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基于三维激光扫描仪的坡面细沟侵蚀动态过程研究


2011年 4月 9( 2) : 32-37

中 国 水 土 保 持 科 学 Sc ience o f So il and W ater Conservation

Vo. 9 No 2 l . A pr 2011 .

基于三维激光扫描仪的坡面细沟侵蚀动态过程研究
霍云云 , 吴淑芳
1 1 2

,

, 冯浩 , 原立峰

2

3

( 1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院, 712100, 陕西杨凌; 2. 中国科学院 水利部 水土保持研究所, 712100, 陕西 杨凌; 3 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 210008, 南京 ) . 摘要 利 用三维激光扫描仪探索多场降雨情况下同一坡面细沟侵蚀的动态过程, 为解释细 沟侵蚀过程 提供一定 的

理论依据。采用室内人工模 拟降雨, 在坡度为 15 的土槽上进行恒降雨 强度的 7场降雨冲 刷实验, 利用 三维激光 扫 描仪对每场降雨冲 刷后的坡面形态进行了监测, 定 量分析 坡面细沟 侵蚀的 动态发 育过程。结 果表明: 前 2场降 雨 与后 5场降雨产流产沙过程和细沟侵 蚀发育过程有较大差异, 细沟从第 3 场降雨开始 明显发育。表 现为小跌 水 下切沟头 断续细沟 连续细沟 细沟沟网的发育过程。 通过三 维激光 扫描仪精 确监测 7场降 雨坡面 各点微 地 形变化, 发现细沟平均沟宽、 平均沟深、 沟长最大值、 细沟平均密度在前 2场降雨增 长幅度较 小, 至第 3场降雨后 开 始迅速增 大, 细沟侵蚀强度不断加强。侵蚀强度由第 1场降雨的 0 103 kg /m 2发展至第 7场降雨的 8 788 kg /m 2, 增 加了 84倍。 关键词 细沟; 侵蚀; 坡面形态; 发育过程; 三维激光扫描仪

Dyna ic process of slope rill erosion based on m three m ensional laser scanner -di
H uo Yunyun , W u Shufang , Feng H ao , Yuan L ifeng
1 1 2 , 2 3

( 1 W ater and A rch itecture Co llege, N orthw est A& F U n iversity, 712100 Y angling, Sh aanx; 2. Inst itute of S oil and W ater C onservat ion, . , i Ch in ese A cadem y of Sciences and M in istry of W ater R esou rces 712100 , Y angling, Shaanx; 3 N an jing In stitute of G eography and , i . L i no logy, C hina A cademy of Sciences 210008, N anj ing: C hina) m ,

Ab stract

In this paper the 3D laser scanner w ere used to probe the dynam ic process o f rill erosion ,

under the sam e slope by a m ult- ra in fa ll cond ition w hich m ay prov id e certa in theoret ic al basis for i , expla in ing th e rill erosion process T he art ific ia l rainfa ll si ulat io n in room w ere adopted Seven ra in fall . m . scouring experi en ts w ith the constant ra in fall in tensity w ere carried out on the so il bin w ith the slo pe o f m 15 and the 3D laser scanner w as used to m ake the rea- ti e m on ito ring o f th e slo pe pattern after each l m rain fal. The stud ies m ain ly focus on the dynam ic deve lo pm ent process o f slope rill erosion Results l . show ed tha t there w ere g reat differences in th e process o f runof, sed i ent and the developm ent of r ill f m erosion. Be t een the first t o rainfall events and the last five ones The rill deve lo ped obv io usly after the w w . th ird rainfall even. R ill erosion process w as presented as sm a ll hydraulic drop- in cised gu lly head t : in ter ittent rill - cont inuous rill - rill netw ork By m on itor ing the changes o f the slope po ints in m . m icrotopography using 3D laser scanner it w as found that the change range of landfor is re lativ e ly sm all , m in the average rill w id th the average r ill depth the m ax i u rill length the average rill density during , , m m , th e first tw o ra in fa ll events These para eters began to in crease rap id ly after the third ra in fall even. R ill . m t
收稿 日期: 2010-11 -02 修回日期: 2011-02-28 项目 名称: 教育部重点项目 黄土区基于 CA 模 型的坡面径流动态模拟与水沙效应研究 ( 109149); 国家自然科学基 金 黄 土 坡面细沟发育过程的三维 CA 数值模拟 ( 41001158); 中央高校基本 科研业务 费专项资金 资助; 教育部 高校博 士 点专项基金 基 于元胞自动机的坡面细沟侵蚀可视化过程模拟研究 ( 20100204120017) 第一 作者简介: 霍云云 ( 1985 ), 女, 硕士研究生。主要研究方向: 土壤侵蚀动态模拟方向。E-m ai:l hyun1015@ 163. com 责任作者简介: 吴淑芳 ( 1977 ), 女, 博士, 助理研究员。主要研究方向: 黄土坡面土壤侵蚀过程。E-m a i: w sfjs 163 co l @ . m

第 2期

霍云云等: 基于三维激光扫描仪的坡面细沟侵蚀动态过程研究
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erosion in tensity was constan tly streng th ened from 0 103 kg /m under the first ra in fall to 8 788 kg /m under the seventh ra in fall w ith an in crease o f 84 ti es m . Key w ord s ril;l erosion slo pe pattern deve lo p ent process; three m ensional laser scanner ; ; m -di 细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要方式之一。细 沟侵蚀是指坡面上形成细小沟道情况下, 径流对细 沟沟壁、 沟底、 沟头土壤的分散、 冲刷和搬运过程。 通过野外调查和实验研究表明: 细沟侵蚀不仅是坡 面泥沙的重要来源, 而且对坡面地形地貌的发育、 演 变存在重要的潜在 影响
[ 1]

义, 对研究细沟侵蚀过程也有着重要的意义。

1 材料与方法
1 1 实验材料与实验设计 本实验主要在黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国 家重点实验室模拟降雨大厅进行, 采用侧喷式自动 模拟降雨系统, 喷头高度 16 m, 雨滴降落终速超过 自然雨滴降落速度的 98 , 降雨均匀度大于 90 。 % % 实验每场降雨的降雨强度均为 90 mm /h 实验所用 , 土槽设计规格: 长 2 0 m、 1 0 m、 0 5 m、 宽 高 坡度 15 (图 1) , 土槽下端设集流装置, 用来收集径流泥 沙样品。供试土壤取陕北坡耕地表层 ( 0 ~ 20 c ) m 黄绵土作为实验用土, 土壤颗粒以细沙粒和粉粒为 主, 细砂粒和粉粒占总质量的 60 左右, 黏粒只占 % 3 12 左右, 土壤密度为 1 2 g / c 。分层装土, 土壤 % m 密度控制在 1 1~ 1 3 g / cm 之间, 初始土壤含水率 在 8 左右, 坡面初始处理为平整裸 坡。降雨径流 % 产生后每隔 2 m in取 1次样, 每次取样时间 30 s 并 , 用秒表记录时间, 用烘干法求得瞬时径流量、 径流含 沙量。用染色剂法测定细沟内水流表层最大流速。
3

。这种 影响尤其表现 在

非农业用地上, 降雨冲刷产生的细沟不能被人类活 动及时填埋, 细沟历经多次降雨径流冲刷而不断发 展, 最终导致明显的地表形态变化。细沟侵蚀也是 一个非常复杂的土壤侵蚀过程。研究细沟侵蚀过程 及其影响因素一直是土壤侵蚀研究的热点, 关于降 雨强度、 降雨量、 土壤性质、 坡度、 坡长、 坡形、 土壤前 期含水量等因素对土壤细沟侵蚀影响以及不同因素 组合情况下细沟侵蚀过程的研究已经取得了丰硕的 [ 2-5] 成果 。 多数学者认为: 细沟侵蚀的发生主要是由 于坡面本身所具有的起伏以及浅层洞穴的崩塌和降 雨过程中形成的小跌坎以及坡面径流下切造成的。 [ 1] 郑粉莉等 通过大量室内和野外模拟降雨实验, 将 细沟侵蚀过程详细分为 4个阶段: 溅蚀阶段、 细沟间 侵蚀阶段、 细沟侵蚀为主阶段和雨后径流侵蚀阶段。 蔡强国等 、 J. S in ger等 研究表明表土结皮的 M. 形成对细沟的形成和发展有很大影响。 尽管以往诸多学者对细沟侵蚀发育过程进行了 全方位的研究, 但人们还未充分理解和掌握细沟侵 蚀的形成和演化机制。目前, 受以往的研究条件和 手段的局限, 大多研究集中于细沟产生的临界条件、 影响细沟侵蚀的因素、 细沟形态及其细沟发育过程 的主观描述和产流产沙过程研究, 而且主要集中次 [ 8] 降雨条件下的细沟发育过程研究 。笔者认为: 研 究细沟发育的动态演化过程, 有必要研究细沟发育 所处不同阶段 ( 包括小跌水、 下切沟头、 断续细沟、 连续细沟、 细沟沟网等 ) 的冲刷过程, 这些阶段需要 从无细沟坡面到细沟产生进行多场降雨冲刷, 再结 合先进仪器设备对每一阶段土壤表面微地形变化过 程进行扫描监测, 这样对坡面细沟发育过程实现全 方位的研究, 弥补了以往研究的不足。为此, 笔者通 过室内人工模拟降雨实验, 利用三维激光扫描仪对土 壤地表的精度扫描, 研究同一坡面多场次降雨条件下 细沟发育过程以及相应的径流泥沙量和侵蚀量的变化 过程。这项研究对解释土壤侵蚀过程有一定的理论意
[ 6] [ 7]

图 1 试验 所用的可移动土槽 F ig. 1 M ovable so il b in used in the exper i ent m

降雨前用莱卡 HDS6100型三维激光扫描仪 ( 图 2)对地表进行初始扫描, 获取的 DEM 数据记作 A0 (本实验所有微地形扫描精度为 1 mm ) 。随后进行 第 1次人工模拟降雨, 降雨结束后静置至土槽表面 无积水, 再次扫描地表所得 DEM 数据记作 A1。A1 扫描结束后, 在 A1的基础上可 继续进行第 2次降 雨, 降雨后再次扫描地 表所得 DEM 数据 记作 A2 。

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中国 水土保持科学

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依此类推, 第 3次降雨、 4次降雨 第

, 直至土槽

降雨历时的变化, 结合表 1分析可知, 各场次降雨坡 面产流率变化有着相似的趋势: 随着降雨历时的推 延, 呈现先增后稳定的趋势。这种规律在第 1场与 第 2场降雨中表现尤为突出, 这是因为第 1场降雨 土壤前期含水量较低 ( 8% 左右 ) , 降雨初期水分入 渗快, 1 44m in后坡面产生径流, 产流率增幅较小, 降雨历时 15 m in 后, 产流才逐渐趋向稳 定, 产流率 在 2 5 L /m in 左右有小幅波动。第 2场降雨在第 1 场降雨的基础上进行, 坡面表层土壤含水量近于饱 和, 因此起流时间较第 1场降雨快, 为 0 88 m in 。产 流率变化趋势与第 1场降雨一致, 但平均产流率较 第 1场降雨的 2 34 L /m in高 0 27 L /m in 。第 1场降 雨结束未产生细沟, 第 2场降雨细沟内流速相对较 小, 为 21 67 cm / s。由于每场降雨均在前一场降雨 的基础上进行, 随后的 5场降雨, 土壤含水量处于饱 和状态, 加之地表结皮的产生, 后 5场降雨在降雨开 始后均很快产生径流, 即起流时间很短, 且产流率在 4~ 5 m in 迅速 达到 稳定, 每场 降雨 平均 产流 率在 2 76~ 3 14 L /m in范围内。后 5场降雨细沟内流速

产生细沟沟网, 每次降雨后均对地表进行扫描获得 DEM 数据, 并且分别记作 A3, A 4 。本研究根据 , 实际土壤细沟侵蚀情况, 共进行了 7次降雨, 降雨过 程、 降雨历时及降雨强度如图 3所示。每场降雨历 时不等, 降雨历时均以地表形态变化而定, 当地表形 态发生代表性特征变化 ( 如小跌水、 下切沟头、 断续 细沟、 连续细沟等 )则停止降雨对地表进行扫描。

图 2 莱卡 HD S6100型三维激光扫描仪 F ig. 2 3D laser scanner o f L e ica H DS6100

较第 2场降雨提升较大, 均超过 28 28 cm / s 径流侵 , 蚀加强。

图 3 实验流程简图 F ig. 3 F low d iagra o f exper i ent m m

1 2 数据处理 采用 Cyc lo ne 软件对扫描所得土 槽 DEM 数 据 进行去噪、 拼接等初始处理, 从而得到去除无效点后 同一坐标 系下的完整坡面 DEM; 之后借 助 ArcGIS 软件将降雨后扫描结果 A 1 A2 , , 据 A01, A02, , A7与初始扫描 结果 A0对比, 获取坡面各点的坐标高程差 DE 数 M , A07, 即 A01 = A0- A1 A 02 = A0- A2 , , , A 07 = A 0- A7 同时借助 A rcG IS 软件可以提 取 ; 细沟沟网, 导出各细沟沟长数据; 提取细沟平面 ( 以 沟深 1 cm 侵蚀深度作为确定侵蚀沟的标准 ) , 导 出每条细沟平面面积, 量取各细沟的多组沟宽值, 求 其平均值则为该细沟沟宽。利用如上输出数据计算 细沟侵蚀参数, 误差范围为 2mm。
图 4 7场降雨产流率随降雨历时变化过程曲 线 F ig. 4 P ro cess curve o f runo ff ra te w ith ra in fa ll duration under the seven ra infa ll events

2 2 同一坡面连续多场降雨产沙过程分析 在降雨过程中, 当表土入渗稳定或者饱和后, 在 坡面表土抗蚀力小于水流剪切力的地方, 首先出现 一个个小跌坎, 这些跌坎的不断侵蚀后退形成细沟, 细沟不断分叉、 连接形成细沟沟网
[ 9]

。在细沟形成

的过程中, 伴随着土壤的分散、 搬运、 输移, 此时坡面 径流对坡面的侵蚀远远超过雨滴对土壤的击溅、 分 [ 10] 散能力, 在坡面侵蚀中占主要地位 。 输沙率指单位时间内单位面积坡面汇集于土槽 下端 集 流装 置 中 径 流所 携 带 的 泥 沙量 ( g / ( m m in ) ) 。图 5反映的是 7场连续降雨输沙率随降雨 历时变化的过程。结合表 1 分析可知: 第 1场降雨 开始前 9 m in 坡面输沙率迅速增加至 107 52 g / ( m ,
2 2

2 结果与分析
2 1 同一坡面连续多场次降雨产流过程分析 图 4反映的是同一坡面 7场连续降雨产流率随

第 2期

霍云云等: 基于三维激光扫描仪的坡面细沟侵蚀动态过程研究 表1 7场降雨径流的主要特征参数

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Tab 1 M ain charac teristic param eters o f the seven ra infa l-runoff ev ents . l
降雨强度 场次 mm h- 1 1 2 3 4 5 6 7 90 90 90 90 90 90 90 m in 30 30 15 15 15 15 20 m in 1 44 0 88 0 50 0 17 0 63 0 25 0 37 21 67 28 28 28 50 34 79 32 27 32 40 cm s- 1 L 70 09 81 39 41 55 43 46 41 35 41 83 62 86 L m in- 1 2 34 2 71 2 77 2 90 2 76 2 79 3 14 kg 4 57 5 39 3 14 2 83 2 99 2 88 4 23 g m - 2 m in- 1 76 15 89 88 104 70 94 18 99 57 96 00 105 70 降雨历时 起流时间 细沟内流速 总径流量 平均产流率 总泥沙量 平均输沙率

m in ); 随后输沙率开始下降, 至 17 m in 时输沙率降 至 73 92 g / ( m m in ) , 随后趋于稳定并且略有平稳 增加 趋 势, 至 第 1 场 降 雨 结 束 坡 面 输 沙 率 达 到 2 99 70 g / ( m m in ) 。第 1场降雨输沙率出现先增后 降随后稳定增加规律的原因在于: 降雨前土壤含水 量较低, 水分入渗较快, 雨滴打击 溅起大量松散 土 粒; 当降雨强度大于土壤下渗能力时地表出现超渗 产流, 松散土壤颗粒被坡面薄层水流分散输移, 引起 输沙率的增加; 随着降雨历时的推移, 被径流冲刷带 走地表疏松土壤颗粒已越来越少, 输沙率相对降低; 随着降雨入 渗量增大, 表层土壤逐渐饱 和, 侵蚀 加 强, 输沙率又逐渐增大。第 2 场降雨坡面输沙率稳 步增加, 但增幅较小, 至 30 m in降雨结束输沙率 增 加至 120 30 g / ( m m in )。前 2 场降 雨侵 蚀量 较 少, 平均输沙率相对较小, 分别为 76 15和 89 88 g / ( m m in )。第 3场降雨开始 8 m in内, 由于坡面降 雨入渗减少, 径流量增大, 径流冲刷力相应增强, 输 沙率稳步增加至 87 22 g / ( m m in); 随后, 面状 水 流逐步汇聚成线状水流, 使水流侵蚀能力迅速增大, 在坡面某处或者多处形成下切沟头。 10 m in 时输沙 率激增至 141 95 g / ( m m in ) , 继而稳定增长, 至 15 2 m in 降雨结束输沙率达到 150 50 g / ( m m in), 标志 着细沟侵蚀的发生发展。第 4至第 7场降雨均呈现 相似趋势: 降雨开始后输沙率迅速增大, 随后稳步增 加并伴随着一定起伏。这是因为在这个阶段, 细沟 发育稳定, 伴随着沟底下切、 沟壁崩塌、 沟头溯源侵 蚀、 细沟沟网逐渐形成。 综观 7 场降雨, 细沟发育过程中产流产沙表现 为: 在第 1场降雨初期, 土壤前期含水量较低, 水分 入渗较快, 其打击溅蚀作用明显, 使地表出现了很多 从土体上分离出来的松散土粒。随着降雨历时的延 长, 表层土壤含水量逐渐达到饱和, 降雨的水量不能 继续转变为土壤水分和下渗, 产流率加大, 导致坡面 疏松、 分散的土壤颗粒被坡面薄层水流分散输移, 从
2 2 2 2 2

图 5 7场降雨输沙率随降雨历时变化过程曲 线 Fig 5 P rocess curve of sedi en t transport ra te w ith rain fall . m du ration unde r the seven ra infa ll events

而引起输沙率的迅速增加。随着降雨场次的增多, 细沟逐渐形成, 产流率趋于稳定, 而由于径流对细沟 的不断冲刷、 掏蚀, 致使输沙率稳步增加并伴随着一 定的起伏。 2 3 侵蚀沟形态发育过程 在降雨发生径流的坡面上, 由于坡面的凹凸不 平对径流的分配作用和土壤抗侵蚀力的空间差异, 坡面径流呈不均匀分布, 径流总是沿着阻力最小的 方向流动, 地表微地形起伏会伴随着整个侵蚀过程, 通过自身的消长, 影响径流的产生、 流向、 汇流以及 径流量的多少, 从而影响到侵蚀类型的演变和侵蚀 [ 11] 产沙量的大小 。随着降雨历时的推移, 坡面土壤 侵蚀过程伴随着 4 种侵蚀类型, 即雨滴溅蚀、 片蚀、 细沟侵蚀、 切沟侵蚀
[ 12-13]


[ 14]

表 2中, 细沟平面密度 是坡面所有细沟平 面面积之和与坡面总面积的比值。
n

Ai =
i= 1

A0
2 2

式中: A 0为坡面总 面积, m ; A i ( i 为自然数 ) 为坡面 每条细沟的平面面积, m 。 细沟平均深度 H ( m ) 深度的加权平均值。
[ 14]

是坡面所有细沟侵蚀

36 表 2 Tab 2 .
场次 1 2 3 4 5 6 7 细沟平面 密度 0 003 0 0 021 5 0 045 5 0 060 4 0 076 9 0 100 5 0 166 9
n

中国 水土保持科学 7场降 雨细沟侵蚀参数
侵蚀强度 E I / ( kg m - 2 ) 0 103 1 372 1 857 2 624 3 290 4 513 8 788 最长沟长 Lm ax /m 0 111 0 334 0 517 0 889 0 922 1 329 1 379 最大沟深 H m ax /m 0 043 0 048 0 049 0 064 0 070 0 070 0 071
3

2011年

Para ete rs of rill ero sion under the seven ra infa ll even ts m
最长沟平均 沟宽 D /m 0 025 0 032 0 041 0 046 0 050 0 061 0 098

平均沟深 H /m 0 029 0 032 0 034 0 036 0 036 0 037 0 044

h iA i H=
i= 1 n

式中: r s为坡面土壤密度, g / c ; Lm ax 为坡面所有细 m 沟中沟长最大值, m; H m ax 为坡面所有细沟中沟深最 大值, m; D 为坡面最长沟所对应的沟宽平均值, m。 图 6中 A01 ~ A 07呈现了同一坡面连续 7场降雨 细沟形态发育过程, 不同高程差用不同的颜色区加 以区分。经过 30m in的降雨后第 1场降雨结束, 由 图 6中 A01可以看出, 第 1场降雨坡面经过雨滴溅蚀 阶段后进入片蚀阶段, 并以片蚀为主, 降雨结束坡面 下方出水口附近出现几处小跌水, 且小跌水最深可

Ai
i= 1

式中 h i为坡面每条细沟的沟深, m。 细沟侵蚀强度 E I ( kg /m ) 积上所产生的细沟侵蚀量。
n n 2 [ 14]

是指坡面单位 面

rs EI =
i= 1

h iA i A0 =
i= 1

h iA i A0 = rs H

图 6 7场降雨 细沟形态发育过程 Fig 6 P rocess of rillm orpho log ica l developm ent under the sev en ra infa ll events .

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霍云云等: 基于三维激光扫描仪的坡面细沟侵蚀动态过程研究

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达 0 043 m ( 表 2)。这一方面是由于坡长较小坡面 上方汇水面积较小, 很难产生较大流量的股流, 只有 坡面下方才 具有这样的条件, 且侵蚀强 度小, 只 有 2 0 103 kg /m ; 另一方面也是由于这几处径流侵蚀力 较土壤抗蚀力大, 相对较大的冲刷作用使径流在这 些地方突然下陷形成小跌水。分析图 6中 A02可知, 第 2场降雨结束坡面陆续又出现几处小跌水, 但坡 面侵蚀仍以片蚀为主。坡面下方有小跌水的地方, 由于径流在该处垂直方向的侵蚀力相对较大, 径流 在该处很快下切侵蚀, 促使跌水演变形成下切沟头, 并有溯源向上侵蚀的趋势, 标志着细沟侵蚀正式开 始。至第 2 场 降 雨 结 束, 细 沟 沟 长 最 长 发 展 至 0 334 m。由图 6中 A 03可知, 下切沟头不断溯源向 上延伸, 形成了 断续的细 沟, 沟 长最长 可达 0 517 m, 沟宽亦有很大发展, 至降雨结束最长细沟平均沟 宽达到 0 041 m。侵蚀发展至 A 04时, 位于同一条流 路上的断续细沟的沟头溯源侵蚀, 断续细沟发展连 接成为连续细沟, 细沟沟长最大值激增至 0 889 m; 在水流的掏蚀作用下, 水流对细沟沟底切割加深, 至 降雨结束, 细沟最深处可达 0 064 m; 同时细沟沟壁 稳定性降低, 加之水流和降雨的浸润, 沟壁土层含水 量增大, 当土块失去平衡后, 整块崩塌下来, 从而使 细沟相应加宽, 至第 4场降雨结束, 最长沟平均沟宽 达到 0 046m。分析 A 05 ~ A07可知, 第 5场降雨至第 7场降雨是细沟发育稳定的阶段, 伴随着细沟侵蚀 过程中细沟沟头不断下切加深、 沟壁崩塌导致细沟 加宽、 沟头溯源侵蚀加长, 细沟呈现不断分叉和合并 的形式, 逐渐形成细沟沟网。这 3场降雨过程中, 细 沟加深程度较小, 主要向着长宽方向发展, 最长沟沟 长、 平均沟宽分别由第 5场降雨的 0 922和 0 050m 发展至第 7场降雨的 1 379和 0 098 m。由表 2 中 细沟 侵 蚀 强 度、 细沟 平 均 密 度 由 第 1 场 降 雨 的 2 0 103 kg /m 、 003 0 发展至第 7 场 降雨的 8 788 0 kg /m 、 166 9 侵蚀强度增加了 84倍, 这也从另一 0 , 方面说明了 7场降雨中细沟侵蚀是一个稳步发展并 不断加强的过程。
2

场降雨, 降雨前土壤呈饱和状态, 降雨开始后立即产 流, 且产流率迅速趋于稳定, 而输沙率则迅速增加后 趋于稳定并伴随着一定的起伏。 2) 通过对 7场连续降雨中坡面微地形变化过 程分析得出: 细沟侵蚀是个很复杂的侵蚀过程: 小跌 水 下切沟头 断续细沟 连续细沟, 在此过程中 细沟沟头不断下切加深、 沟壁崩塌导致细沟加宽、 沟 头溯源侵蚀加长, 细沟呈现不断分叉和合并的形式, 最后逐渐形成细沟沟网。平均沟宽、 平均沟深、 沟长 最大值、 细沟平均密度分 别从第 1 场降雨的 0 025 m、 029 m、 111 m、 003 0发展为第 7场降雨的 0 0 0 0 098m、 044 m、 379 m、 166 9 细沟侵蚀强度 0 1 0 , 不断加强, 由第 1场降雨的 0 103 kg /m 发展至第 7 场降雨的 8 788 kg /m 。这些足以说明细沟侵蚀存 在着稳步发展和不断加强的过程。 利用三维激光扫描仪可以很好地对坡面细沟侵 蚀过程进行动态监测; 通过它可以直观地监测坡面 各点的微地形变化, 与以往研究中使用之扫描仪相 比具有使用方便、 精度高、 监测范围大等优点, 是一 种用于监测降雨前后坡面微地形变化的新方法。同 时, 笔者认为三维激光扫描仪亦非常适合应用于野 外实际检测侵蚀发育过程, 并且可将扫描结果应用 于侵蚀模型的建立。 实验室赵军老师、 王长斌老师和师姐李玉梅、 师 弟郝志鹏在本文实验过程中提供了很大的帮助, 在 此表示衷心感谢!
2 2

4 参考文献
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3 结论与讨论
1) 同一坡面 7场连续降雨坡面产流产沙过程 表现为: 随着降雨历时的推延, 坡面产流产沙过程基 本呈现先增后稳定的趋势。各场次降雨因坡面微地 形的变化以及前期土壤含水量差异, 使得前 2 场降 雨起流时间较晚, 产流率逐渐增大, 而输沙率呈现先 迅速增大后减小随后增大至稳定的趋势; 随后的 5

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( 责任编辑: 宋如华 )

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( 责任编辑: 程

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