玉米秸秆覆盖缓冲带对细沟侵蚀及其水动力学特征的影响

作者：徐锡蒙; 郑粉莉; 吴红艳; 覃超

来源：农业工程学报, 2015, 31(24): 111-119.

DOI：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.018

• 降雨
• 侵蚀
• 水动力学
• 玉米秸秆覆盖缓冲带
• 细沟
• 形态

玉米秸秆覆盖缓冲带是一项有效的坡面水土保持措施,为探究其减少细沟侵蚀的效果及水动力学机理,在室内人工模拟连续降雨条件下,选取黄土高原高强度侵蚀性降雨标准和细沟发育活跃的典型坡度,根据细沟发育的不同阶段,研究了不同布设部位(坡面中部5 m和坡面下部7 m)的秸秆覆盖缓冲带对细沟侵蚀及其水动力学特征的影响。结果表明:与裸露处理相比,玉米秸秆覆盖缓冲带可以减少坡面侵蚀量27.2%54.8%,减少细沟侵蚀量40.8%59.2%,减小细沟侵蚀量对坡面总侵蚀量的贡献率。对于细沟形态,缓冲带可减少细沟割裂度23.0%32.0%,减少细沟平均深度6.7%10.5%。比较2种布设部位,在坡面细沟发育后期,坡面下部7 m处布设的秸秆缓冲带可以取得更好地减少侵蚀和约束细沟形态变化的效果。对于单条细沟,裸露坡面上的细沟宽度沿坡长方向呈现约1.2 m长的周期性变化规律,而秸秆缓冲带改变了细沟宽度沿坡长方向的周期性变化趋势,此外还通过拦截淤积上方来沙减小了布设位置细沟侵蚀深度,通过拦截径流保护下方有限长度内的细沟。分析其水动力学原因可知,玉米秸秆覆盖缓冲带可使细沟水流向缓层流流态方向延伸,与缓冲带上方相比,秸秆缓冲带下方的细沟水流流速显著减小19.6%21.9%,雷诺数和佛汝德数分别减少了29.6%37.9%和8.3%18.5%,而通过秸秆缓冲带后,细沟水流Darcy-weisbach阻力系数增加了22.4%43.3%,水流剪切力、单位水流功率和断面单位能量分别减小13.6%21.5%、20.021.0%和9.5%21.0%,径流能量和侵蚀能力的降低最终导致了坡面总侵蚀量的减小。因此,在坡面上每隔57 m布设缓冲带可以有效的削弱坡面径流侵蚀能力,减少坡面细沟侵蚀量和总侵蚀量。该研究结果可为类似地形条件下的坡面水土保持措施合理配置提供理论基础。

• 单位
  黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室; 西北农林科技大学; 中国科学院水利部水土保持研究所