黄土沟坡重力侵蚀过程试验模拟研究

重力侵蚀过程的研究观测难、实验难、建模难、验证难。以黄土沟壑区为例，研究次降雨事件中沟坡重力侵蚀过程，探索其发生机理，对于该地区的防灾减灾和可持续发展，是具有重大现实意义的。研究拟采用自主设计的地貌仪对次降雨过程中陡坡地貌的变化进行动态、定量观测，再根据重力侵蚀发生前后坡体的体积差，计算出重力侵蚀的体积量，实现观测计算中重力侵蚀量与水力侵蚀量的分离。通过黄土沟坡概化模型的降雨模拟试验和放水模拟试验，研究不同高度、坡度、降雨强度/流量组合条件下黄土沟坡的重力侵蚀过程，观测历次重力侵蚀发生的时刻、持续的时间和滑落的体积等项目；再根据模型试验和现场调查结果，分析重力侵蚀发生的机理和概率。相关研究成果可用于与重力侵蚀相关的数学模型的运算和验证，为将来的现场试验积累经验，同时将为完善重力侵蚀方面的研究理论，以及为今后同种及其它相似类型地质体的研究和治理提供理论参考依据和思路方法。

重力侵蚀过程的研究观测难、实验难、建模难、验证难。以黄土沟壑区为例，研究黄土沟坡的重力侵蚀现象，探索其发生机理，对于该地区的防灾减灾和可持续发展，具有重大现实意义。通过14种不同坡度、坡高组合的初始地形，进行了共计120余场降雨模拟试验，研究次降雨事件中及降雨后沟坡重力侵蚀过程。取得结果如下：1）提出了沟坡重力侵蚀的定量观测观测方法，并通过试验证实这种方法是可靠的、可行的。这种方法解决了重力侵蚀随机发生、以及难以与水力侵蚀区分的难题，对单次重力侵蚀量的观测误差在10%以内。目前还没有从国内外文献上查阅到同类成果。 2）提出持久滑坡的概念，并对该类滑坡在沟坡次降雨重力侵蚀总量中占的比例、出现的频次进行了定量分析，为重力侵蚀量的精确计算提供了理论基础。对于7种地形共进行了约60场小雨强降雨后，共发生11次持久滑坡，其中9次在持久滑坡体上发生了崩、滑现象。持久滑坡的侵蚀量都很大，平均为22.61×103cm3/m，最大的达58.81×103cm3/m。计算次降雨重力侵蚀总量时只计入持久滑坡量而不需计入发生在滑坡体上的瞬时崩滑量。目前还没有从国内外文献上查阅到同类成果。3）定量分析了重力侵蚀量在黄土沟坡土壤流失中所占的比例，论证了重力侵蚀在黄土沟坡水土流失中的重要地位。在降雨过程中，重力侵蚀量占侵蚀总量的45.53%；但若记入雨后崩滑量，则当次降雨的重力侵蚀量是水力侵蚀量的5.57倍，即重力侵蚀占总侵蚀量的83.5%，目前还没有从内外文献上查阅到同类成果。4）提出了重力侵蚀破坏面观测方法并设计了专门的装置对侵蚀破坏面进行观测，从崩滑面的形式与及其对应重力侵蚀量的角度分析沟坡重力侵蚀发生的机理。5）定量分析了历次降雨过程中崩塌、滑坡、泥流侵蚀量，并分析了土壤含水量、坡度、地面的破碎程度（沟壑密度）等地貌因子与上述侵蚀量的影响关系。6）演示了降雨过程中沟坡的产流产沙过程，证实重力侵蚀对产沙过程有显著影响。7）初步分析了沟壑密度对重力侵蚀的影响，认为沟壑密度的增加对重力侵蚀没有促进作用。8）提出一种基于ArcGIS的相机畸变误差校正的方法，并进行了试验验证。