地表粗糙度的测量方法及对教材

1、地表粗糙度的测量方法及对坡面径流和侵蚀的影响 吴发启1)赵晓光1)刘秉正1)贾锐鱼2)(1)西北林学院水土保持系,712100陕西杨陵;(2)陕西省水利学校712100陕西杨陵; 西北林学院学报1998,13(2):1519引言土壤主要水蚀因素有:气候,土壤,地形,和土地利用.各种因素相互影响,同时作用.其中,土地利用方式、降雨强度（气候）对土壤冲刷量的影响最显著,是造成水蚀的主导因素. 粗糙度是地表面的微小起伏，由土地利用方式所决定。 目录粗糙度的概念及测量方法概念测量方法地表粗糙度对径流的影响试验设计水流形态流速径流量、侵蚀量结论粗糙度的概念及测量方法引言各个领域的定义都不相同从水力侵蚀的

2、角度讲, 粗糙度主要是在水流运动方向上由于地形的起伏或地块的凸凹变化, 增加了坡面径流阻力, 进而降低了水流速度或增加了路径, 减小了径流前进方向上的流速梯度。从而对径流产生一系列影响.水蚀地表粗糙度定义:地表在比降梯度最大方向上凸凹不平的形态或起伏状况。测量方法链条法 用长一米的链条，沿径流方向贴地面放置，其顺坡长度随地面起伏增大而减小，计算出链条长度的减小值L1L2，即得粗糙度指标。 Cr = （ L1L2 ）/ L2杆尺法 杆尺法选用杆长分别为20cm、30cm、40cm、50cm , 顺径流方向置于地面, 用直尺量测地面最凹点到杆的垂直高差(H ) , 其平均值即为糙度R H链条法杆尺

3、法L2H两种方法的选择 选择标准：标准差： Cv = 1/ X * (Xi-X ) /n-1CX = (Xi-X) / (n-3) Cv结论：链条法所得的值均小于杆尺法所测得的值；且链条法的测量效率高，所以选定链条法做为量测方法。*测量方法中间是长30厘米的一排测针，反复测量后取平均值。为了使用方便，顶上放一个罗盘。地表粗糙度对径流的影响试验设计用两个长8.0m,宽1.5m深0.8m的钢槽，里面充填0.6m厚的黄土母质。 一个处理成光面 一个处理成不同耕作情况下地表形态观测：同一降雨情况下观测其流速、水流形态、径流量、侵蚀量的变化过程。流速观测用示踪色,流态观测分段人工观测,径流量及侵蚀量采用

4、自动采样。水流形态光面3.54 开始产流9.13产生细沟;23.15上游细沟明显,径流全部流入细沟粗糙面4.30 开始产流11.30 产生细沟,发展慢;阻挡被冲开后,细沟发展迅速.本次试验坡度10,降雨量60.2mm,平均雨强1.626mm/min,粗糙面糙度7.51水流形态光面先开始产流, 形成薄层水流, 水流紊动大;后产生细沟, 股流与薄层水流共生,逐渐发展为上半部坡面以薄层水流为主,下半部汇入细沟中形成股流,2315上游细沟发育明显,径流全部汇入细沟。对于粗糙区,1130开始产生细沟,发展较为缓慢,仍以薄层水流为主,局部凹地有积水,当阻挡被水流冲开后,细沟发展迅速。光面区持续产流50,粗

5、糙区为30。流速理想: V = 2gh实际(曼宁公式): V = 1/nh J n为粗糙率，随水深增大而减小，是个变值; 与粗糙度不同。h为径流深; j 为比降。 流速(粗糙度与粗糙率)流速根据观测结果,流速不是随粗糙度的增加而减小的.粗糙度对流速的影响很小.影响流速主要与粗糙度和土壤坚实度因素有关.影响关系并不是简单的反比例关系.径流量、侵蚀量粗糙度流速含沙率 径流量 百分比侵蚀量百分比00.16133.9125.41004251.0610013.96 0.15029.63.52.791103.602.43400.156 39.99104.41004174.9610012.8539.953.

6、313.17132.073.16径流量、侵蚀量降雨过程中的侵蚀包括降雨侵蚀和径流侵蚀。降雨量和雨强一定的条件下，径流量越大，侵蚀量也越大。（郑粉莉,1998,双水槽实验）在径流量基本相同而降雨强度不同时, 当雨强增加1 倍, 坡面侵蚀产沙量增大47% 51%。在降雨径流侵蚀过程中, 雨滴打击作用引起的侵蚀产沙量占降雨侵蚀产沙量27. 2% 45. 8% , 且雨滴打击作用对坡面侵蚀产沙量的贡献受降雨强度和侵蚀方式的影响。结论地表粗糙度测量方法以链条法最优。粗糙度影响到水流形态。粗糙度对流速、含沙率的影响不明显,但对径流量影响十分显著,进而影响到侵蚀量,两者影响幅度十分接近。粗糙度与粗糙率的概念

7、不同。要保持水土,应采用能增加地表粗糙度的耕作措施以有效拦蓄地表径流,增强下渗。粗糙度对流速、含沙率的影响不明显原因是坡长不够大面积坡面径流量、侵蚀量 （孔亚平等，2001，人工降雨实验）径流量与坡长呈线性关系, 侵蚀量与坡长基本呈指数关系。参考文献1吕悦来, 李广毅 地表粗糙度与土壤风蚀1土壤学进展, 1983, (2) , 38 41.2A li Saleh. 用链条法测定地表糙度, 水土保持科技情报, 1995, (1) , 1 16.3清华大学水力学教研组编 水力学(上), 北京: 人民教育出版社, 1980, 73 121.4朱显谟 黄土高原水蚀的主要类型及其有关因素, 水土保持学报, 1981, (4), 27.5成都科学技术大学水力学教研室编 水力学(上), 北京: 人民教育出版社, 1979, 114 117.6 郑子成，何淑勤，吴发启，胡建 地表糙度与水力糙率系数的关系，山地学报，22卷，2期，2004, 236 2