坡度和流量对崩积体坡面细沟水流输沙能力的影响毕业论文

1、福建农林大学本科毕业论文 论文题目： 崩积体坡面细沟水流输沙力 的变化特征 学 院： 资源与环境学院 专业年级： 2013级农业资源与环境 学 号： 3136802013 姓名： 指导教师、职称： 2017年 4月17日Sediment Transport Capacity of RillFlow on Colluvial Deposits College： Fujian agriculture and forestry universitySpecialty and Grade：Agricultural resources and environment 2013 Number： 31368

2、02013 Name： YanXiaojun Advisor： Lecturer JiangFangshi Submitted time: April 17 2017 目 录摘要：1Abstract:1引言11 试验材料与方法21.1研究区概况21.2试验方法21.2.1土样的采集及性质21.2.2试验设计31.2.3试验设备31.2.4试验过程32 结果与分析42.1细沟水流的输沙能力变化与流量的关系42.2细沟水流的输沙能力变化与坡度的关系52.3细沟水流的输沙能力因子模型62.3.1输沙能力因子模型62.3.2输沙能力因子模型的讨论6参考文献7致 谢9 坡度和流量对崩积体坡面细沟水流输沙

3、能力的影响摘要：要进一步揭示细沟侵蚀的机理，必须精确地计算出细沟水流的输沙能力，这不仅是细沟侵蚀发生过程中一个重要的参数，而且也是建立细沟水流侵蚀过程模型的一个重要的基础。本研究采用细沟水槽进行崩积体坡面输沙能力的研究。实验的结果表明：在不同坡度条件下，细沟水流的输沙能力随着流量的增加而变大，而且能用幂函数方程很好的描述出来；在不同流量条件下，细沟水流的输沙能力随着坡度的增加而变大，大部分能用幂函数方程很好的描述出来；可以用二元幂函数方程很好的描述出细沟水流的输沙能力随着坡度和流量两个因子的变化而变化的特征，而且流量因子对细沟水流的输沙能力的影响能力大于坡度因子；崩积体坡面输沙能力并不能用AN

4、SWERS模型中输沙能力方程计算。关键词：崩积体坡面；细沟侵蚀；输沙能力；模型Abstract:In order to reveal the mechanism of the rill erosion, we must figure out the water transport capacity quite accurate, this is not noly a parameter of the process of the rill erosion , but also a significant basis for establishing the rill erosion model

5、. In this paper , the water transport capacity of colluvial deposits was studied by a flume. The results indicated that:in different slope, rill flow sediment transport capacity increased with flow discharge,the connection could be describe by power equation;in the different flow discharge, rill flo

6、w sediment transport capacity increased with slope, most of them could be describe by power equation,too;dual binary power function can shows the rill flow sediment transport capacity change with slope gradients and flow discharge,the effect of slope gradient was smaller than flow discharge in the p

7、ower function;ANSWERS model was not well suit for the colluvial deposits. Key words: colluvial deposits;rill erosion;sediment transport capacity; model 引言土壤侵蚀作是指土壤或土体在水力、风力、冻融或重力等的作用下发生冲刷、剥蚀和流失的现象，这一个中国乃至世界的重大环境问题，已经引起许多学者的广泛关注1-2。细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的形式之一，是指在坡面已经形成细沟的情况下，对沟壁、沟底、沟头土壤进行分散、冲刷和搬运3。大量的研究结果表明，在土壤

8、侵蚀的过程中，土壤颗粒在水流中含沙量小于水流输沙能力的条件下发生分离，在水流中含沙量小于水流输沙能力的条件下则发生沉积4-5。水流输沙能力是指在单位时间不同坡度和流量条件下水流携带泥沙的最大含量，是分辨侵蚀过程中泥沙发生沉积或分离的一个重要的特征指标6。因此，要建立侵蚀过程模型，最重要的是精确估算出水流输沙能力。崩岗作为一种土壤侵蚀现象，在我国南方红壤区危害十分严重7-9，主要是指在水力和重力的双重作用下山坡土石头受破坏而崩塌被冲刷的这一现象10。一般由集水坡面、崩壁、崩积体、冲刷沟道、冲积扇组成11。崩积体是崩岗的重要组成部分之一,是指在水力和重力的作用下崩壁和原山体坡面的物质通过搬运和堆积

9、在崩壁下方的物质12-13。细沟侵蚀作为坡面侵蚀的一个重要过程，是我国南方红壤区崩岗侵蚀的一个重要原因。流量和坡度是影响细沟水流输沙能力的两个主要因子，而且这两个因子可以通过试验测量得到。所以，在研究细沟水流的输沙能力经常把流量和坡度两个因子作为最基本的两个参数。Beasley等14通过对细沟水流输沙能力研究，得出了坡度和流量因子计算输沙能力的模型。Lei等15通过水槽试验得出输沙能力与坡度和流量因子呈现出线性关系。Zhang16利用水槽模拟径流冲刷试验，也认为坡度和流量是两个主要的因素，影响径流的输沙能力。国外学者研究输沙能力的模型主要是用于计算缓坡，一般上限坡度为20，而我们南方红壤区的崩

10、岗侵蚀的坡度在040°17，且研究其侵蚀过程中输沙能力的变化比较少。本研究采用沟头放水冲刷装置，设置不同流量和坡度，进行室内坡面细沟水流输沙模拟试验，研究不同坡度和流量条件下坡面细沟水流输沙能力的变化特征，建立崩积体坡面输沙能力模型，借此进一步加深对崩积体坡面细沟侵蚀的认识，为建立坡面细沟侵蚀计算模型奠定基础。1 试验材料与方法1.1研究区概况试验所用土壤取自福建省安溪县龙门镇洋坑村(24°57N，118°03E)，地处河谷小盆地，地形以丘陵为主，属南亚热带气候区，气候温和，年均温度为18.5 ，降水充足，年均降水量为1750 mm，降雨频率为130-170天/年

11、，且多为强度较大的暴雨、大雨18。该地区土壤主要由花岗岩发育而成，在自然因素和人为因素的双重影响下，地带性植被破坏严重，崩岗侵蚀剧烈，治理难度较大。根据2005年的调查数据显示，安溪县崩岗数量为12828 个，崩岗面积为2305.42 hm2，数量和面积分别占福建省的49.29%和31.41%；龙门镇共有崩岗1228 个，崩岗侵蚀面积264.77 hm2，分别占占安溪县的9.57%和11.48%，是安溪县崩岗侵蚀较为集中的乡镇之一19。在南方崩岗发生区，龙门镇的崩岗侵蚀也具有典型性和代表性。1.2试验方法1.2.1土样的采集及性质试验土于2015年4月取自福建省安溪县龙门镇洋坑村，采集土体为花

12、岗岩发育的崩岗崩积体土壤，土壤颗粒组成主要以砂砾、粉粒为主，黏粒含量较低，分别占50.46%、44.51%和5.03%，自然状态下土壤平均容重为 1.35 g/cm3，有机质含量极低，仅为1.68 g/kg，pH值为5.19，属酸性土，土质疏松、结构性差。为了得到崩积体砾石，试验前将土壤自然风干后去除根系、石块等杂物，过10 mm 不锈筛，然后再过2 mm不锈钢筛，筛取2 mm的细土和210 mm的砾石。210 mm粒径砾石中23 mm、35 mm、510 mm含量分别为40.14%、44.69%和15.17%，备用。1.2.2试验设计根据野外调查，结合安溪县降水和崩积体的实际情况，采用坡度流

13、量完全组合设计。崩岗崩积体实际坡度范围在17.63%83.91%之内，设定试验坡度分别为17.63%(10°)、36.40%(20°)、57.74%(30°)、83.91%(40°)；根据研究区暴雨发生频率在崩积体坡面上建立的标准小区上产生的单宽流量换算得到，坡面径流系数为0.8的条件下，设定供水流量分别为0.00028 m2/s(2 L/min)、0.00056 m2/s(4 L/min)、0.00111 m2/s(8 L/min)、0.00222 m2/s(16 L/min)、0.00444 m2/s(32 L/min)；采用坡度、流量完全组合试验，

14、组合场次为20场，每场试验均重复3次，共60场。1.2.3试验设备试验装置采用细沟水槽，示意图见图 1。为使细沟水槽稳固，将400 cm×12 cm×10 cm (长×宽×高)的细沟水槽嵌在固定式变坡式(0°40°)钢槽内。加土漏斗作为供土源 ，位于水槽上20cm处；供土速率由摇把调控漏斗内芯转速控制。将试验土壤盛土盒10cm×10cm×5cm（长×宽×高）放置在水槽最底端开口，作为补充供土盒，保证当细沟水流接受漏斗供土后，在输沙能力大于水流含沙量的情况下，流经这里的水流能继续侵蚀携带土壤，使细

15、沟水流流过出口时其含沙量与水流的输沙能力相符。流量控制采用河北保定兰格恒流泵有限公司生产的WT600-4F-C 型蠕动泵，可调整误差小于20 ml/min。1.2.4试验过程模拟细沟水流输沙能力试验于2016 年710 月在福建农林大学金山水土保持科教园人工降雨大厅内进行。试验前在水槽底部、两侧各粘一层试验土壤，以模拟与试验土壤表面较相似的下垫面和两侧糙率。试验开始前，用固定式变坡式钢槽调节不同坡度，用重量法校正蠕动泵流量误差直到小于20 ml/min，在水槽下端的矩形缺口内放置土样盒补充土源，并且用薄片盖住，等水流流速达到稳定后，用供土漏斗开始向细沟水槽供土，水流将供土漏斗供出的土壤搬运走的

16、同时还有少部分在水槽床面沉积作为判断供土速率大小的依据。供土同时用铁板不停地搅动泥沙，使水流携带泥沙达到饱和状态，由于细沟水槽足够长，所以流态在扰动水流在到达补充沙源之前已稳定。待含沙水流流出水槽出口时，取下盖住作为补充土源土样盒的薄片，每次试验在水槽出水口采集5个水沙样。试验结束后，水沙样经105 烘干后称重，并计算得出该坡度流量组合条件下的细沟水流输沙率数据。1.2.4 数据处理与分析试验数据采用Excel 2010和SPSS 22.0进行数理统计与分析。输沙因子模型用SPSS 22.0分析，回归、非线性拟合检验等利用Excel 2010进行完成，用Excel 2010进行绘图、做表。2

17、结果与分析2.1细沟水流输沙能力变化随流量变化特征图2为不同坡度下细沟水流输沙能力随流量变化过程。由图2可以看到，在不同坡度条件下，细沟水流输沙能力随流量的增大而增大。而在细沟水流流量相一致时，细沟水流的输沙能力随坡度的增加而增加，这个结论与Foster等20的研究结果相一致，即随着坡度的不断增加，径流对泥沙的搬运能力相应的增大。从图2我们还可以看到，在17.63%这个坡度下，当流量大于0.00111时，细沟水流的输沙能力随流量的增加而大幅增加，在36.40%、57.74% 、83.91%这三个坡度下，当流量大于0.00056时，细沟水流的输沙能力随流量的增大而增大，其原因可能是细沟水流的输沙

18、能力在坡度和流量的影响下存在着叠加效应，而且坡度越大，叠加效应越早显现6。图2 不同坡度下细沟水流输沙能力随流量变化通过相关性的分析，可以用幂函数方程描述细沟水流的输沙能力与不同流量之间的变化关系，表达式为y=axb(y为输沙率，x为流量，a，b为方程的回归系数)，拟合优度R2均大于0.95，由此可见拟合有很好的效果，而且二者之间关系呈现出极显著相关（P0.01），详细结果见表1。结合表1和图2我们可以看出，细沟水流在坡度相同的情况下，输沙能力随流量的增加而明显地增大，这是因为在坡度一致的这个条件下，细沟水流随流量增加，水流的势能相应的增加，在细沟下势能转化为动能，因而水流动能更大动能，相应地

19、有更多的能量去搬运泥沙；而且当流量增大时，随着水流的增加泥沙的载体越丰富，搬运能力更强，正是在这些因素的共同作用下，导致细沟水流流量增大而输沙能力增强。表 不同坡度下细沟水流输沙能力（y）随流量（x）变化的经验方程坡度/%回归方程R2P17.63y =0.5249x1.32960.95460.0136.40y=0.8680x1.30140.98830.0157.74y=1.1618x1.08430.99080.0183.91y=1.2661x1.07710.99010.01注：y为细沟水流输沙能力，kg/(m-1·s-1)，x为细沟水流流量，×10-3 m2/s。2.2细沟

20、水流输沙能力变化随坡度变化特征图3表示不同流量下细沟水流输沙能力与坡度之间的关系，由图3我们可知，在0.00028m2/s至0.00444m2/s的流量条件下，细沟水流的输沙能力随坡度的增加而增加。在坡度相同的情况下，流量大的细沟水流对泥沙的搬运能力远远大于流量小的细沟水流。在流量较小（0.00025m2/s、0.00056m2/s）的情况下，细沟水流的输沙能力增速小于流量较大（0.00111m2/s、0.00222m2/s、0.00444m2/s）的情况。当流量较小时，输沙能力随坡度的上升缓慢上升，当流量较大时，输沙能力在坡度范围（17.63%36.40%）时，增速明显，但是一旦坡度超过36

21、.40%时，增速又趋于平缓。图3 不同流量下细沟水流输沙能力随坡度变化通过相关性的分析，在流量为0.00025 m2/s至0.00444 m2/s的范围情况下，均可以用幂函数方程描述细沟水流的输沙能力与不同坡度之间的变化关系，表达式为y=axb(y为输沙率，x为坡度，a，b为方程的回归系数)。除了流量为0.00111 m2/s之外，拟合优度R2均大于0.9，由此可见拟合有很好的效果，而且二者之间关系呈现出极显著相关（P0.01），但是在流量为0.00111 m2/s的情况下，拟合优度R2为0.8340，两者之间呈现出显著相关（P0.05），详细结果见表2。通过图3，我们可以看出在不同流量下，细

22、沟水流的输沙能力和坡度因素呈现出正相关，即随着坡度的变大而输沙能力增强。这可能是因为在流量一致的条件下，坡度增加，细沟水流的势能增大，在坡面流动时势能相应的转化为动能，因此对泥沙的搬运能力越大，输沙能力增强；除此之外，在坡度变陡的情况下，重力在顺坡方向的分力变大，细沟水流因此拥有更大的速度，水流动能增加，输沙能力增强。表2 不同坡度下细沟水流输沙能力（y）随坡度（x）变化的经验方程流量/ (m2·s-1)回归方程R2P0.00028y=0.3463x0.73430.97830.010.00056y=0.6865x0.46120.9480 0.010.00111y=2.2162x0.9

23、3980.83400.050.00222y=3.7307x0.41790.94790.010.00444y=6.0423x0.19490.97370.012.3细沟水流的输沙能力因子模型2.3.1输沙能力因子模型 通过表1和表2的综合分析可以知道，坡度和流量是细沟水流输沙能力的两个主要影响因子，而且都呈现出极显著相关。但是，水流流量和坡度因子并不是单一作用，而是两者的综合影响，改变细沟水流的输沙能力。通过输沙能力随坡度和流量变化的试验数据进行方差分析可知，坡度和流量两个因子对水流输沙能力影响极显著（F流量=185.175F0.01=4.40，F砾石含量=5.156F0.01=3.37）。所以，

24、需要进一步讨论细沟水流的输沙能力对坡度和水流流量两个因子的响应，将不同坡度和流量下的输沙能力试验数据用SPSS进行多元统计分析，建立在不同流量和坡度的影响条件下，细沟水流输沙能力的因子模型： Tc=1757.987S0.248q1.038(R2=0.985，n=20，P<0.01) (1) 式中：Tc为细沟水流的输沙能力（kg/（m.s）；S为坡度（）；q为流量（m2/s）。公式(1)表明，坡度以及流量这两个因素对细沟水流的输沙能力的影响呈现出极显著的相关性(P0.01)，这三者之间的关系可以用二元幂函数方程很好的描述出来(R2=0.985)，并且坡度S的幂指数为0.248，流量q的幂指

25、数为1.038，流量的幂指数比坡度的幂指数相比大319%，这说明，坡度和流量共同影响细沟水流的输沙能力，但是流量这个影响因子的作用大于坡度这个影响因子的作用。2.3.2输沙能力因子模型的讨论 和其他研究者的研究结果相比较6，可以发现本研究结果的输沙能力因子模型与其他研究者提出的模型在形式上基本一样，即流量和坡度是两个影响细沟水流输沙能力的主要因素，用二元幂函数方程来描述两者之间的关系。不同的地方在于公式（1）中的指数0.248和1.308与其他模型存在一定的差异，这种差异可能是土壤性质结构、试验条件、试验设备等因素的不同所造成的。Beasley等通过统计分析大量的研究数据得出输沙能力的方程，利

26、用这个方程可以得出坡度和流量对输沙能力的影响具有普遍性，方程表达式为： Tc=146q0.5S，q0.046 (2) Tc= 14600q2S，q0.046 (3) 式中：式中：Tc为输沙能力，kg/(m·min)；S为坡度的正切值，m/m；q为流量，m2/mim。本试验设计流量在0.00028 m2/s至0.00444 m2/s范围内，即0.0168m2/min至0.2664 m2/min范围内，因此用方程（2）和（3）与输沙能力因子模型（1）相比较，得出输沙因子模型（1）的系数（1757.987）是方程（2）的系数（146）的12倍，是方程（3）的系数（14600）的0.12倍，

27、输沙因子模型（1）坡度（S）的指数（0.248）远远小于方程（2）和方程（3）坡度（S）的指数（1.00），但是流量（q）的指数（1.038）却大于方程（2）的流量指数（0.5），但是小于方程（3）的流量指数（2）。将流量小于0.046 m2/mim代入公式（2），流量大于0.046 m2/mim代入（3）对输沙能力进行预测，将实测值与预测值进行对比，点绘在同一图中（图4）。从图4可以看出，当流量q0.046 m2/min时，用公式(2)预测的输沙能力数据点在1:1线的下方，通过对实测值与预测值的平均值进行比较，实测的输沙能力比预测的输沙能力大1.82倍（Tcm/Tcp=0.339/0.186

28、=1.82）。当流量q0.046 m2/min时，用公式(3)预测的输沙能力数据点在1:1线上波动较大，通过对实测值与预测值的平均值进行比较，实测平均值Tcm是预测平均值Tcp的0.80倍(Tcm/Tcp=2.97/3.70=0.80)。通过计算，得到公式(2)和公式(3)模型有效率系数NSE分别为-0.070、-2.445。这表明公式(2)和公式(3)预测的输沙能力很不理想。这是由于试验设计、方法和材料的存在差异，Beasley提出的方程不能适用于本试验下的细沟水流输沙能力预测。 图4 输沙能力的实测值与预测值比较参考文献1 傅伯杰, 赵文武, 陈利顶,等. 多尺度土壤侵蚀评价指数J. 科学

29、通报, 2006, 51(16):1936-1943. 2 张光辉. 国外坡面径流分离土壤过程水动力学研究进展J. 水土保持学报，2000，14(3): 112-1153 郑粉莉. 黄土区坡耕地细沟间侵蚀与细沟侵蚀的研究J. 土壤学报, 1998, 35(1): 95-1034 张光辉. 坡面水蚀过程水动力学研究进展J. 水科学进展，2001，12(3): 396-4025 张晴雯，雷廷武，高佩玲，等. 黄土区细沟侵蚀过程中输沙能力确定的解析法J. 中国农业科学，2004，37(5): 700-7036 王莎，王占礼，等. 黄土坡面细沟水流输沙能力变化特征J. 水土保持学报，2012，26(4

30、): 104-1077 牛德奎. 华南红壤丘陵区崩岗发育的环境背景与侵蚀机理研究D. 南京:南京林业大学，2009.8 梁音，宁堆虎，潘贤章，等. 南方红壤区崩岗侵蚀的特点与治理J. 中国水土保持，2009，29(1): 31-349 林敬兰，黄炎和. 崩岗侵蚀的成因机理研究与问题J. 水土保持研究，2010，17(2): 1-410 唐克丽. 中国水土保持M. 北京:科学出版社，2004，80-8211 蒋芳市, 黄炎和, 林金石, 赵淦等. 不同结皮条件对崩岗崩积体坡面侵蚀的影响J. 水土保持学报, 2014, 28(3): 1-612 蒋芳市，黄炎和，林金石, 等. 崩岗崩积体土壤渗透性

31、分析J. 水土保持学报，2013，27(3): 49-5413 蒋芳市，黄炎和，林金石，等. 坡面水流分离崩岗崩积体土壤的动力学特征J. 水土保持学报，2013，27(1): 86-8914 Beasley D B, Huggins L F, Monke E J. Modeling sediment yields from agricultural watershedsJ. Journal of Soil and Water Conservation , 1982, 37(2): 113-11715 Lei T W, Zhang Q W, Zhao J. A laboratory study

32、of sediment transport capacity in the dynamic process of rill erosion J. Transactions of the ASAE, 2001, 44(6): 1291-129716 Zhang G H，Liu Y M，et al. Sediment transport and soil detachment on steep slopes ：I.Transport capacity estimation J. Soil Science Society of America, 2009, 73(4): 1291-129717 赵,

33、淦，黄炎和，林金石，蒋芳市. 流量及坡度对崩岗崩积体侵蚀的影响J. 水土保持研究, 2014, 21(2): 11-1618 候晓龙，刘明新，蔡丽萍，张芸. 安溪崩岗侵蚀区不同植被配置模式与恢复效果研究J. 亚热带水土保持，2010，22(1): 5-1019 林敬兰，陈志明，黄炎和，等. 安溪县崩岗侵蚀空间分布特征探讨J. 水土保持研究，2009，16(6): 63-6820 Foster, G, R, Meyer, L, D. Mathematical simulation of upland erosion by fundamental erosion mechanicsC. Proc.

34、Sediment-Yield Workshop，USDA Sediment Lab:Present and Prospective technology for predicting sediment yield and sources, 1972. 190-207致 谢经历了几个月的时间，终于完成毕业实验及论文设计，在写作的过程中也遇到很多困难，感谢我的论文指导老师蒋芳市老师不厌其烦的帮助我进行论文的修改，也感谢实验室师兄师姐在做实验以及写毕业论文过程中对我的帮助和支持，正是他们的答疑解惑让我受益匪浅。在此，向帮助和指导过我的老师和学长学姐表示最衷心的感谢！同时，也感谢这篇论文所涉及到的各位

35、学者，如果没有他们研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。也非常感谢学校提供丰富的资源让我们能收集到有用的资料，顺利完成论文写作。再次感谢每个人！ 毕业论文答辩五大步骤流程毕业论文答辩流程一般包括自我介绍、答辩人陈述、提问与答辩、总结和致谢五部分，下面是小编搜集整理的毕业论文答辩五大步骤流程，供大家阅读查看。范文：各位老师与同学：大家好! 我来自XX学院XX专业，我叫XX,今天我演讲题目是会计基本职业道德-不做假帐。金融业属于高风险行业，其行业效益需要通过会计报表和会计资料反映出来，如果会计资料失真，将无法真实反映企业经营状况，使管理者无法正确决策，最终导致经营风险，严重干扰正常社会经济秩序，损害国家和社会公众利益。本文以此为背景，研究会计从业人员如何不做假账，提升个人职业道德，促进企业健康发展。首先我们简要介绍了当前会计职业道德发展现状，其次探讨会计工作