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喀斯特槽谷区岩石与坡面夹角对坡面集中流水力学特性的影响*

2021-10-11曾荣昌张玉启何丙辉李天阳

土壤学报 2021年5期

曾荣昌,张玉启,何丙辉,李天阳,曾 成

(西南大学资源环境学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆 400715)

坡面集中水流可剥离、搬运大量泥沙,是坡面土壤侵蚀发生的主要动力源[1]。不同于一般明渠流,坡面集中流受降雨特性、坡度及床面状况等因素的影响,水流结构相对复杂,使准确描述其水力学特性变得更加困难[2]。水力学参数中雷诺数(Re)和Darcy-Weisbach阻力系数(f)等是表征径流水力学特性的主要指标[3-4]。目前,国内外关于各类下垫面情况下坡面水流Re与f的耦合变化特征研究较多[5-8],但由于试验条件不同,二者间的数学关系还未获得统一认识[9-13]。张光辉[14]发现坡面薄层水流Re与f呈良好的幂函数负相关关系。李占斌等[15]发现黄土区陡坡条件下Re与f之间存在显著的指数关系。另有研究则认为f-Re随坡度的变化表现为不同的数学关系[3,16]。因此,还需要更多实测数据来阐明不同条件下f-Re的耦合关系,并揭示引发二者关系变化的内在机理。

西南喀斯特槽谷区是中国南方喀斯特分布面积最大的“老、少、边、山、穷”地区,其地表岩层裸露,地下裂隙发育丰富,形成了特殊的“二元”空间结构。与其他喀斯特地貌不同,该区紧密式箱型背斜/向斜构造、岩层倾角大、典型顺/逆层边坡地质构造发育充分等特征使得地表裸露的岩石与坡面之间具有不同夹角[17],导致其存在着不同的产流产沙方式和地表径流水力学特性[18]。出露地表的岩石在降雨过程中易改变径流路径,使局部径流汇聚成集中流[19],造成剧烈的土壤侵蚀。……

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