玉米秸稈覆蓋緩沖帶對(duì)細(xì)溝侵蝕及其水動(dòng)力學(xué)特征的影響

【摘要】：玉米秸稈覆蓋緩沖帶是一項(xiàng)有效的坡面水土保持措施,為探究其減少細(xì)溝侵蝕的效果及水動(dòng)力學(xué)機(jī)理,在室內(nèi)人工模擬連續(xù)降雨條件下,選取黃土高原高強(qiáng)度侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)溝發(fā)育活躍的典型坡度,根據(jù)細(xì)溝發(fā)育的不同階段,研究了不同布設(shè)部位(坡面中部5 m和坡面下部7 m)的秸稈覆蓋緩沖帶對(duì)細(xì)溝侵蝕及其水動(dòng)力學(xué)特征的影響。結(jié)果表明:與裸露處理相比,玉米秸稈覆蓋緩沖帶可以減少坡面侵蝕量27.2%~54.8%,減少細(xì)溝侵蝕量40.8%~59.2%,減小細(xì)溝侵蝕量對(duì)坡面總侵蝕量的貢獻(xiàn)率。對(duì)于細(xì)溝形態(tài),緩沖帶可減少細(xì)溝割裂度23.0%~32.0%,減少細(xì)溝平均深度6.7%~10.5%。比較2種布設(shè)部位,在坡面細(xì)溝發(fā)育后期,坡面下部7 m處布設(shè)的秸稈緩沖帶可以取得更好地減少侵蝕和約束細(xì)溝形態(tài)變化的效果。對(duì)于單條細(xì)溝,裸露坡面上的細(xì)溝寬度沿坡長(zhǎng)方向呈現(xiàn)約1.2 m長(zhǎng)的周期性變化規(guī)律,而秸稈緩沖帶改變了細(xì)溝寬度沿坡長(zhǎng)方向的周期性變化趨勢(shì),此外還通過(guò)攔截淤積上方來(lái)沙減小了布設(shè)位置細(xì)溝侵蝕深度,通過(guò)攔截徑流保護(hù)下方有限長(zhǎng)度內(nèi)的細(xì)溝。分析其水動(dòng)力學(xué)原因可知,玉米秸稈覆蓋緩沖帶可使細(xì)溝水流向緩層流流態(tài)方向延伸,與緩沖帶上方相比,秸稈緩沖帶下方的細(xì)溝水流流速顯著減小19.6%~21.9%,雷諾數(shù)和佛汝德數(shù)分別減少了29.6%~37.9%和8.3%~18.5%,而通過(guò)秸稈緩沖帶后,細(xì)溝水流Darcy-weisbach阻力系數(shù)增加了22.4%~43.3%,水流剪切力、單位水流功率和斷面單位能量分別減小13.6%~21.5%、20.0~21.0%和9.5%~21.0%,徑流能量和侵蝕能力的降低最終導(dǎo)致了坡面總侵蝕量的減小。因此,在坡面上每隔5~7 m布設(shè)緩沖帶可以有效的削弱坡面徑流侵蝕能力,減少坡面細(xì)溝侵蝕量和總侵蝕量。該研究結(jié)果可為類(lèi)似地形條件下的坡面水土保持措施合理配置提供理論基礎(chǔ)。 【作者單位】： 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所;
【關(guān)鍵詞】： 降雨 侵蝕 水動(dòng)力學(xué) 玉米秸稈覆蓋緩沖帶 細(xì)溝 形態(tài)
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41271299) 水利部公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)課題資助項(xiàng)目(201201083)
【分類(lèi)號(hào)】：S157.1
【正文快照】： 徐錫蒙,鄭粉莉,吳紅艷,覃超.玉米秸稈覆蓋緩沖帶對(duì)細(xì)溝侵蝕及其水動(dòng)力學(xué)特征的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(24):111-119.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.018 http://www.tcsae.orgXu Ximeng,Zheng Fenli,Wu Hongyan,Qin Chao.Impacts of cornstalk mulching buffer

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