陸紹娟，王占禮，3，譚貞學(xué)

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西 楊凌712100；2.黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌712100；3.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100；4.欽州市水土保持監(jiān)測(cè)分站，廣西 欽州535000）

土壤侵蝕是危及人類生存與發(fā)展的重要環(huán)境問題之一，在中國表現(xiàn)尤為突出［1］，其中，黃土高原更是土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)。黃土區(qū)土質(zhì)極其疏松，降水集中，每遇暴雨，往往發(fā)生嚴(yán)重細(xì)溝侵蝕，造成侵蝕強(qiáng)度急劇增加。研究表明，細(xì)溝侵蝕量占坡面侵蝕量的70%以上［2］。細(xì)溝侵蝕在坡地侵蝕中具有極其重要地位，是黃土區(qū)坡面嚴(yán)重土壤侵蝕的根源，凡是侵蝕量大的地方，細(xì)溝侵蝕必然都很活躍［3－5］。

細(xì)溝侵蝕過程的發(fā)生發(fā)展取決于坡面水流的水力學(xué)特性和坡面土壤條件。細(xì)溝水流流型，也即水流流動(dòng)型態(tài)，是細(xì)溝水流水力學(xué)重要特性之一。坡面細(xì)溝徑流流型對(duì)細(xì)溝侵蝕過程具有重要影響，一般來說，紊流的紊動(dòng)作用強(qiáng)，對(duì)床面土壤物質(zhì)的分離、搬運(yùn)能力較強(qiáng)，具有較大的侵蝕能力；層流則相反，其紊動(dòng)作用弱，對(duì)床面土壤物質(zhì)的分離、搬運(yùn)能力較弱，具有較小的侵蝕能力。因此，通過對(duì)坡面細(xì)溝水流雷諾數(shù)的分析研究，判定細(xì)溝徑流過程中的流型是層流還是紊流，對(duì)于理解和闡明坡面細(xì)溝侵蝕動(dòng)力學(xué)過程與機(jī)理具有重要作用。

近年來，對(duì)坡面流雷諾數(shù)研究已取得一些進(jìn)展。李占斌等［6］通過土槽沖刷試驗(yàn)研究了細(xì)溝水流Darcy—Weisbach阻力系數(shù)與雷諾數(shù)間的關(guān)系。張科利等［7］運(yùn)用原形模擬徑流沖刷實(shí)驗(yàn)取得了坡面侵蝕過程中水流雷諾數(shù)隨流量變化的臨界坡度。張科利［8］還通過徑流沖刷試驗(yàn)研究了細(xì)溝阻力系數(shù)大小與水流雷諾數(shù)的關(guān)系。肖培青等［9－10］通過雙土槽實(shí)驗(yàn)研究了上方來水和降雨強(qiáng)度對(duì)雷諾數(shù)的影響。丁文峰等［11］研究了坡面流雷諾數(shù)隨沖刷歷時(shí)和流量的變化及阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。

目前，多數(shù)學(xué)者對(duì)坡面流雷諾數(shù)的研究主要集中于阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系，并且大都是利用徑流沖刷槽試驗(yàn)進(jìn)行研究。本試驗(yàn)采用組合小區(qū)模擬降雨試驗(yàn)方法，研究黃土坡面細(xì)溝水流流型，以深入認(rèn)識(shí)黃土坡面細(xì)溝水流水力學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)黃土坡面細(xì)溝侵蝕動(dòng)力學(xué)過程與機(jī)理的進(jìn)一步闡明。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與供試土壤

試驗(yàn)裝置為自行設(shè)計(jì)加工的移動(dòng)式變坡鋼質(zhì)組合小區(qū)，由2個(gè)小區(qū)組成（1，2號(hào)），小區(qū)規(guī)格均為：80cm×50cm×35cm。1號(hào)小區(qū)用于為2號(hào)小區(qū)中的細(xì)溝小區(qū)提供頂部匯流匯沙，置于2號(hào)小區(qū)上部；2號(hào)小區(qū)緊接1號(hào)小區(qū)設(shè)置，裝土?xí)r由兩邊向中間均勻傾斜10°，中間為10cm寬度的細(xì)溝小區(qū)，也由鋼質(zhì)材料組成，與兩側(cè)的細(xì)溝間區(qū)分開，細(xì)溝小區(qū)在試驗(yàn)過程中始終保持滿寬出流，細(xì)溝寬度在實(shí)驗(yàn)過程始終不會(huì)發(fā)生變化，該細(xì)溝小區(qū)用于觀測(cè)具有細(xì)溝間區(qū)的細(xì)溝中的總水沙過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)黃土坡面一段細(xì)溝的水沙變化過程觀測(cè)與模擬。1和2號(hào)兩個(gè)小區(qū)之間用鋼質(zhì)封閉導(dǎo)流槽連接。為保證匯入流不造成沖刷，2號(hào)小區(qū)在加工時(shí)長度進(jìn)行了適當(dāng)延長，以使上端能有適當(dāng)寬度的非土面水流緩沖帶。試驗(yàn)用土取自位于黃土高原腹地的陜西省安塞縣（屬典型黃土高原丘陵溝壑區(qū)），土壤類型為黃綿土，試驗(yàn)前期土壤含水量為14%，容重為1.2g／cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與觀測(cè)計(jì)算

試驗(yàn)在中國科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人工模擬降雨大廳進(jìn)行。由于試驗(yàn)小區(qū)長度較短，為保證足夠的降雨產(chǎn)流匯流流量，降雨產(chǎn)流開始時(shí)在1號(hào)小區(qū)上端同時(shí)進(jìn)行0.12m3／h的定流量放水，其作用相當(dāng)于增加小區(qū)的坡長，使各場(chǎng)降雨試驗(yàn)的產(chǎn)流匯流流量統(tǒng)一提高同一等級(jí)（相當(dāng)于注入穩(wěn)定基流），而降雨產(chǎn)流匯流與定流量放水疊加形成的流量，其變化規(guī)律依然隨降雨強(qiáng)度及坡度的改變而變化。試驗(yàn)設(shè)計(jì)坡度分別為9°，12°，15°，18°和21°，雨強(qiáng)為2mm／min的試驗(yàn)5場(chǎng)；雨強(qiáng)分別為1.0，1.5，2.5，3.0mm／min，坡度為15°的試驗(yàn)4場(chǎng)，共進(jìn)行18場(chǎng)試驗(yàn)（重復(fù)1次）。各場(chǎng)降雨在開始產(chǎn)流后統(tǒng)一降雨歷時(shí)為18.25min。為消除裝土?xí)r表面留下的松土對(duì)水流的影響，試驗(yàn)在產(chǎn)流0.25min后開始第1次觀測(cè)，以后每隔3min觀測(cè)1次，直到降雨停止。各坡度雨強(qiáng)組合條件下不同徑流時(shí)刻細(xì)溝小區(qū)中的細(xì)溝水流流速用高錳酸鉀染色法測(cè)量，測(cè)流長度為整個(gè)細(xì)溝小區(qū)的長度，即80cm，進(jìn)一步通過加權(quán)平均計(jì)算，則可取得一場(chǎng)降雨徑流過程的細(xì)溝水流平均流速。渾水溫度用溫度計(jì)法觀測(cè)。通過在組合小區(qū)各出口進(jìn)行與流速觀測(cè)同步的計(jì)時(shí)計(jì)容取渾水樣及烘干稱重后計(jì)算獲得取樣含沙量，進(jìn)一步計(jì)算出各時(shí)刻相應(yīng)的細(xì)溝清水徑流流量，再結(jié)合細(xì)溝水流流速計(jì)算出細(xì)溝水深。在觀測(cè)得到細(xì)溝水流流速、水深及渾水溫度的基礎(chǔ)上，計(jì)算出不同徑流時(shí)刻細(xì)溝水流的雷諾數(shù)，計(jì)算公式為：

式中：Re——雷諾數(shù)（無量綱）；V——流速（m／s）；R——水力半徑（m）〔對(duì)本研究的矩形細(xì)溝斷面，R＝hb／2h＋b，其中，b為水寬（m），h為水深（m）〕；v——水 流 運(yùn) 動(dòng) 黏 滯 性 系 數(shù) （m2／s） 〔v ＝

1.3 水流流型判別

對(duì)于細(xì)溝水流流型的判定，本研究采用的判別指標(biāo)為：以Re＜500為層流區(qū)，500＜Re＜2 000為過渡區(qū)，Re＞2 000為紊流區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程的變化

2.1.1 不同降雨強(qiáng)度條件下雷諾數(shù)隨徑流過程的變化 將不同降雨強(qiáng)度條件下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程變化點(diǎn)繪成圖1。由圖1可知，不同降雨強(qiáng)度條件下，細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流歷時(shí)的增長而先不斷增大隨后轉(zhuǎn)為較平穩(wěn)的變化過程，產(chǎn)流后的9min內(nèi)，雷諾數(shù)逐漸增大，但增幅逐漸減小，9min以后處于較平穩(wěn)狀態(tài)。不同降雨強(qiáng)度下的細(xì)溝徑流過程中，雷諾數(shù)大多數(shù)在500以下，只有兩個(gè)最大雨強(qiáng)下的雷諾數(shù)在產(chǎn)流開始的9min以后稍微超過500，這些數(shù)據(jù)表明，不同降雨強(qiáng)度下的細(xì)溝徑流過程中，細(xì)溝水流流態(tài)基本一直處于層流狀態(tài)，只有兩個(gè)最大雨強(qiáng)下的細(xì)溝徑流流態(tài)在產(chǎn)流開始的9min以后稍微變?yōu)檫^渡流。

圖1 不同雨強(qiáng)下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程變化

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出，不同降雨強(qiáng)度條件下，細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程的變化總體可用冪函數(shù)方程描述，其經(jīng)驗(yàn)方程及檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同雨強(qiáng)條件下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程變化的經(jīng)驗(yàn)方程

雷諾數(shù)的變化主要由流速與水力半徑的變化決定。不同降雨強(qiáng)度下，由細(xì)溝小區(qū)頂部匯入流、兩側(cè)細(xì)溝間匯入流及細(xì)溝承雨經(jīng)入滲后產(chǎn)生的凈雨共同形成的細(xì)溝徑流，雖然其流速變化過程隨徑流歷時(shí)的增長而減小，但隨細(xì)溝侵蝕過程的進(jìn)行，細(xì)溝床面變得越來越粗糙崎嶇，床面實(shí)際坡度越來越向減小的趨勢(shì)微改變，細(xì)溝床面微地形這些變化導(dǎo)致細(xì)溝徑流的水深及相應(yīng)的水力半徑隨徑流歷時(shí)的增長而增大，在細(xì)溝水力半徑的增大與流速的減少導(dǎo)致水流慣性力變化對(duì)雷諾數(shù)影響的變化過程中，細(xì)溝水力半徑的變化在徑流過程的前期起了更大的影響作用，控制了雷諾數(shù)的變化過程，而在徑流過程的后期，細(xì)溝水力半徑與流速起了比較一致的增大與減小的作用，最終導(dǎo)致了細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流歷時(shí)的增長先不斷增大而隨后轉(zhuǎn)為較平穩(wěn)的變化過程。

2.1.2 不同坡度條件下雷諾數(shù)隨徑流過程的變化圖2為不同坡度條件下細(xì)溝徑流雷諾數(shù)隨徑流過程的變化。由圖2可知，不同坡度條件下，細(xì)溝徑流雷諾數(shù)隨徑流歷時(shí)的增長而逐步增大，但增加幅度逐步減小，產(chǎn)流開始15min以后變化趨于平穩(wěn)，各坡度條件下，雷諾數(shù)變化趨勢(shì)較一致。不同坡度下的細(xì)溝徑流過程中，雷諾數(shù)大多數(shù)都在500以下，只有兩個(gè)最大坡度下的雷諾數(shù)在產(chǎn)流開始的15min以后稍微超過500，這些數(shù)據(jù)表明，不同坡度下的細(xì)溝徑流過程中，細(xì)溝水流流態(tài)基本一直處于層流狀態(tài)，只有兩個(gè)最大雨強(qiáng)下的細(xì)溝徑流流態(tài)在產(chǎn)流開始的15min以后稍微變?yōu)檫^渡流。

圖2 不同坡度下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程的變化

表2為細(xì)溝徑流雷諾數(shù)隨徑流過程變化的相關(guān)方程及檢驗(yàn)結(jié)果。從表2可以看出，不同坡度條件下，細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程的變化可用冪函數(shù)方程描述，且各坡度條件下相關(guān)性皆很顯著。

表2 不同坡度條件下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程變化的經(jīng)驗(yàn)方程

比較圖2與圖1可知，不同坡度下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程的變化與不同雨強(qiáng)下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程的變化總體具有相似性，都隨徑流歷時(shí)的增長而先增大后轉(zhuǎn)為平穩(wěn)變化。其主要差異是，不同坡度下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流過程的遞增速率稍大于不同雨強(qiáng)下的遞增速率，不同坡度下細(xì)溝水流雷諾數(shù)平穩(wěn)變化過程歷時(shí)比不同雨強(qiáng)條件下的平穩(wěn)變化過程歷時(shí)長，各坡度下細(xì)溝水流雷諾數(shù)的差異小于各雨強(qiáng)下雷諾數(shù)的差異。

2.2 降雨強(qiáng)度對(duì)細(xì)溝水流雷諾數(shù)的影響

圖3是同坡度條件下，一次降雨徑流過程的細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨雨強(qiáng)的變化，式（2）是細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨雨強(qiáng)變化的經(jīng)驗(yàn)方程及檢驗(yàn)結(jié)果。圖3表明，同坡度條件下，細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨降雨強(qiáng)度的增大而增大。式（2）表明，細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨雨強(qiáng)的變化可用對(duì)數(shù)方程很好地描述。

式中：Re——細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)（無量綱）；I——降雨強(qiáng)度（mm／min）。

圖3顯示，同坡度不同雨強(qiáng)條件下，一次降雨徑流過程的細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)皆小于500，表明同坡度不同雨強(qiáng)條件下，平均而言，細(xì)溝水流流態(tài)處于層流狀態(tài)。

圖3 細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨雨強(qiáng)的變化

同坡度條件下，隨雨強(qiáng)增大，由細(xì)溝小區(qū)頂部匯入流、兩側(cè)細(xì)溝間匯入流及細(xì)溝承雨經(jīng)入滲后產(chǎn)生的凈雨共同形成的細(xì)溝徑流，其水深及其相應(yīng)的水力半徑，流速皆增大，所以水流慣性力增大，細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨雨強(qiáng)的增大而增大。

2.3 坡度對(duì)細(xì)溝水流雷諾數(shù)的影響

圖4是同雨強(qiáng)條件下，一次降雨徑流過程的細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨坡度的變化。由圖4可知，同雨強(qiáng)條件下，細(xì)溝徑流平均雷諾數(shù)隨坡度的增大而增大，經(jīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出，同雨強(qiáng)條件下，細(xì)溝徑流平均雷諾數(shù)隨坡度的變化可用對(duì)數(shù)方程很好地描述，相關(guān)方程及檢驗(yàn)結(jié)果如下：

式中：Re——細(xì)溝徑流平均雷諾數(shù)（無量綱）；S——坡度（°）。

由圖4可以看出，同雨強(qiáng)不同坡度條件下，一次降雨徑流過程的細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)也皆小于500，表明同雨強(qiáng)不同坡度條件下，平均而言，細(xì)溝水流流態(tài)也處于層流狀態(tài)。

圖4 細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨坡度變化

降雨強(qiáng)度相同條件下，隨著坡度增大，由細(xì)溝小區(qū)頂部匯入流、兩側(cè)細(xì)溝間匯入流及細(xì)溝承雨經(jīng)入滲后產(chǎn)生的凈雨共同形成的細(xì)溝徑流，其流速增大，水深及相應(yīng)的水力半徑減小。在流速增大變化與水力半徑減小變化導(dǎo)致水流慣性力變化對(duì)雷諾數(shù)的共同影響中，流速的增大作用起了相對(duì)大的作用，最終導(dǎo)致了細(xì)溝徑流平均雷諾數(shù)隨坡度的增大而增大。

2.4 降雨強(qiáng)度及坡度對(duì)細(xì)溝水流雷諾數(shù)的影響

對(duì)不同降雨強(qiáng)度及坡度條件下，一次降雨徑流過程的細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)變化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出，細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨降雨強(qiáng)度及坡度的變化可用二元冪函數(shù)方程描述，相關(guān)方程與檢驗(yàn)結(jié)果如下：

式中：Re——細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)（無量綱）；I——降雨強(qiáng)度（mm／min）；S——坡度（°）。

由式（4）可知，細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)與降雨強(qiáng)度及坡度之間的相關(guān)關(guān)系顯著。降雨強(qiáng)度對(duì)細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)的影響大于坡度的影響。

2.5 不同條件下基于雷諾數(shù)的細(xì)溝水流流型判別

對(duì)于水流流型的劃分一般由臨界雷諾數(shù)判別。當(dāng)水流雷諾數(shù)Re小于下臨界雷諾數(shù)Re′時(shí)，水流狀態(tài)為層流；當(dāng)雷諾數(shù)Re大于上臨界雷諾數(shù)Re″時(shí)，為穩(wěn)流；當(dāng)Re′＜Re＜Re″時(shí)，為過渡流。明渠流下臨界雷諾數(shù)Re′＝500，通常是一個(gè)穩(wěn)定值，而上臨界雷諾數(shù)則是一個(gè)不穩(wěn)定的數(shù)值，一般取Re″＝2 000。辨別徑流流型時(shí)以臨界雷諾數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)際雷諾數(shù)大于上臨界雷諾數(shù)時(shí)就是紊流，小于下臨界雷諾數(shù)時(shí)一定是層流。本研究采用以Re＜500為層流區(qū)，500＜Re＜2 000為過渡區(qū)，Re＞2 000為紊流區(qū)。

表3是根據(jù)試驗(yàn)中實(shí)測(cè)的細(xì)溝徑流水力要素值經(jīng)過計(jì)算得出的一次降雨徑流過程的細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)Re，表明在不同雨強(qiáng)及坡度條件下，細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)變化范圍為327～457，按照明渠水流流型的劃分標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)條件下，平均而言，坡面細(xì)溝水流皆屬于層流。

表3 不同降雨強(qiáng)度及坡度條件下細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)Re

而細(xì)溝徑流過程中水流流型的變化問題，以上研究表明，不同降雨強(qiáng)度下的細(xì)溝徑流過程中，細(xì)溝水流流型基本一直處于層流狀態(tài)，只有兩個(gè)最大雨強(qiáng)下的細(xì)溝徑流流型在產(chǎn)流開始的9min以后稍微變?yōu)檫^渡流；不同坡度下的細(xì)溝徑流過程中，細(xì)溝水流流型也基本一直處于層流狀態(tài)，只有兩個(gè)最大坡度下的細(xì)溝徑流流型在產(chǎn)流開始的15min以后稍微變?yōu)檫^渡流。

我們的研究取得細(xì)溝水流流型主要呈層流，可能的原因與我們的試驗(yàn)流量小有關(guān)。根據(jù)我們對(duì)黃土高原野外具有60m×15m尺度的大型農(nóng)地徑流小區(qū)10a的觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并按對(duì)黃土高原野外調(diào)查與統(tǒng)計(jì)取得的細(xì)溝密度與寬度資料進(jìn)行計(jì)算，取得細(xì)溝流量在0.05～74.09L／min，變化范圍很寬。我們的試驗(yàn)中細(xì)溝小區(qū)的流量為1.571～3.230L／min，屬于很小的流量。

本研究試驗(yàn)條件下細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨細(xì)溝水流流量的變化，如式（5），表明細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨流量的變化呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系。很顯然，如果我們?cè)囼?yàn)中細(xì)溝水流的流量不斷再增大，則水流雷諾數(shù)也將不斷增大。由前面的研究已知，在我們?cè)囼?yàn)的這樣小的細(xì)溝水流流量下，少部分雷諾數(shù)已經(jīng)超過500，水流流型已進(jìn)入過渡流區(qū)，那么，如流量再繼續(xù)不斷增大，則水流流型將會(huì)呈現(xiàn)為過渡流、紊流。

式中：Re——細(xì)溝水流雷諾數(shù)（無量綱）；d——細(xì)溝水流流量（L／min）。

事實(shí)上，我們的研究結(jié)果也與以往的研究結(jié)論取得了一致。徐天獻(xiàn)［12］在野外自然土壤條件下對(duì)寬度5cm的細(xì)溝用2L／min的流量進(jìn)行放水試驗(yàn)，取得細(xì)溝水流雷諾數(shù)為222.59～392.32，其中黃色石灰土222.59，黃壤性土264.03，酸性紫色土254.11，中性紫色土250.42，石灰性紫色土392.32。但當(dāng)流量分別達(dá)到4，6，8和10L／min時(shí)，細(xì)溝水流雷諾數(shù)分別達(dá)到517.35～884.50，978.29～1 561.26，1 456.37～2 400.24。他的結(jié)論表明，細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨水流流量的增大而增大，在試驗(yàn)流量范圍內(nèi)，流量很小時(shí)，細(xì)溝水流呈層流流型，流量增大后則轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡流，到最大流量時(shí)已接近紊流。肖培青等［13］采用室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn)，在20cm寬度細(xì)溝上流量為1.56～2.01L／min時(shí)，取得細(xì)溝水流雷諾數(shù)為389～450。但當(dāng)流量為6.11～6.58L／min時(shí)，細(xì)溝水流雷諾數(shù)則在889～1 149。其結(jié)論表明細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨水流流量的增大而增大，在試驗(yàn)的細(xì)溝流量該范圍內(nèi)，隨著細(xì)溝水流流量由小到大變化，細(xì)溝水流流型也由層流轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡流。

3 結(jié)論

（1）細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨徑流歷時(shí)的變化，在不同雨強(qiáng)及不同坡度下皆表現(xiàn)為先增大隨后轉(zhuǎn)為較平穩(wěn)的變化過程，皆可用冪函數(shù)方程描述。

（2）細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)分別隨雨強(qiáng)、坡度的增大而增大，皆可用對(duì)數(shù)方程很好地描述。細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)隨雨強(qiáng)及坡度的變化可用二元冪函數(shù)方程描述，降雨強(qiáng)度對(duì)細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)的影響大于坡度的影響。

（3）不同雨強(qiáng)下的細(xì)溝徑流過程中，細(xì)溝水流流型一直處于層流狀態(tài)，只是產(chǎn)流開始9min以后在兩個(gè)最大雨強(qiáng)下變?yōu)檫^渡流。不同坡度下的細(xì)溝徑流過程中，細(xì)溝水流流型也一直處于層流狀態(tài)，只是產(chǎn)流開始15min以后在兩個(gè)最大坡度下變?yōu)檫^渡流。同坡度不同雨強(qiáng)及同雨強(qiáng)不同坡度下，一次降雨徑流過程的細(xì)溝水流平均雷諾數(shù)變化在327～457，表明在此條件下，平均而言，細(xì)溝水流流型處于層流；細(xì)溝水流雷諾數(shù)隨流量的變化呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，本文研究取得細(xì)溝水流流型主要呈層流，與我們的試驗(yàn)流量小有關(guān)。

截止目前，有關(guān)坡面流的水力學(xué)問題還沒有一個(gè)理論體系，因此，研究細(xì)溝水流水力學(xué)特征時(shí)一般都還是借鑒河流水力學(xué)理論與方法，采用有關(guān)公式計(jì)算水流的水力學(xué)特征。本試驗(yàn)研究中，細(xì)溝水流雷諾數(shù)是用明渠水力學(xué)公式計(jì)算得到，未考慮含沙量對(duì)水流運(yùn)動(dòng)粘滯性的影響，因此對(duì)細(xì)溝水流流型的判別仍存在一些局限性，今后還需要繼續(xù)加強(qiáng)這方面的試驗(yàn)研究。本文只研究了限定寬度及小流量細(xì)溝水流的流型特征，今后需進(jìn)一步開展在平整坡面上降雨產(chǎn)流后細(xì)溝自然地產(chǎn)生、發(fā)育演變過程中及具有更大流量下的細(xì)溝水流流型特征研究。

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