《降雨徑流條件下坡面水沙遷移臨界現象及機理研究》是依託清華大學，由田坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：降雨徑流條件下坡面水沙遷移臨界現象及機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：田坤
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
坡面水沙遷移過程十分複雜，受著降雨徑流、土壤特性、地形地貌、植被、地表水文條件和氣候等多因素的影響，而現有水沙遷移臨界條件的研究成果大多是針對細溝侵蝕這一特例現象，難以解釋複雜的水沙遷移臨界現象。臨界現象與漲落區很多影響因子及其相互作用有關，故本項目通過對坡面水沙遷移臨界現象的研究，分析坡面水沙遷移過程的臨界降雨-徑流因子、臨界土壤因子和臨界地形因子，研究不同臨界因子組合下水沙遷移過程發生的臨界現象及其機理，闡明降雨-徑流互動作用機制的變化過程、雨滴濺蝕與地表漫流剝蝕間和地表漫流剝蝕與細溝侵蝕間互動作用機理，揭示水沙遷移的多過程耦合動力學機制及其耦合特徵，用降雨徑流（雨強、徑流量）、土壤特性（土壤表面粗糙和土壤表面水分供給情況）和地形（坡度）這幾個重要的參數定量描述空間不同位置坡面水沙遷移過程。為深入認識水沙遷移臨界現象及坡面形態變化發展規律提供科學依據。
結題摘要
臨界現象與漲落區很多影響因子及其相互作用有關，故本文通過對坡面溶質遷移臨界現象的研究，採用室內模擬地表徑流和降雨、選擇溴為示蹤劑的試驗方法，研究土壤溶質遷移臨界現象，分析坡面溶質遷移過程的臨界降雨-徑流因子、臨界土壤因子和臨界地形因子，研究不同影響因素組合下溶質遷移過程發生的臨界現象及其機理，闡明降雨-徑流互動作用機制的變化過程、雨滴濺蝕和地表漫流剝蝕的水動力作用機制及其互動作用機理；揭示溶質遷移的多過程耦合動力學機制及其耦合特徵；用降雨徑流（雨強、徑流量）、土壤特性（土壤表面粗糙度和土壤表面水份供給情況）和地形（坡度）這幾個重要的參數定量描述空間不用位置坡面溶質遷移過程。深入認識坡面溶質遷移臨界現象及機理，為推動土壤溶質遷移預報的發展規律提供科學依據、為面源污染的準確預報提供數據支持。本課題主要研究結論如下：1、臨界降雨-徑流試驗結果表明，隨著地表徑流量的增加，在伯努利效應下，土壤溶質流失量增加；地表徑流量較低時，土壤侵蝕量較小，可以忽略，但是隨著流速的增加，引起的土壤侵蝕量也增加，攜帶土壤溶質流失加劇；隨著地表水位線的增加，土壤溶質流失、土壤侵蝕程度和土壤流失量都會加劇。降雨強度介於60～90 mm/h之間，地表徑流量在100 ml/s附近，單位流量引起的溴化物流失量出現臨界現象。同時，我們提出了一個簡單的二維模擬土壤溶質遷移過程的對流-擴散模型。2、臨界土壤因子研究結果表明：首先，研究地表粗糙度對土壤溶質遷移的影響中，通過對比研究兩種圖像處理軟體LPS 和Photo Modeler，得出不同尺度適用範圍，為以後地表粗糙度的研究提供了一種新的思路。同時，通過土壤溶質遷移過程研究發現，不同地表粗糙度導致溴化物流失量和土壤流失量也不同，凸地表＞複合型地表＞凹地表≈平面地表。複合型地表和凹形地表導致溴化物流失通量是平面坡形的3～4倍；在凸地表導致土壤溶質同平面地表導致土壤流失量接近。其次，研究土壤供水條件對土壤溶質遷移的影響中，在相同降雨條件下，因土壤水文條件不同，導致土壤溶質流失量也不同：土壤滲流條件＞土壤水分飽和條件＞自由排水條件下。3、臨界土壤因子研究結果表明：不同坡長和坡度對臨界土壤溶質遷移現象有著不同程度的影響：不同下墊麵條件下，臨界坡度大於15°、臨界坡長大於1 m。
