工程堆积体坡面细沟侵蚀形态空间变化

牛耀彬,吴 旭,高照良,毕如田,吕春娟

(1.山西农业大学 资源环境学院,山西 太谷 030801;2.中国科学院 水利部 水土保持研究所,陕西 杨凌 712100;3.西北农林科技大学 水土保持研究所,陕西 杨凌 712100)

工程堆积体已成为生产建设项目水土流失的重要来源[1]。由于大面积工程开挖和重型机械碾压，导致堆积体土壤结构遭受破坏，加上植物根系缺乏，土壤抗冲性极差，极易产生水土流失[2-3]。特别是在短历时、高强度降雨条件下，细沟在坡面迅速形成，引发剧烈的土壤侵蚀[4-6]。工程堆积体坡面细沟侵蚀研究已成为生产建设项目土壤侵蚀研究的热点和趋势。因此，研究堆积体坡面细沟形态变化对于明确堆积体土壤侵蚀过程具有重要意义。

细沟侵蚀发生过程具有随机性，细沟侵蚀形态演化具有复杂性。主要表现为细沟形态通过分叉、分级、合并等影响着细沟内水流结构。细沟侵蚀过程中，集流槽出口产沙量、坡面流水力学特性、细沟侵蚀形态等相互作用组成了耦合系统。相关研究表明，细沟形态演变过程对产沙产生重要影响[7-8]，大多数研究集中关注细沟输沙过程，研究还涉及不同下垫面条件[9]、细沟流水动力学特性[10-11]、细沟形态特征等[12]。现有研究主要运用两类参数刻画细沟形态特征，传统参数如细沟长度、宽度、深度、密度等，分形几何为代表的非线性量化参数如分形维数、拓扑参数、地貌信息熵等参数等[13]。然而，现有研究大多集中在侵蚀结束后、或间歇性降雨条件下细沟形态特征的提取和量化[14-16]，而关于细沟形态动态变化过程，特别是细沟纵深发育过程及空间变化过程的研究较少。……