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坡面草本植物对土壤分离及侵蚀动力的影响研究 被引量:28
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作者 杨帆 程金花 +2 位作者 张洪江 周柱栋 戴矜君 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期129-137,共9页
植被是影响坡面水力侵蚀过程的重要因素,深入理解草本植物坡面不同降雨和径流特性对土壤分离的作用是研究土壤侵蚀动力学的基础。为此基于坡面土壤分离试验,通过定量测定2种草本植物草冠、根系对降雨和径流的影响,研究了不同侵蚀力作用... 植被是影响坡面水力侵蚀过程的重要因素,深入理解草本植物坡面不同降雨和径流特性对土壤分离的作用是研究土壤侵蚀动力学的基础。为此基于坡面土壤分离试验,通过定量测定2种草本植物草冠、根系对降雨和径流的影响,研究了不同侵蚀力作用下的土壤分离特征。结果表明,草本植物对坡面径流和泥沙具有重要的调控作用,相同覆盖度下狗尾草坡面的径流含沙量低于青蒿坡面(P〈0.05)。对比草本植物结构对坡面土壤分离的影响,植物根系对坡面的减沙贡献率均高于其冠层(P〈0.05),其中,青蒿草冠对于坡面降雨的阻滞作用高于狗尾草草冠(P〈0.05),而狗尾草根系的减沙效益高于青蒿根系(P〈0.05),这主要与草本植物叶面积指数(LAI)及根系形态分布有关,不同植物的根长密度与土壤分离率呈指数函数关系。坡面土壤分离过程受到侵蚀阻力的影响,在草本植物覆盖坡面,随着植物覆盖度的增加,颗粒阻力和波阻力均呈增大趋势。降雨侵蚀力和径流剪切力是坡面土壤分离的主要侵蚀动力,不同试验条件下草本植物对降雨和径流侵蚀力的降低值为189.21~698.92 J·mm/(m2·min)和6.27~20.38 kg/(m·s2),减弱系数分别为22.75%~84.04%和19.68%~63.97%。 展开更多
关键词 草本植物 土壤分离 侵蚀动力 降雨击溅 径流冲刷
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黄土坡面薄层水流侵蚀试验研究 被引量:40
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作者 吴普特 周佩华 《土壤侵蚀与水土保持学报》 CSCD 北大核心 1996年第1期40-45,共6页
采取人工模拟降雨试验方法,对黄土坡面薄层水流侵蚀进行了系统研究。结果表明,薄层水流仍属层流范畴,定义为搅动层流(agitatedlamiarflow),以区别于明渠水流中的层流;其流动型态为超临界流。薄层水流侵蚀搬运... 采取人工模拟降雨试验方法,对黄土坡面薄层水流侵蚀进行了系统研究。结果表明,薄层水流仍属层流范畴,定义为搅动层流(agitatedlamiarflow),以区别于明渠水流中的层流;其流动型态为超临界流。薄层水流侵蚀搬运方式以推移运动来完成,所产生的泥沙是接触质。雨滴击溅侵蚀是薄层水流侵蚀物质的主要来源,可占总侵蚀量的70%以上,最高可达95%。此外雨滴击溅还可降低薄层水流的水力摩阻系数,减少水流的摩擦阻力,从而增加薄层水流的冲刷力,据实验结果,该平均值可达66.14%。 展开更多
关键词 薄层水流 黄土坡面 搅动层流 雨滴击溅 水力摩阻系数 水蚀
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雨滴击溅在薄层水流侵蚀中的作用 被引量:26
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作者 吴普特 周佩华 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 1992年第4期19-26,47,共9页
试验采用人工模拟降雨方法,对薄层水流侵蚀的两个阶段——雨滴击溅及径流侵蚀进行了模拟试验研究。得出:在消除雨滴打击作用后,坡面侵蚀的主要营力为薄层水流的拖拽力(τ=rhsinα),且径流侵蚀量S_R与τ有下列关系式: S_R=921.497τ^(1.7... 试验采用人工模拟降雨方法,对薄层水流侵蚀的两个阶段——雨滴击溅及径流侵蚀进行了模拟试验研究。得出:在消除雨滴打击作用后,坡面侵蚀的主要营力为薄层水流的拖拽力(τ=rhsinα),且径流侵蚀量S_R与τ有下列关系式: S_R=921.497τ^(1.713) r=0.876 α=0.017 以上式为基础,即可从有雨滴打击作用下所产生的侵蚀量中推算出径流侵蚀量S_R与雨滴侵蚀量S_(Rd)。结果表明:S_(Rd)一般占总侵蚀量的70%以上,最高可达95%,说明薄层水流侵蚀所产生的泥沙绝大部分是由雨滴击溅所致。因此,笔者认为坡度较小地段的薄层水流侵蚀,应以消除或降低雨滴击溅作用为其主要防治措施。 展开更多
关键词 雨滴击溅 径流 侵蚀 薄层水流
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坡度对降雨溅蚀影响的研究 被引量:27
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作者 刘和平 符素华 +4 位作者 王秀颖 徐丽 方岚 刘宝元 路炳军 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期479-486,共8页
利用可以分别收集不同方向溅蚀土样的土槽装置,选取9个坡度(5°-45°),采用北京的普通褐土,借助人工模拟降雨手段研究了降雨溅蚀的发生过程及溅蚀量与坡度的关系。结果表明,随着坡度的不同,各方向的溅蚀过程呈现三种形式:(... 利用可以分别收集不同方向溅蚀土样的土槽装置,选取9个坡度(5°-45°),采用北京的普通褐土,借助人工模拟降雨手段研究了降雨溅蚀的发生过程及溅蚀量与坡度的关系。结果表明,随着坡度的不同,各方向的溅蚀过程呈现三种形式:(1)产流前溅蚀率较小,产流后迅速达到峰值,之后逐渐减小并逐渐达到稳定,峰值与稳定溅蚀率相差2倍以上;(2)产流前溅蚀率最大,产流后迅速减小并趋于稳定;(3)整个降雨过程中没有明显起伏。各个坡度下,次降雨溅蚀量均为上坡最小,下坡最大。上坡和侧坡溅蚀量与坡度成负相关,可分别用直线和指数函数拟合。下坡溅蚀量、溅蚀总分散量和溅蚀净搬运量均随着坡度的增大而先增大后减小,且为线性关系,临界坡度为35°。本研究将有助于深入理解降雨溅蚀侵蚀机理,并可为布设水土保持措施提供理论依据。 展开更多
关键词 坡度 雨滴溅蚀 溅蚀过程 溅蚀总分散 溅蚀净搬运
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基于模拟降雨的北京褐土坡地土壤团粒流失特征试验 被引量:11
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作者 杨帆 张洪江 +1 位作者 程金花 周柱栋 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期137-145,215,共10页
选取20°北京典型褐土坡面径流小区为试验对象,基于野外人工模拟降雨试验和有无雨滴打击作用对坡面侵蚀的影响,研究了坡面土壤团粒组成及其变化特征,揭示了坡面侵蚀过程中泥沙团粒的分离和输移规律。试验处理包括3种代表性降雨强度... 选取20°北京典型褐土坡面径流小区为试验对象,基于野外人工模拟降雨试验和有无雨滴打击作用对坡面侵蚀的影响,研究了坡面土壤团粒组成及其变化特征,揭示了坡面侵蚀过程中泥沙团粒的分离和输移规律。试验处理包括3种代表性降雨强度(35、65、100 mm/h)和3种植被盖度(0%、30%、80%)。结果表明,消除雨滴打击作用后,坡面侵蚀特征变化明显,坡面含沙量和土壤分离率分别减少25.91%~31.15%和35.10%~41.20%,坡面侵蚀泥沙团粒中值粒径均小于雨滴击溅坡面。通过侵蚀泥沙有效粒径分布和最终粒径分布的比值(E/U)分析泥沙团粒的粒径分选特征,发现产流初始阶段粗砂、细砂、细粉粒和粘粒多以团聚体形式存在,而粗粉砂以初级粒子形式存在;随着降雨历时延长,侵蚀泥沙各粒级的分离程度增加,泥沙颗粒逐步分解为初级粒子。坡面侵蚀泥沙分离规律表明,泥沙团粒结构变化与坡面水动力学特征密切相关,土壤团聚体分形维数(D)与时间(T)呈幂函数关系。坡面产流前雨滴击溅对土壤分离有重要作用,其对土壤分离贡献率为28.09%,而无雨滴打击坡面土壤团聚体分形维数增量是有雨滴打击增量的48.43%。在该区坡地泥沙颗粒输移过程中,稳定性较差的砂粒被分解为细小颗粒,粗粉砂多以初级粒子形式存在,对坡面侵蚀泥沙颗粒分离过程具有重要影响,而粘粒在侵蚀坡面则逐渐富集。 展开更多
关键词 侵蚀过程 粒径分选 雨滴击溅 泥沙团粒结构
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Hillslope soil erosion and runoff model for natural rainfall events 被引量:3
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作者 Zhanyu Zhang Guohua Zhang +1 位作者 Changqing Zuo Xiaoyu Pi 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第3期277-283,共7页
By using the momentum theorem and waterbalance principle, basic equations of slope runoff were derived, soil erosion by raindrop splash and runoff were discussed and a model was established for decribing hillslope soi... By using the momentum theorem and waterbalance principle, basic equations of slope runoff were derived, soil erosion by raindrop splash and runoff were discussed and a model was established for decribing hillslope soil erosion processes. The numerical solution of the model was obtained by adopting the Preissmann format and considering the common solution-determining conditions, from which not only the runoff and soil erosion but also their processes can be described. The model was validated by ten groups of observation data of Soil Conservation Ecological Science and Technology Demonstration Park of Jiangxi Province. Comparisons show that the maximum relative error between simulation and experimental data is about 10.98% for total runoff and 15 % for total erosion, 5.2% for runoffprocess and 6.1% for erosion process, indicating that the model is conceptually realistic and reliable and offers a feasible approach for further studies on the soil erosion process. 展开更多
关键词 Overland flow raindrop splash RUNOFF Erosion process Numerical simulation
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一种基于物理特性的雨滴飞溅模拟算法 被引量:2
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作者 丁维龙 陈淑娇 吴福理 《浙江工业大学学报》 CAS 2014年第5期586-590,共5页
对雨水飞溅现象的模拟一直是计算机图形学中具有挑战性的问题之一.基于粒子系统建立雨场模型,考虑空气阻力和水平风力对雨滴运动的影响,提出一种基于物理过程及硬件加速的雨滴飞溅算法来模拟在不同雨量下雨滴溅落地面的效果,同时对雨滴... 对雨水飞溅现象的模拟一直是计算机图形学中具有挑战性的问题之一.基于粒子系统建立雨场模型,考虑空气阻力和水平风力对雨滴运动的影响,提出一种基于物理过程及硬件加速的雨滴飞溅算法来模拟在不同雨量下雨滴溅落地面的效果,同时对雨滴在飞溅过程中的传播路径进行跟踪计算.该方法已经使用OpenGL在NVIDIA GeForce3图形硬件上实现.结果表明:该方法不仅能逼真模拟雨滴的运动行为,还可以形象地描述雨滴溅落的整个过程. 展开更多
关键词 雨滴飞溅 模拟算法 可视化 硬件加速
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黄土区裸露坡地径流养分流失模型的建立与验证 被引量:2
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作者 邵凡凡 吴军虎 李玉晨 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期900-910,共11页
在自然降雨条件下,黄土区坡耕地土壤表层中的养分会随地表径流流失,从而加剧了土壤质量和生产力的下降并造成严重的农业面源污染,使得准确预测黄土区养分随地表径流的流失过程尤为重要。现有的养分流失模型着重于估算长时段的养分流失总... 在自然降雨条件下,黄土区坡耕地土壤表层中的养分会随地表径流流失,从而加剧了土壤质量和生产力的下降并造成严重的农业面源污染,使得准确预测黄土区养分随地表径流的流失过程尤为重要。现有的养分流失模型着重于估算长时段的养分流失总量,且未考虑开始产流前入渗水对交换层养分的稀释作用。根据不同降雨时段的养分迁移特性,将整个降雨过程划分为三个阶段:(1)从降雨开始(t0)至交换层土壤完全饱和(t_(sa)),(2)从交换层土壤完全饱和(t_(sa))至开始产流(t_(p)),(3)从开始产流(t_(p))至降雨结束。在运动波模型近似解析解的基础上建立了综合雨滴击溅、扩散和入渗作用的养分流失近似解析模型;并进行了降雨试验,以率定模型参数和验证模型的可靠性。结果表明:径流及养分的模拟值可与实测值精确匹配(R2>0.8,纳什效率系数NSE>0.347)。养分流失模型中的雨滴诱导水分转移速率e_(r)取值在0.006~0.023 cm·min^(-1)之间,交换层深度d_(e)取值在0.68~1.32 cm之间;雨滴诱导水分转移速率e_(r)可显著影响硝态氮和铵态氮的峰值流失速率,e_(r)的增大使得养分流失过程中流失速率减小阶段的衰减速率更快;而交换层深度de可显著影响硝态氮和铵态氮损失率的总体变化范围,即随交换层深度的增大,养分的峰值流失速率和流失总量也随之增大。因此,应采取植被覆盖或深层施肥等措施,减弱雨滴动能、降低交换层养分含量以达到减少养分流失的目的。 展开更多
关键词 养分流失模型 交换层深度 雨滴击溅 径流冲刷 扩散 入渗
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单颗粒液滴飞溅对颗粒起动的影响
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作者 鹿泽洋 彭清娥 +1 位作者 赵瑜琪 张瑞雪 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期37-42,共6页
通过室内模拟降雨试验,探究单颗粒液滴飞溅对泥沙颗粒起动的影响。试验共设计4种地表坡度(0,15°,25°,35°)及4种粒径的均匀沙(0.098~0.104,0.104~0.5,0.5~0.78,1~1.4 mm),选取当量直径为4.5 mm的液滴进行模拟试验,同时利... 通过室内模拟降雨试验,探究单颗粒液滴飞溅对泥沙颗粒起动的影响。试验共设计4种地表坡度(0,15°,25°,35°)及4种粒径的均匀沙(0.098~0.104,0.104~0.5,0.5~0.78,1~1.4 mm),选取当量直径为4.5 mm的液滴进行模拟试验,同时利用高吸水树脂材料泡发后的水球作为对照组。结果表明,颗粒直径和坡度的变化对颗粒起动的影响较为显著,飞溅子液滴对液滴溅蚀具有重要意义。随着颗粒直径的增大,颗粒的起动逐渐由液滴冲击和子液滴飞溅裹挟共同作用转变为液滴冲击动能传递为主,飞溅携带为辅。当颗粒直径相同时,坡度的增大导致飞溅沙粒不再均衡,斜坡下方的颗粒飞溅量和位移随坡度的增大而增大。坡度越大,下方颗粒溅蚀深度与上方的差距也越大,导致上方颗粒失去支撑,整体失稳垮塌,发生微小滑坡。同种粒径时,树脂水球溅蚀坑的宽深比明显小于相同直径的液滴溅蚀坑,液滴溅蚀量远大于树脂水球直接撞击作用下起动的颗粒量,子液滴的拖曳对颗粒起动具有重要意义。 展开更多
关键词 雨滴飞溅 坡度 颗粒起动 子液滴
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地表坡度对雨滴溅蚀的影响 被引量:45
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作者 吴普特 周佩华 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 1991年第3期8-13,28,共7页
采用人工模拟降雨的试验方法,分别研究了地表坡度对向上坡,侧坡及下坡溅蚀量的影响。结果表明:向上坡、侧坡溅蚀量与地表坡度的关系大致为抛物线型,临界坡度在10°~15°与20°~25°之间,但当i=2.037mm/min时,向侧坡... 采用人工模拟降雨的试验方法,分别研究了地表坡度对向上坡,侧坡及下坡溅蚀量的影响。结果表明:向上坡、侧坡溅蚀量与地表坡度的关系大致为抛物线型,临界坡度在10°~15°与20°~25°之间,但当i=2.037mm/min时,向侧坡溅蚀量与地表坡度为幂函数关系,临界坡度消失。向下坡溅蚀量与地表坡度成线性递增关系,其递增速率随雨强的增加而增大。最后给出了雨滴溅蚀总量与EI及地表坡度S的复因子关系式。ST=5.985(EI)^(0.544)S^(0.471)式中:ST=——单位面积上的溅蚀总量(g);E——雨滴动能(J/m^2);I——降雨强度(mm/min);S——地表坡度(°) 展开更多
关键词 雨滴溅蚀 地表坡度 临界坡度
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雨滴击溅对薄层水流水力摩阻系数的影响 被引量:19
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作者 吴普特 周佩华 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 1994年第2期39-42,共4页
采用模拟降雨的试验方法,在分析计算有无雨滴击溅作用坡面薄层水流水力摩阻系数的基础上,进一步分析了雨滴击溅作用对薄层水流水力摩阻系数的影响。结果表明,雨滴击溅作用可减少薄层水流的水力摩阻系数,从而减少水流摩擦阻力,使水... 采用模拟降雨的试验方法,在分析计算有无雨滴击溅作用坡面薄层水流水力摩阻系数的基础上,进一步分析了雨滴击溅作用对薄层水流水力摩阻系数的影响。结果表明,雨滴击溅作用可减少薄层水流的水力摩阻系数,从而减少水流摩擦阻力,使水流侵蚀力相对增大;有雨滴击溅作用时其水力摩阻系数平均为无雨滴击溅时的66.14%。这说明雨滴的击溅除了本身的分散和破坏土壤结构等侵蚀作用外,还可降低水流的水力摩阻系数,从而增加径流的冲刷力。 展开更多
关键词 薄层水流 水力摩阻系数 雨滴
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地表压实对雨滴溅蚀量的影响 被引量:4
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作者 尹武君 王健 +2 位作者 孟秦倩 云峰 吴光艳 《节水灌溉》 北大核心 2010年第10期26-28,共3页
雨滴击溅是坡面水力侵蚀的主要动力之一,溅蚀量多少直接受制于地表土壤状况。通过雨滴击溅实验,分析了雨滴直径、土壤密实度等对土壤溅蚀量的影响。结果表明:土壤密实度与土壤溅蚀量呈负相关,雨滴直径与土壤溅蚀量呈正相关;溅蚀量随着... 雨滴击溅是坡面水力侵蚀的主要动力之一,溅蚀量多少直接受制于地表土壤状况。通过雨滴击溅实验,分析了雨滴直径、土壤密实度等对土壤溅蚀量的影响。结果表明:土壤密实度与土壤溅蚀量呈负相关,雨滴直径与土壤溅蚀量呈正相关;溅蚀量随着距溅蚀杯的距离的增大而减小,呈指数函数分布;溅蚀量受雨滴直径和土壤密实度的影响,其关系可用Ms=0.029d3.764.5ρ.128来描述。 展开更多
关键词 雨滴溅蚀 压实土 溅蚀量
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黑土区农田藻藓两类结皮发育对土壤团聚体稳定性和击溅侵蚀的影响 被引量:1
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作者 曹尤淞 张晨晖 +1 位作者 肖波 孙福海 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期892-902,共11页
为探明农田生物结皮发育对黑土团聚体稳定性和击溅侵蚀的影响及其水土保持功能,于作物生长季采集农田藻、藓生物结皮样品,比较了生物结皮与无结皮土壤的团聚体稳定性差异,测定了生物结皮对雨滴动能的削减作用及其单雨滴和模拟降雨溅蚀量... 为探明农田生物结皮发育对黑土团聚体稳定性和击溅侵蚀的影响及其水土保持功能,于作物生长季采集农田藻、藓生物结皮样品,比较了生物结皮与无结皮土壤的团聚体稳定性差异,测定了生物结皮对雨滴动能的削减作用及其单雨滴和模拟降雨溅蚀量,并分析了土壤团聚体稳定性和溅蚀特征与生物结皮基本性质的相关性。结果表明:藻、藓结皮中<0.25 mm团聚体的比例比无结皮分别减少了10.5%和21.8%,但5~10 mm团聚体的比例分别为无结皮的4.0和8.8倍;生物结皮的大团聚体含量、平均重量直径和几何平均直径比无结皮分别提高了31.5%、76.2%和33.5%。与无结皮相比,生物结皮使雨滴动能平均削减了0.48 J;藻、藓结皮的击穿雨滴动能分别为无结皮的2.9和26.2倍,高生物量藻结皮削减的雨滴动能为中、低生物量藻结皮的1.3和6.6倍。在单雨滴击溅和模拟降雨条件下,生物结皮使溅蚀量分别减少了47.5%和79.4%;生物结皮溅蚀颗粒中>0.25 mm大团聚体占比为37.9%,比无结皮减少了40.3%,并随结皮生物量的增加而减少。土壤团聚体稳定性、溅蚀量和生物结皮基本性质三者具有显著相关性,其中,团聚体平均重量直径与单雨滴和模拟降雨溅蚀量呈极显著负相关,表明生物结皮提高团聚体稳定性是其减少溅蚀的原因之一;生物结皮的生物量、厚度、含水率和有机质含量等也对团聚体稳定性和溅蚀特征有显著影响。综上,黑土区农田生物结皮能显著提高土壤团聚体稳定性并减少击溅侵蚀,对农田土壤侵蚀防治和黑土地保护与可持续利用具有重要意义。 展开更多
关键词 保护性耕作 单雨滴击溅 模拟降雨 水土流失 土壤侵蚀 黑土区
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雨滴溅蚀模型研究 被引量:3
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作者 李文杰 李丹勋 王兴奎 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2011年第5期689-699,共11页
利用实验数据对影响雨滴溅蚀的5个主要因子,即降雨、土壤特性、坡度、坡面流水深和植被覆被,进行了单因子分析.结果表明,坡度对雨滴溅蚀的影响先随坡降的增加而递增,当坡度超过约26°的临界值后开始减小;雨滴溅蚀随水深与雨滴直径比... 利用实验数据对影响雨滴溅蚀的5个主要因子,即降雨、土壤特性、坡度、坡面流水深和植被覆被,进行了单因子分析.结果表明,坡度对雨滴溅蚀的影响先随坡降的增加而递增,当坡度超过约26°的临界值后开始减小;雨滴溅蚀随水深与雨滴直径比值h/d的增加先增大,当h/d=1时达到最大值,之后开始减小;植被覆被屏蔽系数公式中的经验参数c值可以取为0.01.通过数据分析,提出了新的坡度因子、坡面流水深屏蔽系数计算公式,从而建立了一个新的雨滴溅蚀模型.与现有模型相比,新模型全面考虑了5个主要因子的影响,经过与实验数据的对比,模拟效果良好. 展开更多
关键词 雨滴溅蚀模型 坡度影响因子 坡面流水深屏蔽系数 植被覆盖屏蔽系数
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