间歇降雨对铁尾砂重构坡面侵蚀水动力学特性的影响

• 作者: 吕春娟 夏露 张徐 毕如田 牛耀彬 郭星星 陈丹
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 农学
• 关键词: 径流 侵蚀 水动力学 铁尾矿砂 间歇性降雨 重构坡面
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 所属期刊栏目: 农业水土工程
• 页码范围: 74-85
• 页数: 12页
• 分类号: S157.1
• 字数: 12211字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.11.009

摘要

黄土高原夏季降雨集中且多暴雨,铁尾矿砂自身结构松散,堆存坡度大,雨季通常遭受多次暴雨侵蚀,严重限制植被恢复.为有效减少铁尾矿的水土流失,促进生态恢复,在干排铁尾矿砂中添加不同比例土壤和菌糠,形成6种重构坡面:松散铁尾矿砂(LT),结壳铁尾矿砂(CT),铁尾矿砂与菌糠混合物(TM),铁尾矿砂、菌糠和土壤混合物(TSM),铁尾矿砂和土壤混合物(TS),纯土(S).采用室内人工模拟降雨技术,研究重构坡面在间歇性降雨下的侵蚀特征和水动力因素.结果表明:1)随降雨场次增加,6种坡面的产流率均持续增大,而产沙率表现出明显的分异:LT、CT和TS产沙率持续增大,表现为高产沙型,TS、TSM和S产沙率整体上是先增加后减少,表现为低产沙型;2)随降雨场次增加,6种坡面侵蚀形态也出现分异,可分为2类:LT和CT和TS坡面侵蚀形态严重,细沟发展快,演化为宽深比较小的细沟;TM和TSM和S坡面侵蚀形态轻微,细沟发展缓慢,S坡面演化为宽深比较大的细沟,TM和TSM坡面细沟很少,多为均匀分布的菌糠小坑穴.据此表征坡面侵蚀微地形变化的沟壑面积和地形起伏度,随降雨场次增加持续增大;沟壑密度则随降雨场次先急剧增加,随后由于沟壑形态差异,部分坡面减少;3)6种坡面的坡面流流型均为层流,流态大多为急流;随降雨场次增加,流速、水流功率整体表现为增大的趋势,径流剪切力无明显趋势,阻力系数、曼宁粗糙系数表现出减小的趋势;除径流剪切力,不同降雨场次间水动力学特征差异显著(P<0.05).6种坡面侵蚀产流产沙可用对数、线性或幂函数较好地模拟.纯尾矿砂坡面侵蚀最为严重,坡面覆土具有明显的减流效果,但添加菌糠的减沙效果最好,因此对于土源缺乏的铁尾矿砂复垦区,同时添加菌糠和土壤可以有效减少侵蚀,易于植被修复.