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1、复杂下垫面水流流速测量与估算降雨或融水形成的坡面径流流速是影响坡面土壤侵蚀特性的重要参数, 直接影响土壤的剥蚀率和径流的泥沙输运能力 , 其准确测量对土壤侵蚀的研究和预报非常重要。本论文采用电解质示踪法、染色剂示踪法以及水流前锋示踪法, 测量了砾石层和沙层内、冻土与未冻土坡面等复杂下垫面水流流速, 对水流流速的影响因素进行分析, 取得如下结果。采用电解质示踪法测量沙层内水流流速, 构建了一种将电解质溶液注入沙层内的方法。距离电解质脉冲发生器20cm以后，沙层内电解质脉冲边界模型流速达到稳定 , 模型流速与染色剂示踪法测得的最大流速的比值为 0.26; 优势流速与最大流速比值为 0.48, 优势
2、流速与最大流速随坡度和流量的变化趋势基本一致, 验证了电解质示踪法测量沙层水流流速的可行性。设计构建了形成饱和土壤坡面的试验装置。不同坡度（5 、10。、 15。 、 20。） 和流量 （2 、 4、 8L/min） 下, 沙与土的混合比0%、 20%、 50%、 80%（沙与土的质量比为 0:10、 2:8、 5:5、 8:2） 条件下的电解质脉冲边界模型流速和优势流速。两种流速随坡度、流量和沙土混合比增大均呈增大趋势, 其中坡度的影响程度最大。沙土混合比为20%和 50%的模型流速小于不含沙土壤的模型流速, 沙土混合比为80%的模型流速大于后者。沙土混合比从20%到 80%,脉冲边界模型流
3、速随沙土混合比的增加总体上呈增大趋势。脉冲边界模型流速略小于优势流速, 其比值平均为 0.93 。不同坡度（5、10、15、20 ） 和流量 （1 、 2、 4、 8 L/min） 条件下 , 冻土和未冻土坡面的前沿 流速和优势流速随着坡度和流量的增加呈幂函数增大。冻土坡面前沿流速和优势流速分别比未冻土大43%和 40%。冻土和未冻土坡面优势流速与前沿流速的比值分别为 0.63 和 0.61 。土壤冻结后, 坡度和流量对流速的影响程度增大。 不同坡度 （4、8、12 ）和流量（12、24、48L/min）条件下坡面薄层水流的概念优势流速在一般为0.1510.571 m/s,随距离增大而增大，但
4、增幅逐渐减小；拟合优势流速一般为0.240.57 m/s, 流量对拟合优势流速的影响大于坡度; 平均优势流速随距离波动不大。3 种优势流速均随坡度和流量增大而增大。拟合优势流速接近平均流速, 平均优势流速约为二者的 1.3 倍。不同坡度 （4、8、12 ）和流量 （3、 6、 12 L/min） 条件下 , 砾石层内水流的概念、 分段、 平均优势流速随距离变化不大, 随坡度增大流速明显增大, 流量对流速的影响不明显。 3 种优势流速与电解质质心运动速度和脉冲边界模型流速近似相等 , 均可作为水流的平均流速。平均流速可由最大流速乘以系数0.8 得到。 研究结果对加强不同下垫面坡面水动力过程的认识、促进土壤侵蚀与泥沙输运研究, 以及水土保持措施的科学布局有一定的参考价值。
复杂下垫面水流流速测量与估算
