NPD對黃土坡面侵蝕過程的調控效應與調控機理研究

《NPD對黃土坡面侵蝕過程的調控效應與調控機理研究》是依託陝西師範大學，由劉俊娥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：NPD對黃土坡面侵蝕過程的調控效應與調控機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉俊娥
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

黃土高原的土壤侵蝕問題需要實施有效且科學的調控。各類高分子化合物運用於土壤侵蝕領域主要針對土壤性質和坡面產流、產沙的作用。NPD對土壤性質和坡面產流、產沙均具有顯著的調控作用，但缺乏將侵蝕動力調控與侵蝕阻力調控結合、綜合分析其對侵蝕過程的調控機理。本項目以探索土壤中施放NPD對黃土坡面侵蝕過程的調控機理為核心，對施放NPD坡面與裸土坡面進行人工模擬降雨對比試驗，分析施放NPD坡面和裸土坡面在侵蝕過程、侵蝕動力和侵蝕阻力等方面的差異，界定施放NPD後侵蝕動力與侵蝕阻力的調控效應及其對侵蝕過程調控的同步貢獻率，分別建立NPD對侵蝕動力和侵蝕阻力調控效應與土壤性質間的定量關係，探究NPD對侵蝕動力和侵蝕阻力的調控機理，實現NPD對黃土坡面侵蝕過程動力-阻力雙調控機理的研究揭示，拓展和深化高分子化合物調控侵蝕機理認識，為科學施用NPD調控坡面水土流失提供重要科學依據。

結題摘要

黃土高原的土壤侵蝕問題需要實施有效且科學的調控。高分子化合物NPD對土壤性質和坡面產流、產沙均具有顯著的調控作用，但缺乏將侵蝕動力調控與侵蝕阻力調控結合、綜合分析其對侵蝕過程的調控機理。本項目採用人工模擬降雨試驗方法，在雨強1.0、1.5、2.0 mm/min，坡度10°、15°、20°，施放劑量1、3、5 g/m2，撒施方式下，分析研究NPD對黃土坡面侵蝕過程的調控效應、動力的調控效應和機理、侵蝕過程的動力-阻力的調控機理。主要研究結論：不同降雨強度和不同坡度下，撒施NPD可以明顯減少地表侵蝕強度，在產流初始的侵蝕率變化幅度較大階段，裸土和撒施不同劑量NPD的坡面侵蝕率的大小整體表現為：裸土＞ 3 g/m＞1 g/m＞5 g/m，在降雨後期侵蝕率變化達到相對穩定階段，裸土和撒施不同劑量NPD的坡面侵蝕率的大小為：裸土＞ 3 g/m＞5 g/m＞1 g/m。NPD可顯著減少侵蝕強度和徑流強度，但減水減沙作用不同，減沙作用大於減水作用，劑量越大此作用表現越顯著。在動力方面，NPD可顯著降低徑流流速和水深，減少地表徑流能量，從而減小侵蝕營力。同時與坡面侵蝕特徵密切相關的參數為水流功率，而施放NPD坡面侵蝕模數隨水動力學參數的增大而增大，且增幅皆小於裸坡：3 g/m＞5 g/m＞1 g/m，表明撒施NPD減小水動力學參數的作用和減沙作用不同，減沙作用大於減小水動力學參數的作用。在阻力方面， NPD對＞0.25 mm土壤水穩性團聚體、各粒級土壤水穩性團聚體均有明顯的改善作用，且劑量越大，改善作用越明顯；裸土＞0.25 mm土壤水穩性團聚體的含量僅為9%，而施放NPD後的平均含量變化在60%左右。對土壤抗剪強度也有明顯的提高作用， 3個劑量之間的土壤抗剪強度接近。總體來看，NPD控制侵蝕的作用體現為減沙作用大於減水（水動力參數）的作用，動力變化和阻力變化在整體侵蝕變化上發揮的同步貢獻率分別為4%和84%，以調控侵蝕阻力為主要作用。黃土坡面細溝分離速率受細溝水流含沙量和含沙粒徑的共同影響，呈二元線性負相關關係，分離過程可以用水流功率來表征。