【摘 要】
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在紫色砂页岩上形成的紫色土是我国南方主要的土壤之一,但其成土土壤结构松散,具有较高的入渗性能,同时坡耕地中根孔、虫孔等大孔隙优先流通道进一步增加了土壤入渗水分,入渗的水在近地表弱透水层上方形成近地表水流。近地表水流会减弱土壤的胶结能力,削弱土壤抗侵蚀能力,加剧土壤侵蚀。近地表水流作用下会造成强烈的土壤侵蚀。本文以坡耕地紫色土为研究对象,通过限定性细沟模拟冲刷试验,从土壤弱透水层上方供水,通过控制水
【基金项目】
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国家自然科学基金“紫色土坡耕地地表与近地表水流交互作用侵蚀机理研究（No.41571265）”； 重庆市社会民生类重点研发项目“库区小流域面源污染景观生态全程组控机制及防治技术研究与示范（cstc2018jscx-mszdX0061）”；
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在紫色砂页岩上形成的紫色土是我国南方主要的土壤之一,但其成土土壤结构松散,具有较高的入渗性能,同时坡耕地中根孔、虫孔等大孔隙优先流通道进一步增加了土壤入渗水分,入渗的水在近地表弱透水层上方形成近地表水流。近地表水流会减弱土壤的胶结能力,削弱土壤抗侵蚀能力,加剧土壤侵蚀。近地表水流作用下会造成强烈的土壤侵蚀。本文以坡耕地紫色土为研究对象,通过限定性细沟模拟冲刷试验,从土壤弱透水层上方供水,通过控制水头高度使供试土壤的近地表水流达到预期饱和深度,测算三个近地表水流饱和深度（5,10和15 cm）、三个坡度（5°,10°和15°）和三个流量(2,4和8 L·min-1)下细沟剥蚀率数据。研究细沟剥蚀率在不同流量、坡度和近地表水流饱和深度条件下的变化趋势,阐述细沟剥蚀率随近地表水流饱和深度的变化规律;并建立细沟剥蚀率与流量、坡度和近地表水流饱和深度的模型,定量化流量、坡度和近地表水流饱和深度对细沟剥蚀率的影响;同时采用解析法计算细沟剥蚀率验证本试验方法的正确性,采用数值改进法计算细沟剥蚀率验证这种方法在近地表水流条件下计算紫色土细沟剥蚀率的适用性。本研究有助于了解紫色土近地表水流作用下的细沟剥蚀规律从而为紫色土坡耕地近地表水流作用下土壤侵蚀预报提供基础和模型参数,同时为紫色土细沟剥蚀率的计算提供一种新思路。本研究主要得出以下结论:（1）近地表水流作用下,紫色土细沟剥蚀率与细沟长度呈极显著的指数相关,随着细沟长度的增加呈指数趋势,且这种下降趋势在坡度较陡、流量较大时更为明显;紫色土细沟剥蚀率与含沙量呈显著的线性相关,随着含沙量的增加呈线性下降趋势,且这种下降趋势在坡度较陡、流量较大时更为明显。不同流量、坡度和近地表水流饱和深度条件下,紫色土的最大剥蚀率即剥蚀能力范围为0.005～0.281 kg·m-2·s-1。在相同近地表水流条件下,坡度或流量的增大能增大细沟剥蚀率;流量和坡度相同时,近地表水流饱和深度越大,细沟剥蚀率越大。（2）坡度、流量和近地表水流饱和深度与细沟剥蚀率的多元非线性回归方程说明近地表水流饱和深度与细沟剥蚀率呈正相关,且流量对细沟剥蚀率的影响最显著,其次是坡度,最后是近地表水流饱和深度。小坡度、小流量情况下,近地表水流作用对细沟剥蚀率的影响不明显。将近地表水流条件下的剥蚀率与饱和土壤的剥蚀率进行截距为零线性拟合,结果表明饱和土壤的细沟剥蚀率均大于近地表水流作用下的细沟剥蚀率;饱和状态下的细沟剥蚀率比近地表水流饱和深度为5 cm、10 cm和15 cm时的细沟剥蚀率分别平均大了127%、68%和34%。说明近地表水流饱和深度越深,细沟剥蚀率越大且越接近饱和土壤的细沟剥蚀率,但是都小于饱和土壤的细沟剥蚀率。（3）不同工况条件下,解析法计算得到的细沟剥蚀率随细沟沟长呈指数下降趋势,随水流含沙量呈线性下降趋势。试验值分布在解析值与细沟沟长拟合曲线和解析值与含沙量的拟合直线附近,说明试验值与解析值的一致性较好。试验值与解析值的对比值分布于1:1直线附近,拟合直线R~2均大于0.92,拟合直线斜率K值范围为0.929～2.058,试验值普遍大于解析值;K值的平均值为1.138,说明试验值比解析值平均大了13.8%,随着坡度、流量和近地表水流饱和深度的增加,数据点离1:1直线越近,即相关性随坡度坡度、流量和近地表水流饱和深度的增加而增加。（4）不同工况条件下,数值改进法计算得到的细沟剥蚀率随细沟沟长呈指数下降趋势,且改进值更加接近解析计算值随沟长变化曲线;改进值和解析值截距为零的线性拟合直线斜率K值范围为0.827～1.882,R~2均大于0.97,改进值与解析值的相比较更加接近1:1。试验值普遍大于改进值,K值的平均值为1.032,说明改进值比解析值平均大3.2%,相比于改进前减小了计算误差,提高了计算精度,改进值更接近解析值,验证了近地表水流作用下数值改进法计算细沟剥蚀率的适用性。
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