不同土質坡面水蝕過程模擬試驗及建模研究.pdf

1、坡面侵蝕產(chǎn)沙過程非常復雜,影響因素眾多。開展降雨條件下的室內外坡面土壤侵蝕產(chǎn)沙的對比研究,有助于通過室內的坡面土壤侵蝕的變化規(guī)律去了解野外的坡面土壤侵蝕狀況,從動力學角度認識坡面產(chǎn)沙及侵蝕演變過程的內在機制,進而為建立坡面水土流失預報模型提供關鍵支持,對土壤侵蝕的防治及相關災害的治理,具有重要的應用前景和實際意義。本研究從揭示坡面水蝕產(chǎn)沙過程機理出發(fā),通過人工模擬降雨試驗的方法,運用回歸分析、灰色關聯(lián)、模糊相似等理論,系統(tǒng)地研究了不同土

2、質坡面侵蝕產(chǎn)沙的時空變化規(guī)律、產(chǎn)沙量與水蝕因子的動態(tài)響應過程,探討侵蝕模擬試驗土質材料的差異及相似性,并對坡面降雨侵蝕預測模型進行了研究。得出以下主要結論：(1)闡明了不同土質坡面降雨侵蝕產(chǎn)沙的變化規(guī)律。在降雨初期,各土質坡面徑流量、產(chǎn)沙量都由小增大；隨后會出現(xiàn)一個激增點,之后,徑流量、產(chǎn)沙量達到相對穩(wěn)定狀態(tài)。但不同土質間徑流量、產(chǎn)沙量激增點和達到穩(wěn)定的時間有較大差異,隨著雨強的增加,激增點及穩(wěn)定時刻都大大提前,坡面產(chǎn)沙量較徑流量的激增

3、點及相對穩(wěn)定時間一般滯后約1-2min。(2)分析了不同土質坡面侵蝕產(chǎn)沙的差異。各土質的徑流量、含沙量和產(chǎn)沙量都隨坡度、雨強的增大而增大,且原狀土的變化幅度要遠大于擾動土的；雨強和坡度相同時,各土質平均含沙量和產(chǎn)沙量的大小順序為：粉煤灰>邙山土&am

4、p;gt;原狀土；雨強越大,坡面產(chǎn)生的細溝數(shù)量越多,細溝的平均長度、寬度、深度也越大,但室內外坡面侵蝕形態(tài)有較大差異,室內模擬野外坡面形態(tài)的發(fā)育有較大難度。在其它條件相同時,容重較小的土質,其徑流量、含沙量和產(chǎn)沙量相對較大。(3)明確了不同土質坡面水蝕因子的變化規(guī)律。坡度相同時,水流剪切力、流速、水流功率和單位水流功率均隨雨強的增加而增加,雨強相同時,均隨坡度增大而增大；隨降雨歷時的延長,水流剪切力、流速及水流功率都會出現(xiàn)一個激增點,之

5、后達到相對穩(wěn)定,但各自出現(xiàn)的時間有較大差異。(4)建立了坡面水蝕因子與產(chǎn)沙量相關關系式。運用灰色關聯(lián)和多元回歸分析方法,分析了產(chǎn)沙量與水蝕因子之間的關系。結果表明：就單個因子對產(chǎn)沙量的影響而言,雨強的影響最大,水流功率次之；多因子組合對產(chǎn)沙量的影響分析表明,雨強和坡度組合對產(chǎn)沙量影響最大。并分別建立了三種土質下產(chǎn)沙量與其主要影響因子的關系式。(5)分析了室內外侵蝕產(chǎn)沙過程的模糊相似程度。通過室內外坡面降雨侵蝕產(chǎn)沙過程的模糊貼近度計算分析

6、,結果表明：邙山黃土總的模擬效果比粉煤灰好,容重較大的邙山黃土模擬野外侵蝕過程的程度最好,可以利用邙山黃土的試驗數(shù)據(jù)建立坡面侵蝕產(chǎn)沙的預測模型。(6)建立了坡面次降雨侵蝕產(chǎn)沙模型。根據(jù)統(tǒng)計學習理論,得出了基于坡面侵蝕產(chǎn)沙影響因子的坡面次降雨支持向量機侵蝕產(chǎn)沙預測模型SVR。同時建立了坡面次降雨侵蝕產(chǎn)沙的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型,通過兩種模型對野外坡面次降雨侵蝕產(chǎn)沙預測的結果比較,其預測結果都比較好,且SVR的預測效果要大大優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型。