喀斯特坡耕地产流产沙特征及过程研究

针对喀斯特地区生态环境建设、水土流失等关键科学核心问题和国家治理工程对该区水利行业标准修订的需求，在系统调查分析喀斯特坡耕地微地貌类型及其孔（裂）隙现状的基础上，利用可调坡度、可调裂隙试验钢槽建立喀斯特坡耕地模拟径流小区，进行地表径流、孔裂隙流及侵蚀产沙过程的人工降雨试验研究，探索该区坡耕地地表径流和孔裂隙流及侵蚀产沙特点、过程及相互关系，揭示喀斯特坡耕地土壤侵蚀机理。同时，建立喀斯特坡耕地野外径流小区，利用地表径流及产沙过程校验可调坡度、可调裂隙模拟喀斯特坡耕地径流小区研究方法的可靠性，进行研究方法上的探索。为完善水土保持科学理论和该区石漠化治理思路，实现喀斯特高原生态环境的健康持续发展提供科学依据。

针对喀斯特坡耕地独特的地上、地下二元结构，在详细探索坡耕地微地貌和地下孔（裂）隙特征的基础上，选择二者的典型组合，运用可调坡度可调孔裂隙试验钢槽模拟喀斯特坡耕地，采用人工降雨的方式，研究了其地表及地下孔（裂）隙产流产沙特征及过程，并利用野外径流小区地表产流产沙校验模拟研究方法，结果表明：①雨强大于50mm/h时，坡面地表产流量和产沙量主要决定于雨强，雨强增大，地表径流总量增加，土壤侵蚀模数也增大；坡面地表径流率随时间的变化为先快速增加，50min后变化平缓并趋于稳定；径流率随雨强的增大而增加，随基岩裸露率的增加而降低；不同坡度、相同雨强下，累积径流量随时间的变化呈线性递增，累积产沙量与降雨历时之间符合一元二次多项式方程；②地表产沙形式以推移质为主，占总量的62%-74%；径流含沙量随坡度的增大而增大，不同坡度相同雨强条件下的输沙率曲线变化趋势都是先上升，后下降；③在同等雨强和坡度下，基岩裸露率为20%的地表径流和产沙总量均比基岩裸露率为40%的大，分别是基岩裸露率为40%的地表径流量和产沙量的1.09-1.20倍和1.34-1.40倍；在基岩裸露率、雨强及坡度一定的情况下，随着地下孔裂隙度的增大，地表径流量和产沙量均减小；④地表产沙量与产流量呈极显著正相关关系（P<0.01）；通过对坡面地表径流产沙量与其影响因子的灰色关联度分析，得出坡度对产沙量影响最大，其次是地表产流量，随后是地下孔裂隙度、雨强、基岩裸露率，这几个因子的关联度均达到0.5以上。⑤不同雨强下的地下径流系数最大的与地下孔裂隙度最大值对应；地下产流量随地下孔裂隙度的增大而增大；不同雨强、同一孔裂隙度下，雨强越大，地下径流率随时间的变化越小；径流率随时间的延长，表现出先快速增加，然后大约在降雨50min后趋于稳定；较小雨强（30和50mm/h）时，地下孔隙度对径流率的影响较小，但随着雨强的增大，地下孔裂隙度对径流率的影响逐渐明显，随着地下孔裂隙度的增大，地下孔裂隙流也增大；对数方程Y=a+blnX能较好的表示地下径流率与降雨历时两者的关系；⑥雨强与地下径流产沙量的关系，可用二次方程表示；随着基岩裸露率的增大，地下产流量和产沙量均增大。⑦人工模拟降雨试验可以用来研究喀斯特地区坡面水土流失机理，坡面产流规律与自然降雨条件下的基本相似，人工模拟降雨对降雨强度较大的自然降雨模拟较好。