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黄土沟壑区土壤侵蚀及养分流失过程是一个复杂的理化过程,它受到较多因素的影响,对其研究涉及土壤学、水文学、水力学等多种学科,需要多学科间的相互渗透和深层次的综合。本文在陕西长武黄土沟壑区开展土壤侵蚀及溶质迁移方面的研究,试图揭示坡面物质迁移的内在机理,并为调控坡面物质迁移过程提供理论基础,因此对于黄土沟壑区生态环境治理有着重要的现实意义。文章采取理论分析与试验研究相结合的方法进行深入研究,得出如下主要结论: (1)坡度一定的情况下,上方供水量越大坡面径流量也越大,相同放水历时内的侵蚀泥沙量也越多,而且侵蚀泥沙量随放水时间的波动变化也越强烈。不同上方来水条件下径流溶质Br-的浓度随时间的变化呈现幂函数关系。通过分析坡面水流的水动力特征,结果表明坡面水流的平均流速与来水量之间呈较好的幂函数关系,雷诺数Re随着总供水强度的增加而增大。坡面水流的雷诺数均小于480,坡面水流的流态为层流;坡面水流费汝德数的变化范围是1.54~3.14,坡面水流均为急流。坡面水流的阻力系数f随着雷诺数Re的增大而增大,阻力系数f与雷诺数Re呈较好的幂函数关系。 (2)植被覆盖度从0％到60％,产流时间滞后,坡面流速减小,累积径流量减少16.1％、产沙量减少96.2％、溶质流失量减少22.3％,坡面糙率与植被覆盖度的关系可用线性函数拟合:n=0.0015V+0.036(R2=0.947)。秸秆覆盖从0到1500g/m2,产流时间滞后,累积径流量减少21％、产沙量减少91.0％、溶质流失量减少5.0％,糙率与秸秆盖量的关系可用线性函数拟合:n=0.0001S+0.36(R2=0.924)。碎石覆盖度越高减流减沙效果越好;相同的碎石覆盖度(5％)的坡面侵蚀中,碎石单元类型底面积小较底面积大的的减流减沙效果好。不同类型覆盖减小径流溶质Br-的效果也很显著,径流溶质Br-的平均浓度并未随覆盖度增大呈减小趋势,但总的流失量呈减少趋势。 (3)不同覆盖类型,平均剪切力、阻力系数、平均糙率均随随覆盖度增大而增大,坡面累计径流量,坡面平均流速、累计产沙量均随糙率系数n的增加而减小,累计径流量与糙率的拟合关系:L=277.8n-0.16(R2=0.921);累计产沙量与糙率的拟合关系:W=6.47n-2.0(R2=0.965)。 (4)不同碎石覆盖格局条件下,累积产流量大小为:坡底分布>坡顶分布>坡中分布;产沙情况:坡面平均产沙率依次为,坡顶27.5g/min、坡中23.8g/min、坡底13.8g/min。径流Br-的平均浓度依次为:坡中47.55mg/L,坡上45.57mg/L,坡下31.14mg/L。幂函数可以很好的拟合Br-浓度递减曲线。 (5)不同碎石分布格局下坡面流水动力学参数表现出较大差异。平均流速、雷诺数、弗劳德数及平均径流剪切力按坡中、坡顶、坡底的顺序依次增大;平均径流深和水力半径按坡顶、坡中、坡底的顺序依次增大;坡面平均糙率和阻力系数按坡中、坡顶、坡底的顺序依次减小。坡中格局的坡面平均糙率,比坡上格局的增加了6.5％,比坡底格局的平均糙率增加了9.0％。不同碎石格局下水力学参数在小区上(A)中(B)下(C)不同位置大小也出现差异:其中雷诺数基本保持不变;平均流速、弗洛得数的大小规律表现为,坡顶分布:AAVER>B>C,坡中分布:B>AVER>A>C,坡底分布:C>A>AVER>B。