为64.39%；（4）细沟水流分离率受细沟水流分离能力、输沙能力、输沙率的共同制约与影响，可划分为受制约和表征细沟水流分离过程、搬运过程强弱的细沟水流分离能力（Dc）、细沟水流输沙能力差缺率（1-G/Tc）的共同制约与影响。细沟水流分离模拟模型是细沟水流分离率对细沟水流分离能力、细沟水流输沙能力差缺率响应的二元幂函数方程：Dr = 0.7149Dc^1.1419(1-G/Tc)^0.7016。该研究深入揭示了细沟侵蚀过程机理，建立了细沟侵蚀过程模型，实现了细沟侵蚀关键参数及其耦合关系的数值模拟，可为坡面水土流失治理提供科学依据。