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晋西黄土区径流含沙量随坡长变化的试验研究

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[目的]坡长是影响坡面径流形成及土壤侵蚀过程的重要因子.本研究以晋西黄土区坡面不同坡长处的含沙量为研究对象,旨在探明坡面径流含沙量随坡长的变化规律,阐明坡长因素对坡面侵蚀过程的影响.[方法]分别在 5°和 20°的坡面采用 7.5 和 10.0 L/(min·m)的单宽流量开展放水冲刷试验,测定 0～5m坡长内不同位置的径流含沙量和土壤剥蚀速率.[结果](1)径流含沙量随坡长增加逐渐增大,且在较大坡度与流量条件下增加更快.此外,坡度和流量条件的增大会提高坡面径流含沙量.(2)土壤剥蚀速率随坡长增加先增加后减小,出现峰值的位置随着流量和坡度条件的增大向坡顶方向移动.土壤剥蚀速率随着坡度和流量条件的增加而增大.(3)S型曲线能很好地拟合各条件下径流含沙量与坡长的关系,决定系数R2≥0.96.曲线模型中的 3个参数能很好地反映坡面侵蚀特征,分别为最大含沙量随坡度与流量条件的增大而增大,侵蚀最快的位置随坡度与流量条件的增大而减小,含沙量变化速率随流量与坡度的增大而增大.(4)基于S型曲线过程理论与试验计算值,若以 60 mm/h强度的降雨为防范对象,建议 5°条件下的植被工程护坡措施与坡顶间距不应超过 426 cm,20°条件下的植被工程护坡措施与坡顶间距不应超过 313 cm;若以 90 mm/h强度的降雨为防范对象,建议 5°条件下的植被工程护坡措施与坡顶间距不应超过 366 cm,20°条件下的植被工程护坡措施与坡顶间距不应超过 283 cm.[结论]本研究基于坡面侵蚀理论过程与冲刷试验结果提出并模拟了泥沙含量随坡长呈现出缓慢增加-快速增加-缓慢增加至饱和的S型曲线增长过程,根据曲线的特征提出了晋西黄土区护坡措施的布设方式.这有助于深入理解坡面侵蚀机理,为晋西黄土区坡面侵蚀模型参数估算与水土保持措施布设提供依据.
Experimental study on the variation characteristics of runoff sediment concentration with slope length in the loess region of western Shanxi Province of northern China

runoff sediment concentrationsoil detachment rateslope lengthS-shaped curveloess area in western Shanxi Province

李阳、张建军、于洋、胡亚伟、赵宇辉、马心怡

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北京林业大学水土保持学院,北京100083

山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站,山西吉县042200

径流含沙量 土壤剥蚀速率 坡长 S型曲线 晋西黄土区

国家重点研发计划国家自然科学基金

2022YFE010470042177310

2023

10.12171/j.1000-1522.20220454

北京林业大学学报
北京林业大学

北京林业大学学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.237
ISSN：1000-1522
年,卷(期)：2023.45(8)
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