土壤侵蝕原理

1、土壤侵蝕原理實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書(shū)（水土保持與荒漠化防治專(zhuān)業(yè)適用）山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院水保與水利工程系2008年4月前 言土壤侵蝕原理是水土保持與荒漠化防治科學(xué)研究的基礎(chǔ)，在水土保持科學(xué)中具有十分重要的地位。土壤侵蝕原理是水土保持與荒漠化防治專(zhuān)業(yè)本科生一門(mén)必修的骨干性專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，主要使學(xué)生具備土壤侵蝕方面的基本知識(shí)，認(rèn)識(shí)土壤侵蝕的基本規(guī)律，并掌握水土資源管理及土壤侵蝕監(jiān)測(cè)、調(diào)查和評(píng)價(jià)的基本技能，同時(shí)為本科生后續(xù)課程學(xué)習(xí)，如流域管理學(xué)、荒漠化防治工程學(xué)、水土保持工程學(xué)、林業(yè)生態(tài)工程學(xué)等專(zhuān)業(yè)課程，以及今后獨(dú)立解決水土保持與荒漠化防治中的具體問(wèn)題，奠定堅(jiān)實(shí)的認(rèn)知基礎(chǔ)、理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。為

2、鞏固和深化土壤侵蝕原理課程所講內(nèi)容，不斷提高學(xué)生動(dòng)手能力，完成本課程實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)之一。目前本課程的實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)分為室內(nèi)和野外兩個(gè)部分。根據(jù)安排的實(shí)驗(yàn)課時(shí)、實(shí)驗(yàn)室條件和經(jīng)費(fèi)投入情況，可全部或選擇其中部分內(nèi)容進(jìn)行。編者2008.04 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院水保與水利工程系土壤侵蝕實(shí)驗(yàn)室、土力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、水土保持規(guī)劃實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)一 土壤自然含水量的測(cè)定1方法原理將采回一定量的新鮮土樣在105±2烘至恒重（約68h），求出土壤失水重量占烘干土重的百分?jǐn)?shù)。通常以100g干土中含水多少來(lái)表示。在進(jìn)行土壤理化分析時(shí)，需要先在105下烘干以測(cè)定風(fēng)干土樣的吸濕水含量，并以烘干

3、樣品重為相對(duì)統(tǒng)一的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，使得各項(xiàng)各次分析結(jié)果可互相比較。2測(cè)定步驟風(fēng)干土壤吸濕水的測(cè)定取編有號(hào)碼的水分皿或小鋁盒（需打開(kāi)盒蓋），烘干后冷卻，在電子天平上稱得其恒重（W1），平鋪入約5g風(fēng)干土樣，再準(zhǔn)確稱重（W2），放入烘箱中，在105110烘烤8h取出，加蓋后放在干燥器內(nèi)冷卻至室溫，立即稱重（W3），必要時(shí)重復(fù)烘烤3h。冷卻稱重，以驗(yàn)證是否恒重（兩次重量之差不大于3mg）。結(jié)果計(jì)算：（以烘干土壤為基礎(chǔ)的水分%）新鮮土壤水分測(cè)定取大的水分皿或大鋁盒，在田間鉆取代表性土樣，挖取土鉆中部土樣20g左右，迅速裝入已知重量（W1）的鋁盒，帶回實(shí)驗(yàn)室再稱重（W2）。同測(cè)定土壤吸濕水步驟相同。立即烘烤，

4、冷卻稱重（W3），依上式計(jì)算土壤水分%。實(shí)驗(yàn)二 土壤容重的測(cè)定1概念土壤容重是指土壤在未破壞自然結(jié)構(gòu)的情況下，單位容積的干土重，以g/cm3表示。土壤容重及孔隙度是土壤松緊狀況的反映，而它們和土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量、土壤緊實(shí)度、耕作措施等有關(guān)，并可作為判斷土壤肥力高低的一項(xiàng)重要指標(biāo)。測(cè)定土壤容重的方法很多，如環(huán)刀法、蠟封法（用于求不規(guī)則樣的體積）、水銀排開(kāi)法、射線法，常用的是前兩種方法?，F(xiàn)介紹常用的環(huán)刀法，此法操作簡(jiǎn)便，結(jié)果比較準(zhǔn)確，且能反映田間實(shí)際情況。方法是利用一定容積的環(huán)刀，切割未攪動(dòng)的自然狀態(tài)的土樣，使土樣充滿其中、稱量后計(jì)算單位體積的烘干土重量。2主要儀器環(huán)刀、環(huán)刀托、削土刀、鐵

5、鏟、天平（感量0.1g）、白瓷盤(pán)、濾紙。3 測(cè)定方法先在田間選擇挖掘土壤剖面位置，然后挖掘土壤剖面，觀察面向陽(yáng)，挖出的土放在土坑兩邊，挖的深度一般是1m或見(jiàn)到地下水為止。如測(cè)定耕作層土壤容重，則不必挖土壤剖面。用修土刀修平土壤剖面，并記錄剖面的形態(tài)特征，按剖面層次，分層采樣，每層重復(fù)三次。將環(huán)刀托放在已知重量的環(huán)刀上，環(huán)刀內(nèi)壁稍擦凡士林。將環(huán)刀刃口向下垂直壓入土中，直至環(huán)刀筒中充滿樣品為止。若土壤層堅(jiān)實(shí)，可用手鋤慢慢敲打，環(huán)刀壓入時(shí)要平穩(wěn)，用力一致。用修土刀切開(kāi)環(huán)刀周?chē)纳蠘?，取出已裝土的環(huán)刀，細(xì)心削去環(huán)刀兩端多余的土，并擦凈環(huán)刀外面的土。同時(shí)，在同層采樣處，用鋁盒采樣，測(cè)定自然含水量。把裝有

6、樣品的環(huán)刀兩端立即加蓋，以免水分蒸發(fā)。隨即稱重（精確到0.01g），并記錄。將裝有樣品的鋁盒烘干稱重（精確到0.01g），測(cè)定土壤含水量，或直接從環(huán)刀筒中取出樣品測(cè)定土壤含水量。4 結(jié)果計(jì)算環(huán)刀容積按下式計(jì)算V= r2h式中：V為環(huán)刀容積（cm3）；r為環(huán)刀內(nèi)半徑（cm）；h為環(huán)刀高度（cm）。按下式計(jì)算土壤容重式中：s為土壤容重（g/cm3）；g為環(huán)刀內(nèi)濕樣重（g）；V為環(huán)刀容積（cm3）；W為樣品含水量（%）。允許誤差此法允許平行絕時(shí)誤差0.03（g/cm3），取算術(shù)平均值。如不測(cè)定土壤自然含水量，則環(huán)刀內(nèi)的土壤全部無(wú)損地移入已知重量的大鋁盒中，烘干至恒重。按下式計(jì)算土壤容重。式中：s為土

7、壤容重（g/cm3）；Ws為烘干土重（g）；V為環(huán)刀容積（cm3）。實(shí)驗(yàn)三 不同粒徑沙粒休止角測(cè)定1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康木S持坡面物質(zhì)穩(wěn)定的力主要由四個(gè)方面組成，一是組成坡面物質(zhì)的休止角；二是坡面物質(zhì)間的摩擦阻力；三是坡面物質(zhì)之間的粘結(jié)力；四是穿插在土體中植物根系的固結(jié)作用力。本實(shí)驗(yàn)就是在排除（不考慮）后三種作用力的情況下，探討組成坡面物質(zhì)的休止角與坡面穩(wěn)定之間的相關(guān)關(guān)系。2 實(shí)驗(yàn)原理沙粒的休止角大小受三方面影響：一是隨其水分含量的變化而發(fā)生變化，水分含量升高時(shí)，其休止角變小，二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。二是沙粒的休止角受粒徑大小的影響，其它條件相同時(shí)，沙粒的休止角與其粒徑呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。三是沙粒的休止角受沙粒形

8、狀的影響，其磨圓度較好時(shí)，沙粒的休止角較小，反之則較大。即沙粒的休止角與其磨圓度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)組成坡面物質(zhì)的休止角大于或等于坡面坡度角時(shí)，無(wú)論坡面有多長(zhǎng)，坡面都是處于穩(wěn)定狀態(tài)而不會(huì)發(fā)生重力侵蝕。一般情況下不同泥沙石塊的休止角如表3.1和表3.2所示。表3.1 幾種巖石碎塊的休止角（度）巖屑堆的成分最小最大平均砂巖、頁(yè)巖（角礫、碎石、混有塊石的亞砂土）254235砂巖（塊石、碎石、角礫）264032砂巖（塊石、碎石）273933頁(yè)巖（角礫、碎石、亞砂土）364338石灰?guī)r（碎石、亞砂土）274534表3.2 幾種含水量不同泥砂的休止角（度）泥砂種類(lèi)干很濕水分飽和泥402515松軟沙質(zhì)粘土40

9、2720潔凈的細(xì)沙402722緊密的細(xì)沙453025緊密的中粒沙453327松散的細(xì)沙373022松散的中粒沙373325礫石土3733273 實(shí)驗(yàn)樣品制備將從野外采取的沙粒手工揀去石塊，用標(biāo)準(zhǔn)土壤篩篩選得到一定粒徑范圍的分級(jí)沙粒，粒徑組分別為1.002.00 mm、0.501.00 mm、0.250.50 mm、0.100.25 mm和0.0740.10 mm，篩分后每個(gè)粒徑組的泥沙重量至少為5.0 kg。將篩分后的沙粒用清水洗掉黏附在沙粒表面的粘土，以消除實(shí)驗(yàn)中粘土導(dǎo)致的粘結(jié)力。將洗凈的每種粒徑的沙粒分別放于干燥地表風(fēng)干、收于小桶內(nèi)備用。4 實(shí)驗(yàn)用具厚度為3.05.0mm、面積為50

10、15;50cm的平板玻璃1塊；分析化學(xué)用普通滴定試管架1個(gè)；玻璃漏斗1個(gè)；500ml量筒1個(gè)；1000ml燒杯1個(gè)；2.0m鋼卷尺1個(gè)；記錄及計(jì)算用具適量（記錄紙，鉛筆，計(jì)算器等）。5 實(shí)驗(yàn)步驟將平板玻璃水平放于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，滴定試管架安放于平板玻璃一側(cè)，將漏斗置于試管架并使玻璃漏斗的下端與平板玻璃的垂直距離保持在2.0cm左右（如圖1所示）。從安置好的漏斗上部，將備好的風(fēng)干沙粒（一個(gè)粒徑范圍內(nèi)的）徐徐放下，同時(shí)進(jìn)行觀察。就會(huì)發(fā)現(xiàn)平板玻璃上的沙堆角度不斷發(fā)生變化，即沙堆的半徑和其高度的變化不是成比例的。在從漏斗上部不斷補(bǔ)充沙粒的時(shí)候，應(yīng)隨時(shí)將安置漏斗的試管架橫梁逐漸上移，以保持漏斗下部與沙堆頂部距

11、離始終不小于1.0cm左右。邊逐漸上移試管架橫梁，邊繼續(xù)向漏斗內(nèi)加注沙粒，直至沙堆的半徑與其高度比值不再發(fā)生變化，即沙堆的坡度不再發(fā)生改變?yōu)橹?。此時(shí)觀測(cè)到的沙堆角度既為采用一定粒徑沙粒風(fēng)干時(shí)的休止角。平板玻璃玻璃漏斗可移動(dòng)試管架橫梁沙堆試管架圖3-1 沙粒休止角測(cè)定裝置示意圖觀測(cè)到風(fēng)干沙粒的休止角后，從漏斗上部徐徐滴入清水，就會(huì)發(fā)現(xiàn)原沙堆的高度逐漸降低，而其直徑在不斷增大，即沙堆的坡面角度在逐漸減小。再徐徐滴水并隨時(shí)記錄沙粒含水量與沙堆坡面角度的變化過(guò)程。繼續(xù)滴水直至有水流從沙堆底部滲出為止，即沙堆水分含量近于飽和狀態(tài)。此時(shí)沙堆的休止角既為水分飽和時(shí)的休止角。6 數(shù)據(jù)整理與分析列表計(jì)算風(fēng)干沙粒

12、數(shù)量與沙堆坡面角度的變化過(guò)程，直至測(cè)定計(jì)算到風(fēng)干沙的休止角為止。列表計(jì)算沙堆水分含量與不同水分含量時(shí)的休止角變化過(guò)程，直至沙堆水分達(dá)飽和時(shí)為止。7 實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫(xiě)將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)到的現(xiàn)象進(jìn)行描寫(xiě)，并分析所有數(shù)據(jù)得到特定粒徑沙粒不同含水量時(shí)的休止角。實(shí)驗(yàn)四 人工模擬降雨侵蝕實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)本實(shí)驗(yàn)，了解人工模擬降雨機(jī)的工作原理，掌握降雨導(dǎo)致的土壤侵蝕作用、降雨侵蝕的發(fā)生過(guò)程、影響降雨侵蝕量的主要因素等。2 實(shí)驗(yàn)原理降雨導(dǎo)致的土壤侵蝕量大小，主要取決于降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度和降雨量等，同時(shí)還受到土壤種類(lèi)（不同土壤的可蝕性不同）、地面坡度、地表覆蓋物種類(lèi)及其覆蓋物數(shù)量等多種因素的影響。本實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工模擬

13、降雨系統(tǒng)，采用特定土壤（限于教學(xué)時(shí)數(shù)只能選擇一種土壤），通過(guò)改變有限的因素（降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、地面坡度）探討土壤侵蝕量（土壤流失量）的大小，進(jìn)而通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到以上因素與土壤侵蝕量的相關(guān)關(guān)系。3 人工模擬降雨機(jī)的主要性能產(chǎn)品廠家：北京林業(yè)大學(xué)；有效降雨面積：0.8m×0.8m；雨滴發(fā)生器至地面垂直高度：2.0m；降雨強(qiáng)度：10 mm/h 200 mm/h 連續(xù)可調(diào)；雨滴直徑：1.7 mm 3.0mm；降雨歷時(shí)：024 h 自動(dòng)控制；工作方式：手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種方式任選。4 實(shí)驗(yàn)物品準(zhǔn)備可變坡度土壤侵蝕槽1個(gè)（1.5m×1.5m）；供試土壤適量（1.0 m

14、3以上）裝入土壤侵蝕槽；1000 ml 量筒10個(gè)；1000 ml 塑料瓶30個(gè)；塑料漏斗30個(gè)；20 cm 定性濾紙2盒；烘箱1個(gè)；1/100天平2個(gè)；記錄及計(jì)算用品適量。5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)地面坡度設(shè)計(jì)地面坡度分為5°、10°、15°、20°、25°、30°和35°7個(gè)坡度級(jí)。降雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度分為30 mm/h、40 mm/h、50 mm/h、60 mm/h、70 mm/h、80 mm/h和90 mm/h 7個(gè)降雨級(jí)別。6 實(shí)驗(yàn)步驟將填充有土壤樣品的可變坡度土壤侵蝕槽安置于人工模擬降雨機(jī)的正下方，向人工模擬降雨機(jī)注水并調(diào)整模

15、擬降雨機(jī)的供水閥門(mén)至降雨強(qiáng)度為10 mm/h 左右。將人工模擬降雨機(jī)的工作方式置于手動(dòng)方式黨，開(kāi)啟電源使人工模擬降雨機(jī)產(chǎn)生降雨約2 h，以使土壤侵蝕槽內(nèi)的土壤樣品水分含量逐漸升高達(dá)到上下一致。調(diào)節(jié)土壤侵蝕槽的傾斜程度，使被實(shí)驗(yàn)的土壤表面坡度達(dá)到5°并保持這一坡度。調(diào)節(jié)模擬降雨機(jī)的供水閥門(mén)至降雨強(qiáng)度為30 mm/h。保持這一降雨強(qiáng)度約10 min左右以使土壤侵蝕槽內(nèi)土壤表面產(chǎn)生的地表徑流量均勻一致。用1000 ml 量筒從土壤侵蝕槽的集水口取含有泥沙的水樣8001000 ml 并記錄采取水樣體積和所經(jīng)歷的時(shí)間段填入表2.1。將放好濾紙的漏斗置于塑料瓶，將含有泥沙的水樣過(guò)濾備用。用同樣方

16、法連續(xù)再取水樣兩個(gè)，分別進(jìn)行記錄和過(guò)濾備用。再分別調(diào)節(jié)模擬降雨機(jī)的供水閥門(mén)至降雨強(qiáng)度為40 mm/h、50 mm/h、60 mm/h、70 mm/h、80 mm/h和90 mm/h，各保持這些降雨強(qiáng)度約10min左右以使土壤侵蝕槽內(nèi)土壤表面產(chǎn)生的地表徑流量均勻一致，重復(fù)6.5過(guò)程及內(nèi)容，將相關(guān)數(shù)據(jù)分別記錄于表2.22.7。按不同地面坡度將水樣編號(hào)用鉛筆分別寫(xiě)在過(guò)濾紙上，放入干燥箱內(nèi)（烘箱溫度應(yīng)80）烘57 h后，取出包有泥沙的過(guò)濾紙稱重?？鄢^(guò)濾紙重量后將泥沙重量分別記入表4.1表4.7的相關(guān)欄內(nèi)。表4-1 地面坡度為5°時(shí)人工模擬降雨土壤侵蝕記錄水樣編號(hào)坡度（度）雨強(qiáng)（mm/h）水

17、樣體積（ml）歷時(shí)（min）烘干重（g）產(chǎn)沙量（g/m2h）153025303530454055406540755085509550105601156012560135701457015570165801758018580195902059021590實(shí)驗(yàn)時(shí)間 年 月 日 記錄人：表4-2 地面坡度為15°時(shí)人工模擬降雨土壤侵蝕記錄水樣編號(hào)坡度（度）雨強(qiáng)（mm/h）水樣體積（ml）歷時(shí)（min）烘干重（g）產(chǎn)沙量（g/m2h）11530215303153041540515406154071550815509155010156011156012156013157014157015157

18、0161580171580181580191590201590211590實(shí)驗(yàn)時(shí)間 年 月 日 記錄人：表4-3 地面坡度為20°時(shí)人工模擬降雨土壤侵蝕記錄水樣編號(hào)坡度（度）雨強(qiáng)（mm/h）水樣體積（ml）歷時(shí)（min）烘干重（g）產(chǎn)沙量（g/m2h）120302203032030420405204062040720508205092050102060112060122060132070142070152070162080172080182080192090202090212090實(shí)驗(yàn)時(shí)間 年 月 日 記錄人：表4-4 地面坡度為25°時(shí)人工模擬降雨土壤侵蝕記錄水樣編號(hào)坡度

19、（度）雨強(qiáng)（mm/h）水樣體積（ml）歷時(shí)（min）烘干重（g）產(chǎn)沙量（g/m2h）125302253032530425405254062540725508255092550102560112560122560132570142570152570162580172580182580192590202590212590實(shí)驗(yàn)時(shí)間 年 月 日 記錄人：表4-5 地面坡度為30°時(shí)人工模擬降雨土壤侵蝕記錄水樣編號(hào)坡度（度）雨強(qiáng)（mm/h）水樣體積（ml）歷時(shí)（min）烘干重（g）產(chǎn)沙量（g/m2h）13030230303303043040530406304073050830509305010

20、3060113060123060133070143070153070163080173080183080193090203090213090實(shí)驗(yàn)時(shí)間 年 月 日 記錄人：表4-6 地面坡度為35°時(shí)人工模擬降雨土壤侵蝕記錄水樣編號(hào)坡度（度）雨強(qiáng)（mm/h）水樣體積（ml）歷時(shí)（min）烘干重（g）產(chǎn)沙量（g/m2h）135302353033530435405354063540735508355093550103560113560123560133570143570153570163580173580183580193590203590213590實(shí)驗(yàn)時(shí)間 年 月 日 記錄人：7 數(shù)據(jù)

21、整理與分析將表2.1表2.7的地面坡度、降雨強(qiáng)度和產(chǎn)沙量欄內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理（將相同地面坡度和同一降雨強(qiáng)度下的3個(gè)產(chǎn)沙量數(shù)據(jù)初步對(duì)比分析，如果相對(duì)相差均5%時(shí)，取其3個(gè)產(chǎn)沙量數(shù)據(jù)的平均值作為該種條件下的產(chǎn)沙量值；如其中一個(gè)數(shù)據(jù)的相對(duì)相差均>5%時(shí)，則剔除該數(shù)據(jù)取另2個(gè)產(chǎn)沙量數(shù)據(jù)的平均值作為該種條件下的產(chǎn)沙量值。）后，輸入計(jì)算機(jī)以產(chǎn)沙量為因變量、以地面坡度和降雨強(qiáng)度為自變量進(jìn)行多元線性回歸分析，得方程如下式：式中：y 土壤侵蝕量（g/m2h）；x1 地面坡度（度）；x2 降雨強(qiáng)度（mm/h）；a，b分別為變量x1，x2的系數(shù)；c常數(shù)。8 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編寫(xiě)描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果和構(gòu)建的回

22、歸數(shù)學(xué)模型，討論降雨強(qiáng)度、地面坡度對(duì)土壤侵蝕量的影響。實(shí)驗(yàn)五 不同粒徑泥沙起動(dòng)流速1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庠谝欢ㄆ露认?，不同粒徑泥沙的起?dòng)流速，為探討水土流失規(guī)律、制定水土保持措施規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。2 實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備及沙粒粒徑組的粒徑值計(jì)算將從野外采取的沙粒手工揀去石塊，用標(biāo)準(zhǔn)土壤篩篩選得到一定粒徑范圍的分級(jí)沙粒，粒徑組分別為1.002.00 mm、0.501.00 mm、0.250.50 mm、0.100.25 mm和0.0740.10 mm計(jì)5個(gè)粒徑組，篩分后每個(gè)粒徑組的泥沙重量至少為5.0 kg。當(dāng)泥沙只有一個(gè)粒徑組時(shí),常采用沙粒的幾何平均值作為其平均粒徑值，沙粒幾何平均值的計(jì)算式如下:式中

23、: Di某一粒徑組的粒徑平均值；Du某一粒徑組的粒徑上限值；Db某一粒徑組的粒徑下限值。以上制備的每一粒徑組的幾何平均值如下表所示。表5-1 實(shí)驗(yàn)用沙粒的幾何粒徑值(mm)粒徑范圍0.10.50.51.01.02.02.05.05.010.0幾何粒徑0.2240.7071.4143.1627.0713 實(shí)驗(yàn)儀器及用品可變坡度泥沙起動(dòng)流速實(shí)驗(yàn)裝置一套，主體設(shè)備包括一個(gè)長(zhǎng)2.0m、寬0.2m沖蝕槽和一個(gè)設(shè)置在其上方的溢流式可調(diào)節(jié)流量恒水位供水水箱（圖5.1）。普通秒表一塊。紅、籃液體指示劑各400 ml。測(cè)坡儀一個(gè)。記錄本、鉛筆、橡皮、小刀、計(jì)算器等文具用品適量。3.6 Y250型畢托管4套。4

24、實(shí)驗(yàn)原理泥沙在水流沖擊下的起動(dòng)流速受到多種因素的影響，主要有泥沙的幾何形狀、泥沙粒徑大小、地面坡度、泥沙所處邊壁條件的粗糙狀況、水流流量大小和其流速的高低等。本實(shí)驗(yàn)為簡(jiǎn)化影響條件，選用特定形狀的沙粒（花崗巖風(fēng)化沙粒）和特定的邊壁糙率條件（糙率為0.0020），通過(guò)改變沙粒粒徑、地面坡度、水流流量和流速來(lái)探討不同粒徑沙粒在特定邊壁條件和不同地面坡度下的起動(dòng)流速。5 地面坡度設(shè)計(jì)和沙粒起動(dòng)的判別標(biāo)準(zhǔn)地面坡度設(shè)計(jì)地面坡度設(shè)計(jì)為5°、10°、15°、20°、25°和30°6種。沙粒起動(dòng)判別標(biāo)準(zhǔn)泥沙在水流沖擊下，不可能同時(shí)起動(dòng)或同時(shí)不動(dòng)。因此沙

25、粒的起動(dòng)判別就必須遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)學(xué)者竇國(guó)仁對(duì)克雷默(H. Kramer)提出的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了定量分析，他以近底流速u(mài)0作為標(biāo)志泥沙起動(dòng)的水力指標(biāo)，據(jù)此他提出了相當(dāng)于克雷默的三種推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的起動(dòng)概率Pc, 它們分別為:個(gè)別起動(dòng) Pc10.00135少量起動(dòng) Pc20.0227大量起動(dòng) Pc30.159本研究取Pc3=0.159作為判別泥沙起動(dòng)的統(tǒng)一定量標(biāo)準(zhǔn)。集流桶集流管閥門(mén)供水管溢流管上水管水箱實(shí)驗(yàn)槽圖5.1 泥沙起動(dòng)流速實(shí)驗(yàn)裝置示意圖6 實(shí)驗(yàn)步驟將沖蝕槽的坡度調(diào)節(jié)到5°，分別將備好的5個(gè)粒徑組的沙粒投放于實(shí)驗(yàn)槽內(nèi)100300顆沙粒。在定床條件下逐漸加大流量Q以使流速V

26、增大，當(dāng)有15%以上沙粒開(kāi)始在底床運(yùn)動(dòng)時(shí)，即為在該特定條件下的沙粒起動(dòng)流速Uc。不同槽面坡度下非粘性花崗巖沙粒起動(dòng)流速如表3.1所示。表5-2 5°槽面底坡時(shí)沙粒起動(dòng)流速Uc(m/s)粒徑(mm)0.10.50.51.01.02.02.05.05.010.0實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678910平均注：起動(dòng)流速Uc測(cè)定分成兩個(gè)完全獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)組，每一組對(duì)每一測(cè)定的Uc值進(jìn)行510次實(shí)驗(yàn)測(cè)定，剔除不正常值后根據(jù)各次觀測(cè)到的泥沙起動(dòng)流速值Uci計(jì)算得Uc值。將沖蝕槽的坡度分別調(diào)至10°、15°、20°、25°和30°，依次放入備好的5種粒徑的沙粒，

27、通過(guò)調(diào)節(jié)供水水箱的閥門(mén)以改變所需的流量和流速，重復(fù)6.1中所述內(nèi)容，將觀測(cè)數(shù)據(jù)分別記錄于表3.2、表3.3、表3.4、表3.5和表3.6。表5-3 10°槽面底坡時(shí)沙粒起動(dòng)流速Uc (m/s)粒徑(mm)0.10.50.51.01.02.02.05.05.010.0實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678910平均表5-4 15°槽面底坡時(shí)沙粒起動(dòng)流速Uc(m/s)粒徑(mm)0.10.50.51.01.02.02.05.05.010.0實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678910平均表5-5 20°槽面底坡時(shí)沙粒起動(dòng)流速Uc(m/s)粒徑(mm)0.10.50.51.01.02.02.05.

28、05.010.0實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678910平均表5-6 25°槽面底坡時(shí)沙粒起動(dòng)流速Uc(m/s)粒徑(mm)0.10.50.51.01.02.02.05.05.010.0實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678910平均表5-7 30°槽面底坡時(shí)沙粒起動(dòng)流速Uc(m/s)粒徑(mm)0.10.50.51.01.02.02.05.05.010.0實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678910平均注：起動(dòng)流速Uc測(cè)定分成兩個(gè)完全獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)組，每一組對(duì)每一測(cè)定的Uc值進(jìn)行510次實(shí)驗(yàn)測(cè)定，剔除不正常值后根據(jù)各次觀測(cè)到的泥沙起動(dòng)流速值Uci計(jì)算得Uc值。7 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理將表3.1表3.6的槽面坡度和水流流速

29、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理（將相同槽面坡度和同一沙粒粒徑下的10個(gè)地表徑流流速數(shù)據(jù)初步對(duì)比分析，如果相對(duì)相差均5%時(shí)，取其10個(gè)徑流流速的平均值作為該條件下的起動(dòng)流速值；如其中一個(gè)數(shù)據(jù)的相對(duì)相差均5%時(shí)，則剔除該數(shù)據(jù)取另9個(gè)起動(dòng)流速數(shù)據(jù)的平均值作為該種條件下的起動(dòng)流速值。）后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。如果以沙粒起動(dòng)流速為因變量、以不同槽面坡度下的沙粒的幾何粒徑值為自變量進(jìn)行回歸分析，可得不同槽面坡度時(shí)的方程如下式：式中：Uc 沙粒的起動(dòng)流速（m/s）；A 方程系數(shù)；Di 某一粒徑組沙粒的幾何粒徑（mm）；B 方程的指數(shù)。如果以沙粒起動(dòng)流速為因變量、以槽面坡度、沙粒的幾何粒徑值為自變量進(jìn)行回歸分析，可得方程如下式：

30、式中：C常數(shù)；槽面坡度（度）；A，B分別為和Di的指數(shù)。其它符號(hào)意義同前。8 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編寫(xiě)描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果和構(gòu)建的回歸數(shù)學(xué)模型，討論槽面坡度、沙粒粒徑與其起動(dòng)流速之間的關(guān)系。野外實(shí)習(xí)部分實(shí)習(xí)一 土壤剖面的野外觀察1實(shí)習(xí)目的土壤的外部形態(tài)是土壤內(nèi)在性質(zhì)的反映，我們可以通過(guò)土壤的外部形態(tài)來(lái)了解土壤的內(nèi)在性質(zhì)，初步確定土壤類(lèi)型，判斷土壤肥力的流失情況，為土壤的利用改良提供初步意見(jiàn)。本實(shí)習(xí)在土壤基本形態(tài)觀察的基礎(chǔ)上，要求學(xué)會(huì)掌握土壤剖面形態(tài)的觀察描述技術(shù)。2實(shí)習(xí)器材鐵鏟、土鉆、皮尺、手羅盤(pán)、剖面刀、鉛筆、塑料袋、標(biāo)簽、土壤速測(cè)箱、紙盒、文件夾。3實(shí)習(xí)內(nèi)容選擇土壤剖面點(diǎn)選擇原則：要有比較

31、穩(wěn)定的土壤發(fā)育條件，即具備有利于該土壤主要特征發(fā)育的環(huán)境，通常要求小地形平坦和穩(wěn)定，在一定范圍內(nèi)土壤剖面具有代表性。不宜在路旁、住宅四周、溝道附近等受人為擾動(dòng)較大，且沒(méi)有代表性的地方挖掘剖面。土壤剖面的挖掘土壤剖面一般是在野外選擇典型地段挖掘，剖面大小自然土壤要求長(zhǎng)2m、寬1m、深2m（或達(dá)到地下水層），土層薄的土壤要求挖到基巖，一般耕種土壤長(zhǎng)1.5m，寬0.8m，深1m。挖掘剖面時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：剖面的觀察面要垂直并向陽(yáng)，便于觀察。挖掘的表土和底土應(yīng)分別堆在土坑的兩側(cè)，不允許混亂，以便看完土壤以后分層填回，不致打亂土層影響肥力，特別是農(nóng)田更要注意。觀察面的上方不應(yīng)堆土或走動(dòng)，以免破壞表層結(jié)構(gòu)

32、，影響剖面的研究。在壟作田要使剖面垂直壟作方向，使剖面能同時(shí)看到壟背和壟溝部位表層的變化。春耕季節(jié)在稻田挖填土坑一定要把土坑下層土踏實(shí)，以免拖拉機(jī)下陷和折斷牛腳。土壤剖面發(fā)生學(xué)層次劃分土壤剖面由不同的發(fā)生學(xué)土層組成，稱土體構(gòu)型，土體構(gòu)型的排列入其厚度是鑒別土壤類(lèi)型的重要依據(jù)，劃分土層時(shí)首先用剖面刀挑出自然結(jié)構(gòu)面，然后根據(jù)土壤顏色、濕度、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、松緊度、新生體、侵入體、植物根系等形態(tài)特征劃分層次，并用鋼卷尺量出每個(gè)土層的厚度，分別連續(xù)記載各層的形態(tài)特征。一般土壤類(lèi)型根據(jù)發(fā)育程度，可分為A、B、C三個(gè)基本發(fā)生學(xué)層次，有時(shí)還可見(jiàn)母巖層（D），當(dāng)剖面挖好以后，首先根據(jù)形態(tài)特征，分出A、B、C層，然

33、后在各層中分別進(jìn)一步細(xì)分和描述。土層細(xì)分時(shí)，要根據(jù)土層的過(guò)渡情況確定和命名過(guò)渡層：根據(jù)土層過(guò)渡的明顯程度，可分為明顯過(guò)度和逐漸過(guò)度。過(guò)渡層的命名，A層B層的逐漸過(guò)程可根據(jù)主次劃分為AB或BA層。土層顏色不勻，呈舌狀過(guò)渡，看不出主次，可用AB表示。反映淀積物質(zhì)，如腐殖質(zhì)淀積Bh，粘粒淀積Bt，鐵質(zhì)淀積Bir等。土壤剖面描述按照土壤剖面記載表的要求進(jìn)行描述記載土壤剖面所在位置、地形部位、母質(zhì)、植被或作物栽培情況、土地利用情況、地下水深度、地形草圖可畫(huà)地貌素描圖，要注明方向，地形剖面圖要按比例尺畫(huà)，注明方向，輪作施肥情況可向當(dāng)?shù)卮迕窳私狻澐滞寥榔拭鎸哟?，記載厚度，按土層分別描述各種形態(tài)特征，土層線的形狀及過(guò)渡特征。進(jìn)行野外速測(cè)，測(cè)定pH值、高鐵、亞鐵反應(yīng)及石灰反應(yīng)，填入剖面記載表。最后根據(jù)土壤剖面形態(tài)特征及簡(jiǎn)單的野外速測(cè)，初步確定土壤類(lèi)型名稱，鑒定土壤肥力，提出利用改良意見(jiàn)。土壤剖面樣品的采集土壤剖面樣品一般有紙盒標(biāo)本，分析標(biāo)本及整段標(biāo)本3種。采集紙盒標(biāo)本，根據(jù)土壤剖面層次，由下而上逐層采集原狀土挑出結(jié)構(gòu)面，按