黄土坡面侵蚀沟沟岸扩张过程

摘要：坡面细沟、浅沟及切沟侵蚀是黄土高原土壤侵蚀的常见类型.为了研究坡度和流量对侵蚀沟沟岸扩张的影响,获得侵蚀沟道断面宽度随时间和空间的动态变化过程,从而预测侵蚀沟道最大宽度,设计了3个试验坡度:12°、20°、30°,3个试验流量:12、20、30L/min,进行了9个坡度流量组合的径流冲刷试验,结合高清摄像监测的方式,记录冲刷过程中沟道侵蚀量、沟道扩张过程.在Matlab中,利用图像自动边缘检测算法提取沟边沿并转换为矢量文件,得到从沟头到沟尾,间隔50mm、每min的沟道断面宽度数据,通过Matlab编程计算,得到了在断面最大沟宽位置处,沟宽随时间变化曲线,从而建立了沟宽随时间变化方程,得到最大沟道宽度及不同时刻的沟道宽度,该方程形式简单,容易求解;沟宽随时间变化曲线符合S型曲线的发展规律,对应着沟岸扩张发生-快速发育-稳定-崩塌-再稳定的周期性过程,沟岸扩张过程中,随着跌坎发育为侵蚀沟,断面侵蚀沟宽度随冲刷时间的变化存在激增点,当沟宽随时间推移趋于无穷时,宽度趋于定值;侵蚀沟沟道发展的最大宽度也可用流量Q和坡度S表示,建立了沟宽最大宽度预测方程(R~2=0.91,RMSE=0.0338);最后,结合断面侵蚀沟宽度的变化曲线,分析了侵蚀过程中坡面沟道侵蚀量与断面沟宽变化的关系,结果表明:流量和坡度是侵蚀过程的动力因素,沟道断面最大宽度与坡度及流量有关.