坡面水蚀过程水动力学研究进展

第18卷第6期2020年12月中国水土保持科学Science of Soil and Water ConservationVol.18No.6Dec.2020坡长对坡面侵蚀、搬运、沉积过程影响的研究进展刘冉1,余新晓1,蔡强国2,3,孙莉英2,方海燕2,3,贾国栋1,和继军"覮（1.北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点试验室,100083,北京；2.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点试验室,100101,北京；3.中国科学院大学资源环境学院,100049，北京;4.首都师范大学城市环境过程和数字模拟国家重点试验室培育基地北京资源环境与GIS重点试验室,100048,北京）摘要：坡长是影响坡面径流侵蚀产沙过程的重要地貌因素之一，其决定着坡面水流能量的沿程变化。

近年来坡长与土壤侵蚀的关系研究受到了广泛关注,通过梳理文献，将坡长对径流侵蚀产沙的影响、临界坡长的存在及其计算方法和坡面侵蚀沉积过程等方面的研究成果进行综述，发现侵蚀强度随坡长变化存在增长型、增长递减型和波动型3种动态形式，受降雨条件、坡度、坡长等因素的影响，临界坡长不是定值;坡面侵蚀、搬运、沉积过程交替发生，且坡面的长度影响坡面侵蚀搬运波动形式。

指岀今后研究中需要进一步开展坡面泥沙沉积过程、临界坡长与泥沙沉积过程的耦合机制研究，加强不同质地土壤的坡长与土壤侵蚀关系的研究。

关键词：坡长；侵蚀产沙；临界坡长；坡面沉积中图分类号：S157文献标志码：A文章编号：2096-2673（2020）06-0140-07DOI：10.16843/j.sswc.2020.06.017Research progressin the effect of slope length on slope erosion,transportation and deposition processesLIU Ran1,YU Xinxiao1,CAI Qiangguo2,3,SUN Liying2,FANG Haiyan2,3,JIA Guodong1,HE Jijun4（1.School of Soil Water Conservation in Beijing Forestry University,Key Laboratory of State Forestry andGrassland Administration on Soil and Water Conservation,100083,Beijing,China；2.Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes,100101,Beijing,China；3.College of Resources and Environment,University of Chinese Academy of Sciences,100049,Beijing,China；4.State Key Laboratory of Urban Environmental Processes and Numerical Simulation,Resources Environment and GIS Key Lab of Beijing,Capital Normal University,100048,Beijing,China）Abstract:[Background]Slope length is one of the important geomorphological factors that affect the process of slope runoff erosion and sediment production.It determines the variation of slope water flow energy along the way，and affects sediment carrying capacity of the water flow，thereby affecting the process of soil erosion，transportation and deposition.In recent years，the research on impact of slope length on soil erosion has received considerable attention.Meanwhile，understanding the changing law of critical slope length provides an important theoretical basis for the study of sediment transport and deposition processes on slopes.[Methods]Based on the literature review,we summarized the influence收稿日期：20200724修回日期：20200918项目名称：国家自然科学基金“黄土坡面侵蚀泥沙沉积过程与模拟”（41771314）,“黄土坡面细沟形态与土壤再分布空间特征的耦合机制研究”（41977069）第一作者简介：刘冉（1997—）,女,硕士研究生。

湖泊水动力模型研究进展湖泊作为重要的水体资源，对于生态环境和人类生活都具有重要的意义。

在湖泊水动力研究中，水动力模型的应用已经成为关键技术，可以帮助我们更好地理解湖泊的水流和水质运动规律，为湖泊保护和管理提供科学依据。

随着科学技术的不断发展，湖泊水动力模型研究也取得了长足的进步，本文将围绕湖泊水动力模型研究进展进行分析和总结。

一、湖泊水动力模型的基本原理湖泊水动力模型是用来描述湖泊水流运动规律的数学模型，主要包括水流运动方程、湖泊边界条件和湖泊水质模拟等内容。

其基本原理包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，通过对这些基本方程的求解，可以得到湖泊水流速度场和水质分布规律。

湖泊水动力模型还需要考虑湖泊地形、气象条件、人为活动等因素的影响，以建立更加准确的模型。

在湖泊水动力模型研究中，常用的方法包括实验研究、数值模拟和实地观测等。

实验研究是指通过实验室水槽或湖泊模拟池等设施进行模拟实验，以获取湖泊水动力参数和湖泊水质信息。

数值模拟是指通过计算机仿真软件，建立湖泊水动力模型并进行数值求解，得到湖泊水流和水质分布等信息。

实地观测则是直接在湖泊中进行水动力参数和水质监测，获取湖泊实际的水动力和水质数据。

这些方法相辅相成，共同构建了湖泊水动力模型的研究体系。

1. 水动力参数的研究湖泊水动力模型中的水动力参数是描述湖泊水流特性的重要参数，包括湖泊底摩擦系数、湖泊混合系数、湖泊底面粗糙度等。

近年来，研究人员通过实验研究和数值模拟，不断改进湖泊水动力参数的计算方法，提高了模型的准确性和可靠性。

对湖泊水动力参数的实地观测也为模型的验证和修正提供了重要数据支持。

2. 水流动态模拟湖泊水流动态模拟是水动力模型研究的重点内容之一，主要包括湖泊水流速度场和流向、湖泊湛怀模拟等。

通过数值模拟和实地观测，研究人员不断改进湖泊水流动态模拟的方法，并结合地理信息系统（GIS）技术等工具，实现对湖泊水流动态的更加精细的模拟和预测。

土石坝漫顶溃决过程的水土耦合动力学模型研究水土耦合是指水与土壤相互作用的过程。

在土石坝漫顶溃决过程中，水土耦合动力学模型的研究对于预测和防止灾害具有重要意义。

本文将从水土耦合动力学模型的基本原理、漫顶溃决过程的特点、水土耦合动力学模型的建立和模拟以及应用方面进行综述。

1.水土耦合动力学模型的基本原理水土耦合动力学模型是描述水和土壤相互作用过程的数学模型。

其基本原理包括水的入渗、土壤的渗流、土石坝的力学性质等。

水的入渗是指水分从地表渗入土壤的过程，其速率受土壤类型、土壤含水量、渗透系数等因素的影响。

土壤的渗流是指土壤中水分的流动过程，其速率受土壤孔隙度、含水量、渗透性等因素的影响。

土石坝的力学性质包括其材料性质、结构形式、孔隙度等，对水土耦合过程具有重要影响。

2.漫顶溃决过程的特点漫顶溃决是指由于降雨引发的坝体坝坡上的水土松动，导致坝体上方的积水漫顶而发生溃决。

漫顶溃决过程具有以下特点：一是漫顶溃决过程中的水土耦合作用十分显著，水的入渗和土壤的渗流对坝体稳定性有重要影响；二是漫顶溃决过程中涉及的多物理场耦合及非线性问题较为复杂；三是漫顶溃决过程的时空演化规律难以直接观测，需要通过数学模型进行仿真模拟。

3.水土耦合动力学模型的建立和模拟针对漫顶溃决过程的特点，可以建立水土耦合动力学模型来描述水土相互作用的过程。

模型的建立需要考虑坝体的材料力学性质、水的入渗和土壤的渗流等因素，并且将其纳入数学方程中。

常用的数学模型包括渗流模型、离散元模型、有限元模型等。

在建立水土耦合动力学模型的过程中，需要通过实验数据验证模型的准确性和敏感性。

模拟漫顶溃决过程需要考虑水土相互作用的复杂性，可以利用计算机仿真的方法进行模拟。

通过对水土耦合动力学模型进行数值计算，可以得到漫顶溃决过程中水的渗流速率、土壤应力分布、坝体变形等关键参数，从而更好地理解漫顶溃决过程的机理。

4.水土耦合动力学模型的应用水土耦合动力学模型的研究对于漫顶溃决过程的预测和防治具有重要意义。

土石坝漫顶溃决过程的水土耦合动力学模型研究一、引言土石坝是一种常见的水利工程结构，其主要功能是蓄水和防洪。

然而，由于各种原因，土石坝在一定条件下可能发生漫顶溃决现象，给周围的人民生命财产造成巨大的损失，因此对土石坝漫顶溃决过程进行研究具有重要的理论和实际意义。

随着计算机技术和水文学、水力学以及材料力学等学科的发展，人们对土石坝漫顶溃决过程的研究已经取得了一些进展。

水土耦合动力学模型是近年来发展起来的一种新的研究方法，可以对土石坝漫顶溃决过程进行综合分析，有望为土石坝的设计和安全评估提供更为科学的依据。

二、土石坝漫顶溃决过程的水土耦合动力学模型研究现状目前，土石坝漫顶溃决过程的研究主要采用数值模拟和试验方法。

通过数值模拟可以建立土石坝内外水土耦合动力学模型，研究水流在土石坝内的渗流和渗透特性，以及土石坝的稳定性和破坏机理。

试验方法主要是通过对土石坝模型进行人工加速冲刷试验，观测土石坝在流水冲刷下的稳定性和破坏过程，获取大量的试验数据。

这些研究方法都为进一步深入研究土石坝漫顶溃决过程奠定了基础。

三、土石坝漫顶溃决过程的水土耦合动力学模型研究内容土石坝漫顶溃决过程是一个复杂的水土耦合动力学问题，涉及水流、土体和结构的相互作用。

因此，对土石坝漫顶溃决过程进行水土耦合动力学模型的研究，需要考虑以下几个方面的内容：1.土石坝内外水文水力特性的建模分析研究土石坝漫顶溃决过程首先需要对土石坝内外水文水力特性进行建模分析，包括土石坝的渗透性、渗流速度、孔隙水压力等特性。

通过对水文水力特性进行合理的建模和分析，可以为土石坝漫顶溃决过程的数值模拟提供基础数据。

2.土石坝的力学特性的建模分析土石坝的稳定性和破坏机理是土石坝漫顶溃决过程研究的关键内容，需要对土石坝的力学特性进行建模分析，包括土石坝的材料力学特性、结构特性、受力特性等。

通过对土石坝的力学特性进行合理的建模和分析，可以为土石坝的稳定性和破坏机理提供基础数据。

摘 要: 土壤侵蚀对土地资源造成了不可逆的破坏ꎮ 目前ꎬ 关于土壤侵蚀过程中土壤理化性质及水动力学特征的
影响机理研究尚不充分ꎬ 而且研究方法的不一致导致了研究结论存在一定差异ꎮ 本文通过分析各学者研究结果ꎬ
归纳总结目前土壤理化性质中重要因子对土壤侵蚀、 抗蚀性产生的影响以及在侵蚀过程中水动力学特征ꎬ 旨在为
收稿日期: ２０２１－０２－０１
作者简介: 刘争光 (１９８６－) ꎬ 男ꎬ 硕士ꎮ 研究方向: 含沙水流动机理ꎮ
实验得出在不同降雨强度情况下ꎬ 土壤侵蚀与土壤含
※资源环境
农业与技术 ２０２１ꎬ Ｖｏｌ ４１ꎬ Ｎｏ ０４ ９ ３
土壤抗侵蚀能力ꎮ 谢贤健等 [２９] 采用静水崩解法对内
土流失程度和强度则取决于土壤化学性质ꎮ 土壤中的
江市丘陵区测验得出ꎬ 土壤有机质分解后可以提高土
ｐＨ、 有机质和速效养分是土壤中重要组成元素ꎬ 三者
壤中速效养分的含量ꎬ 而速效养分对土壤结构起直接
含量的高低也是反应土壤养分的重要指标ꎮ
影响作用ꎬ 能有效提高土壤抗蚀性ꎮ 李渊等 [３０] 通过
渐降低并且耕地和草地最容易受土壤侵蚀ꎬ 导致土壤
土壤大多数为<０ ２５ｍｍ 的土壤颗粒ꎬ 而这样的颗粒极
肥力下降ꎮ 王文正等 [２７] 通过实地调查得出ꎬ 土壤有
易堵塞土壤孔隙ꎬ 造成水分难以下渗ꎬ 从而增加土壤
机质含量高ꎬ 水稳性指数越大ꎬ 土壤结构愈加稳定ꎬ
通过 Ｌｅ Ｂｉｓｓｏｎａｉｓ 方法得出ꎬ 黄
侵蚀力重要参数之一ꎮ 径流冲刷引起的土壤分离过程
研究成果不仅可以深化对土壤侵蚀过程的认识ꎬ 促进
主要通过土壤侵蚀阻力来定量表征 [４２] ꎬ 受土壤理化
立侵蚀预报模型

李 鹏 李 占斌 ， 郑 良勇３ ， ２
（． １西安理工大学水利水 电学 院， 陕西 西 安 ７ ０ ４ ； ． １０ ８ ２ 中科 院水 利部 水 土保 持研 究所 ，陕西 杨 凌 ７ ２ ０ ； １１ ０
３ 山东省水利勘测设计院 ， ． 山东 济南 ２ ０ １ ） ５ ０ ３
摘 要 ： 面水 蚀 动力 与侵 蚀 产沙 关 系是 水蚀 预报 的关 键 问题之 一． 文通 过光 滑 坡 本 水槽试 验和模 拟 冲 刷 试 验 ， 坡 面 水 流 动 力 学 特 性 （ 流 流 速 、 对 径 剪切 力 以及 能 耗） 及其 与侵 蚀产 沙关 系进 行 了系统研 究． 结果 表 明 ， 面 薄层 水 流 呈 滚波 流特 坡 征 ， 面 流流速 沿程 变化 呈波 动趋 势 ， 坡 随流 量 和 坡度 的增 加 而增 大 ； 面 单宽 径 坡
收稿 日期 ：０ ８０ －３； 订 日期 ：０ ９１ —Ｉ ２０ －６２ 修 ２０ ．２１ 基金项 目： 国家重点基础研究发展计 划项 目（０ ７ Ｂ ０２ ６ ” 国家科技支撑项 目（ ０ ６ Ａ ０ Ｂ ２ “ ２０ Ｃ ４ ７０ ） ； ２０Ｂ Ｄ ９ ０ ） 作者简介 ： 鹏 （ ９４ ）男 ， 李 １７一 ， 博士 ， 副教授 ， 硕士生导师．
流 剪切 力、 单宽 径流 能耗 和坡 面径 流单宽 输 沙率 随流量 的增加 而增加 ， 随坡度 呈
抛物线趋势变化， 明坡面土壤侵蚀过程存在 临界坡度 ， 说 在本试验条件下， 临界 坡度位 于 ２ ＿２ 。 间． １＿４ 之 坡面 单宽 径流 输沙 率和 单 宽径 流 剪切 力 、 宽 径 流 能耗 单
１ 材 料 与 方 法
１ １ 光滑 壁面 水槽试 验 ． 试 验 在一个 宽 为 ５ ｃ 长为 ４ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ０ ｍ、 为 １ ｃ 的 ， 在 ０ ＿ Ｏ 范 围 内 自由调坡 的玻 ０ ｍ、 ０ｃ 深 ０ｍ 可 ＿９ 。

土石坝漫顶溃决过程的水土耦合动力学模型研究一、引言土石坝是一种常见的水利工程结构，用以阻挡水流并形成水库。

然而，由于各种原因，土石坝在一定条件下可能会发生漫顶溃决现象，造成严重的灾害。

因此，研究土石坝漫顶溃决过程的水土耦合动力学模型具有重要意义。

本文旨在综述土石坝漫顶溃决的现象及其研究现状，重点介绍水土耦合动力学模型的研究进展，分析存在的问题，并展望未来的发展方向。

二、土石坝漫顶溃决现象土石坝的漫顶溃决是指坝体顶部产生泄洪决口，并在水流冲刷下坝体逐渐崩溃的过程。

漫顶溃决通常由于长时间持续的大雨、山洪、火灾或坝体结构缺陷等原因引起。

一旦发生漫顶溃决，可能导致大量的泥石流和洪水冲击下游地区，对人民生命财产造成极大威胁。

土石坝漫顶溃决的过程通常包括以下几个阶段：首先是坝体顶部产生裂缝或决口，随后水流通过决口冲刷坝体，加大决口尺寸和深度，进而导致坝体结构逐渐松动、破碎并最终崩溃。

在这一过程中，水流与坝体之间的相互作用以及地面和坝体之间的相互作用都起着至关重要的作用。

三、水土耦合动力学模型研究进展近年来，随着计算机技术和数值模拟方法的发展，水土耦合动力学模型的研究取得了重要进展。

这些模型旨在描述水流对土石坝的冲刷作用以及地面变形、坝体破坏等现象，并为工程实践提供理论支持和参考依据。

1.水流对土石坝的冲刷作用模型研究水流对土石坝的冲刷作用是水土耦合动力学模型研究的重点之一。

通常采用雷诺平均Navier-Stokes方程和Vof嵌入界面方法对流体的运动和冲刷过程进行数值模拟。

通过对水流速度、压力、冲刷深度等参数进行分析，可以揭示水流在坝体表面冲刷的规律，为预测漫顶溃决过程提供关键参数。

2.地面变形和坝体破坏模型水土耦合动力学模型还需要考虑地面变形和坝体破坏等因素。

通常采用弹塑性本构模型描述土体的变形行为，包括塑性应变、弹性模量、剪切模量等参数。

而对于坝体的破坏行为，通常采用损伤模型描述材料的破坏过程，包括应变软化、断裂面的扩展等现象。

第15卷第1期2001年3月水土保持学报J o urnal o f Soil a nd Wa ter Co nserv ationV o l.15No.1M a r.,2001　坡面流水动力学特性研究⒇张光辉1,2,卫海燕2,刘宝元1,2(1.北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室,北京100875;2.北京师范大学资源与环境科学系,北京100875)摘要:采用变坡水槽研究了坡面流水动力学参数(流态、流速、水深及阻力系数)随流量和坡度的变化规律。

结果表明,坡面流流态与水深密切相关,当水流深度小于0.316cm时,坡面流呈过渡流,水深大于0.316cm时呈紊流流态;当坡度为5～25°、单宽流量为0.625～12.5×10-3m3/(s·m)时,坡面流平均流速和平均水深主要受流量控制,坡度的影响并不显著,可用简单的线性函数来模拟平均流速、水深与流量和坡度间的关系(r2分别为0.89,0.78);当流量小于0.002m3/s时,坡度对阻力系数的影响较为显著,当流量大于0.002m3/s时,阻力系数基本受流量控制,随着流量增大,阻力系数呈幂函数形式下降。

这说明坡面流的水动力学特性与明渠水流存在较大差异,在坡面水蚀机理分析、土壤侵蚀物理模型的构造过程中应予以充分考虑。

关键词:水蚀;　坡面径流;　水动力学特性中图分类号:S157.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2001)01-0058-04Study on Hydro-dynamic Properties of Overland FlowZHAN G Guang-hui1,2,W EI H ai-ya n2,LIU Bao-y uan1,2(1.K ey L aboratory of Env ironmental Change and N atural Disaster,the Ministry of Education of China;2.Department of Resource and Environmental Sciences,Beijing N ormal University,Beijing100875) Abstract:The relationship fo r hydro-dynamic parameters(flo w regim e,flow v elo city,depth and frictio n facto r)as a functio n o f flow discharg e and slope g radient w as simulated by means of flum e ex periments.The results dem onstrate that w hen flo w depth is less than0.316cm,the flo w is tra nsitional flow.The flow cha ng e to turbulent when flow depth is larg e than0.316cm.The flo w v elocity and depth a re mainly controlled by flo w discharge,simple linea r function can be used fo r mean v elocity a nd flo w depth predicting. Slo pe gradient has no sig nificant im pact o n bo th flow v elocity and depth and has influence o n frictio n facto r at lo w flow discha rg e.Ho w ever,as discharge increasing,the frictio n facto r w ill be co ntrolled by discharge ag ain.All these results rev eal that there is larg er difference exiting in hydrodynamic properties betw een ov erland flow and open channel flo w,a nd sho uld be full considered in wa ter erosio n mechanism analyzing and m odel building.Key words:wa ter ero sion;　ov erland runoff;　hy dro-dy namic proper ties水动力学模拟是分析侵蚀过程力学机制的经典方法,它以山坡水文学、泥沙运动力学及河床演变理论为依据,从侵蚀过程出发,分析、模拟各影响因素间的力学关系和物理机制,建立相对严密的数理方程,进而对侵蚀过程进行预测预报。

１ ０２ ｈ ａ ３ １，Ｃ／ ； ０ ｎ
３． ｉ ｎ ｅ ｉ ｏ ｐ ｔｒＴａ ｈｎ ｎ ｅ ａｃ ｅｔｒ Ｃ ａ ｃ ｕ ３ ０ １ Ｃ ｉａ） 朋 ｎ Ｕ ｉ ｒ ｔ Ｃ ｍ ｕｅ ｅｃ ｉｇａ ｄ Ｒｓ ｒ Ｃ ｎｅ ， ｈ ｎ ｈ ｎ １０ ６ ， ｈ ｎ ｖ ｓｙ ｅ ｈ ｇ
关键词 ：坡面 ；土壤侵蚀 ；模 型
中图分类号 ：Ｓ５ １７
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ —０６ （０６ ３— １９— ４ ０ １ ０８ ２０ ）０ ０８ ０
Ｒｅ ｅ ｔｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｈ ｌｓｏ ｏ ｌｅ ｏ ｉ ｎ ｍｏ ｅｓ ｃ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｉｌｌｐｅ ｓ ｉ ｒ ｓｏ ｄ ｌ
程 模 型 在 坡 面侵 蚀预 报 中的 重 要 作 用 。 指 出今后 坡 面 水蚀 经验 模 型 研 究 方 面 应 统 一 各 因 子 的 标 准 ， 实现 模 型 的 统 一 性 ；物
理过程模 型研 究方面 ，应进 一步完善现 有模 型结构；另外 ，应 注重新技 术在侵 蚀产 沙预报 中的应 用 并加 强不同 学科 、不 同 部 门之间的协作 。参 ２ 。 ３
ｐｏ ｕ ｔ ｎ ｉ ｒｓｏ ｈ ｕｄ ｂ ｍｐ ａ ｉ ｄ ａ ｄ ｔｅ ｃ ｏ ｒ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｎ ｄ ｅ ｅ ｔ ｅ ａｔ ｎｓａ ｄ ｄ ｓ ｉｌ ｅ ．ｈ ｕｄ ｂ ｔ ｎ ｔｅ ｅ ． ｒｄ ｃ ｏ ｅｏ ｉ ｓ ｏ ｌ ｅ ｈ ｓｚ ｏ ｐ ａ ｏ ｗ ｅ ｉ ｒ ｎ ｐ ｒ ｉ ｎ ｎ ｅ ｅ ｎ ｈ ｅ ｉ ｅ ｆ ｄ ｍｅ ｔ ｎ ｉｃｐｉ ｓ ｓ ｏ ｌ ｓｒ ｇｈ ｎ ｎ ｅ ｅ ｄ Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｐ ｕｆ ｃ ； ｓ ｉ ｅｏ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌｅ ｓ ｒ ｅ ｏｌ ｒｓｏ ｏ ａ ｎ； ｍｏ ｅｓ ｅ ｅ ｒｈ ｐ ｏ ｒｓ ｄ ｌ ；ｒｓ ａ ｃ ｒｇ ｅｓ

ｅｏｕｉｎｐ ｒｍ ｔ ｓ ｒｔ ｇｅｓ ｎｖｌ ｉ ，ｅｔ ｎｅｏｉｎｗｄｈ） ｈ ｅａｏｓｉ ｅ ｅｎ ｓ ｐ ｒｓ ｎａ ｏ ｎｓａ ｄｔｒ ｉ ｍｏ ｈ ｌ ｙｗ ｓ ｖｌｔ ａａ ｅｅ （ｅ ｏｒｓｉ ｅｏ ｔ ｓｃｏ ｒｓ ｉｔ ，ｔｅｒｌｔ ｎｈｐｂｔ ｅ ｌ ｅｅ ｉ ｍ ｕ ｔ ｎ ｅ ａｎ ｒ ｏｏ ａ ｏ ｒ ｒ ｏ ｃｙ ｉ ｏ ｉ ｗ ｏ ｏ ｏ ｐ ｇ
ｔ ｅ ｒ ｉ ｖ ｌ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｔ ｒａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｉ ｒ ｃ ｓ ． ｏ Ｋｅ ｒ ｓ：ｓｏ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ｌ ｐ ；ｗａｅ ｒ ｓ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ；ｍｉｒ ・ ｒａｎ ｅ ｏ ｕ ｉｎ；ｓｏ ｅ ｅ ｓｏ ｍｏ ｎ ｓ ｉｌ ｅ ｏ ｉ ｎ；ｅ ｓｏ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｒｅ ｏ ｉ ｒ ｃ ｓ ｏ ｃｏｔ ｅ ｉ ｖ ｌ ｔｏ ｌｐ ｒ ｉｎ ａ ｕ ｔ ；ｒ ｌ ｒ ｓ ｏ ｏ ｏ ｒ ｉｎｅ ｐ ｒ ｉ ｎ
摘
要 ： 用 径 流 冲刷 试 验 的 方 式 对 坡 面水 蚀 过 程 进 行 研 究 ， 录 了在 不 同坡 度 和 不 同 冲 刷 流 量 工 况 下 坡 面侵 蚀 量 、 采 记 侵
蚀 沟 宽和 溯 源速 度 的 变 化 。 结 合 坡 面侵 蚀 沟 头 溯 源 速 度 、 面侵 蚀 沟 宽 度 等 的 变化 曲 线 ， 析 了 水蚀 过 程 中坡 面侵 蚀 量 断 分
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｒｕ ｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ ｗ ｒ ｏ ｄ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｗａｅ ｒ ｓｏ ｒ ｃ ｓ ｆｓｏ ｅ Ｓ ｏ ｅ ｅ ｏ ｉ ｎ ａ ｕ ｔ ， ｉ ｄ ｈ ａ ｄ ｒ ｔ ｇ ｅ ｓｏ ｅｏ ｉｙ ｎ ｆ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｄ ｏ ｈ ｔ ｒ ｅ ｏ ｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｌ ｐ ． ｌｐ ｒ ｓｏ ｍｏ ｎ ｓ ｒｌ ｗｉ ｔ ｎ ｅｒ ｒ ｓ ｉｎ ｖ ｌ ｃ ｔ ｌ ｏ ｗｅ ｅ ｒ ｃ ｒ ｅ ｎ ｃ ｏ ｔ ｒａｎ ｅ ｏ ｕ ｉｎ ｗａ ｎ ｌ ｚ ｄ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔｅ ｐ ｒｍｅ ｔｃ ｎ ｉ ｏ ｓ Ｃｏ ａ ｅ ｔ ｈ ｉ ｌ ａ ｙ ｎ ｕ ｖ ｓ ｏ ｌ ｐ ｅ ａｎ ｒ ｅ ｏ ｄ ｄ ａ ｄ ｍｉｒ － ｒ ｉ ｖ ｌ ｔｏ ｓａ ａｙ ｅ ｎ ｄ ｆ ｒ ｎ ｘ ｅ ｅ ｆ ｉ ｎ ｏ ｄｔ ｎ ． ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｔ ｉ ｈ ｍｅｙ ｖ ｒ ｉ ｇ ｃ ｒ ｅ ｆｓｏ ｅ ｔ ｒ ｉ

线性激励下的波频运动响应
运动响应的数值求解办法
其实，试图直接求解Laplace方程的边值问题以获得速度势是非常困难的。为 此人们根据势流场具有解析性的基本特征，认为浮体处于势流场相当于给原 本解析的域内添加了局部的诸如“源”、“汇”、“偶极”等奇点，这样的 奇点对流场具有贡献。于是提出了以分布源和分布偶极为基础的所谓分布奇 点法来求解流场，Hess-Smith方法是求解水动力学问题的一种最为常用的数 值方法。 1.划分湿表面网格。
水动力学理论进展
主要内容
理论背景 线性激励下的波频运动响应
二阶非线性问题
小尺度构件的粘性问题
浮式结构物运动分类
波频摇荡：源自有义波能谱频范围内的线性激励。 刚体平台摇荡运动： 纵荡（surge）、横荡(sway)、垂荡(heave)； 横摇(roll)、纵摇(pitch)、首摇(yaw)。 高频振荡：源自波浪的非线性效应和随机风浪的高频谐波。 高频运动基于平台的垂荡、纵摇和横荡的谐振，对平台所属的细长结构产生“击 振”和“弹振”，如TLP系泊锚链的振荡周期为2-4s。 低频慢漂：源自波浪的非线性效应与随机风浪的低频谐波及风。 低频慢漂基于平台的纵荡、横荡和首摇的谐摇，产生慢漂和平均运动。如一般的
线性激励下的波频运动响应
对于不规则波浪， 将其分解为一系列 不同波浪频率和浪 向下单位波高的规 则波。 分别用MCK方程计 算作用在浮体上的 波浪力，浮体的稳 态运动的RAO，附 加质量和阻尼。 浮体的总体响应为 一系列规则波引起 响应的线性叠加
线性激励下的波频运动响应
频域分析到时域分析
MCK方程仅能描述浮体对某一频率的规则波的运动响应，它的 解实际上是固定频率下代数方程组的解。因此，通常把以上算法 称为频率计算或频域法。将不同规则波下的频率运动分别计算叠 加，通过傅里叶变换可将频域结果变为不规则波下的时域结果。

干土溅散出现泥浆部分板结泥浆溅散加速径流溅蚀过程一坡面径流的形成二降水过程三蓄渗过程四坡面漫流过程坡面侵蚀量的研究很多但总体上坡面侵蚀量不径流量具有指数凼数关系msmwb随着径流量和流速的增大侵蚀量和侵蚀力增大指数b随着各地土壤性质坡度和植被状冴的丌同而丌同在黄土高原该值大于1
水土保持学 水力侵蚀的发展过程与特点
依按照成因不同，可将山洪分为以下几种。
①由短历时大暴雨形成的局地性山洪；
②由中等历时的一次暴雨过程所形成的区域性山洪；
③由长时间大范围的连续淫雨，并有多个地区多次暴雨 组合产生的大范围淫雨性山洪。
一次山洪
在流域面积、降水强度、历时相等的情况下，狭长形坡 度较缓的流域汇流历时长，洪峰流量小，洪水历时长。而 漏斗形坡度较陡的流域汇流历时短，洪峰流量大，洪水历 时短。植被条件较好的流域洪峰流量小。
水下切侵蚀、切蚀） 侧蚀 （旁蚀） 溯源侵蚀
(2) 搬运（输移）：搬运方式
水流挟沙能力
(3 ) 泥沙堆积（沉积） (4 ) 侵蚀、搬运、沉积的关系
悬移 悬移质 推移 推移质
水流剥蚀作用
水流剥蚀也就是地表泥沙被水流带走，沙粒可以呈滑动 或滚动形式运动。是否发生剥蚀可根据泥沙起动条件来判断。
当波浪水体夹带岩块或砾石时，其侵蚀力更大，这即是磨 蚀作用。
若海岸为含有易溶矿物的岩石，如石灰岩等，还要发生溶 蚀作用。
侵蚀沟纵剖面的形成过程正是沟顶前进，沟底下切的反复过 程。
（一）降雨因素
1、降雨侵蚀力
2、径流侵蚀力
3、降雨动能和径流位能的综合影响
（二）地质因素
1、地面组成物质 2、新构造运动
3、侵蚀基准面变化
（三）地形因素
1、坡度
2、坡长
3、坡度、坡长的综合影响

摘
要： 坡面水蚀的主要侵蚀动力来自降雨及其产生的地表径流， 将坡面水蚀过程分为降雨侵蚀和径流侵蚀， 可
以从 侵蚀 动力 、 侵蚀特征 差异与侵蚀规 律等方 面研究 坡面水蚀 过程 与机理 。应 用人工模 拟降 雨及微 小 区测定 技 术 ， 田紫色土为研究对象 ， 拟和测定 不同雨强与不 同坡度条件下降雨侵蚀 过程 和侵蚀量 ， 以降雨为 主要 以大 模 揭示
（９９ １７ ） ８ 出了细沟 间侵蚀 以降雨 侵蚀为 １６ ， ５ ．提 ９
细沟侵蚀以径流侵蚀为主的观点。美 国新一代 分化不明显 ， 易遭侵蚀破坏。紫色土分布区降雨较为 主， 丰沛 ， 多年平均降雨在 １ ０ ｌ 左右 ， ０ｒｎ ０ ｌ ｉ 构成紫色土遭 水蚀预报模型（ Ｐ ） ＷＥ Ｐ 将侵蚀 过程模型分为细沟间 受强烈侵蚀的外在动力。同时， 内紫色土分布多位 侵蚀和细沟侵蚀两个子模。 境 根据 目前坡 面 水 蚀过 程 研 究 进 展 和 经 验 ， 虑 考 于为坡耕地或陡坡地 ， 破碎的地形和较陡的坡度也是 引发紫色土壤严重侵蚀的重要原 因。据对川 中丘陵 坡面水蚀过程中降雨和径流侵蚀动力 的差异和侵蚀 可以将坡面水蚀过程研究划分为 以降雨 区腹 心地带 的 琼江 流 域水 土 流 失调 查 表 明 ，全流 域 特征差异 ， 面积 ４３９ｋ 土壤侵蚀面积高达３ ７ ｍ ，占流 侵蚀力作用为主的降雨侵蚀和 以径流侵蚀力作用为 ｍ ， ２ ８ ２ ２ ｋ
ｓｒａｉ ．Ｅ—ｍ ｉ ａｇｕ ｕ ＠ｉ ｄ ，ｅｃ ］ ｅｖｔｎ ｏ ａｌ ｎｙｋ ａ ｍ ｅａ．ｎ ：ｗ ｎ
域面积的７ ． ％ ， ５５ 土壤侵蚀的年总量为 ｌ ５ ． × ０５ ８
１ ０‘ｔ
，
侵蚀模数的平均为 ６５ ６ｔ（ｍ ａ 属强 ４ ． ，ｋ ・ ）， ／ 蚀力的侵蚀特征 和规律 ， 设计了两套试验装置： 一套 度侵蚀…。 该装 坡面水蚀过程的主要动力来 自降雨及其产生的 用于测定 以降雨为主要侵蚀动力的试验装置 ，

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（ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ７ ２ ２ ８ ４ ２ ０ １ １ ０ ３ ０ ０ ６ ６ ０ ２ － － －
中国农村水利水电 ·２ ０ １ １ 年第 ３ 期
雨 滴 击溅 及 薄 层水 径 流动 力 对 坡 面 侵蚀 影响 的研究
闫美 华１， 王 建２， 任 海军１
（ ） 内蒙古 包头 ０ 内蒙古 包头 ０ １．包 头 市 水 土 保持 工 作 站 ， １ ４ ０ ３ ０； ２．包 头 市 彤 盛 水 土 保持 技术 咨询 有 限 责 任 公 司 ， １ ４ ０ ３ ０
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２． ２ 雨 滴 击溅 对 坡 面 薄 层水 径 流 的 作 用
雨滴击溅动力的主 要 作 用 在 于 为 坡 面 薄 层 水 径 流 冲 刷 提 它本身的 作 用 并 不 会 使 土 壤 颗 粒 输 出 坡 面； 因此 供搬运物质， 对于 坡 面 薄 层 水 径流 侵蚀 ， 其 侵蚀 量 的 多 少 就 主 要 取 决 于 雨 滴 击 溅 为 薄 层 水 径流 冲 刷 所 提供 的 搬 运 物 质 的 多 少 ； 尽管薄层水 径流 拖 拽 力 是 坡 度 的 增函 数 ， 但它本身所产生的侵蚀量在总侵 蚀 量 中所 占 比 例 较 小 ， 其 主要 作用在于 冲 刷 搬 运 。 在降雨初期， 土壤下渗能力大， 此时不形成径流， 降雨基本 为坡面土壤吸收。 随 着 降 雨 的 继 续， 土 壤 下 渗 能 力 下 降， 越来 越 多 的 降 雨 在 地 表逐 渐形 成 水 流 。 最 初 水 流 较 浅 ， 一部分雨滴 由于 击 穿 水 层 ， 而消耗其部分动能， 使得径流紊动增大； 随着水 深不断增大， 当流层达 到 某 一 深 度 时， 雨滴击穿水层的动能将 全 部 消 耗 。 由于 雨 滴 打 击 水 面 增 强 了 坡 面 薄 层 水 径 流 的 水 流 紊动， 加大了水流阻力， 使得坡面薄层水径流的水力特征发生 了变化。 因 此 在 坡 面 薄 层 水 径流 的研究中 ， 雨滴击溅的影响是不可 忽 视 的 。 近 年来 对于 雨 滴 击 溅 对 薄 层 水 径 流 紊 动 状 况 的 影 响 ， 也采 用 精 密 量 测 技术 进 行 了 研究 ， Ｌ ｕ Ｊ －Ｙ ｅ ｔ在 对 光 滑 床 面 上 受 降 雨 作用 而引 起 扰 动 的 薄 层 水 径流 研 究 中 ， 采用纤维视觉化激 光 多 普 勒 速 度 仪 和 特 殊 设 计的 人 工 降 雨 模 拟 器 ， 得出了动量修 正 因 子β 随 流 量 及 降 雨 特 征 变 化 的 规 律 。 并 且 根 据 实 验 统 计 资 料 证明 ， 薄层水径流 在 受 到 降 雨 冲 击 后， 其纵向和垂向水流 扰动程度， 与 降 雨 强度 和 雨 滴 直 径 有 关 。

基于立体摄影技术的黄土坡面细沟侵蚀发育过程量化研究一、概要黄土坡面细沟侵蚀发育过程是水文、地貌和土壤侵蚀等多方面相互作用的结果。

在长期的自然环境演变过程中，黄土坡面细沟侵蚀发育过程受到多种因素的影响，如降水、风力、地表形态、土壤类型和植被覆盖等。

因此对黄土坡面细沟侵蚀发育过程的研究具有重要的科学意义和实际应用价值。

近年来随着遥感技术的不断发展，立体摄影技术作为一种新兴的遥感影像处理方法，为研究黄土坡面细沟侵蚀发育过程提供了新的手段。

本文采用基于立体摄影技术的遥感影像解译方法，对黄土坡面细沟侵蚀发育过程进行了量化研究。

首先通过对不同时期遥感影像的解译，提取出黄土坡面的细沟信息；然后，利用细沟长度、宽度、深度等参数，结合地形起伏度和坡向等信息，计算出黄土坡面细沟侵蚀发育程度；通过对不同地区和时间尺度的比较分析，探讨了黄土坡面细沟侵蚀发育过程的空间分布规律和时间演变特征。

本文的研究结果表明：基于立体摄影技术的遥感影像解译方法可以有效地提取黄土坡面细沟信息；黄土坡面细沟侵蚀发育程度受多种因素影响，且具有明显的时空变化规律；黄土坡面细沟侵蚀发育过程的空间分布具有一定的区域性和时间性特征。

这些研究成果为深入了解黄土坡面细沟侵蚀发育过程及其与自然环境的关系提供了科学依据，同时也为黄土高原地区的水土保持和生态修复提供了参考。

1. 研究背景和意义随着全球气候变化和人类活动的影响，土地退化问题日益严重。

黄土高原作为世界上最大的黄土区，其土壤侵蚀对生态环境和人类生活产生了巨大的影响。

细沟侵蚀作为黄土高原土地退化的主要形式之一，其发育过程的研究对于揭示土地退化的规律、预测未来发展趋势以及制定有效的防治措施具有重要意义。

近年来立体摄影技术在环境监测和生态评估领域得到了广泛应用，为研究细沟侵蚀提供了新的手段和方法。

因此基于立体摄影技术的黄土坡面细沟侵蚀发育过程量化研究具有重要的理论价值和实际应用前景。

2. 国内外相关研究现状土壤侵蚀动力学模型研究。

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展摘要：汽轮机是电力行业的核心动力设备。

火电和核电汽轮机中有大量湿蒸汽级，其中广泛存在湿蒸汽两相流动，凝结水分的出现不仅影响气动效率，还会导致湿蒸汽级叶片水蚀。

随着具有暂歇特性的风能和太阳能等可再生能源的大规模应用，为了保证电网安全稳定运行，需要火电机组承担调峰任务，汽轮机低负荷运行已成为新常态。

同时，随着汽轮机单机容量的不断增大，末级叶片的最大圆周速度已经超过600 m/s，这使汽轮机叶片更容易发生水蚀。

水蚀损伤会导致叶片材料损失和外形变化，造成级效率下降，严重时还可能发生叶片断裂，造成重大运行事故。

此外，叶片减重可能会影响汽轮机转子平衡，引发剧烈振动，严重影响机组的安全运行。

因此，掌握汽轮机叶片水蚀损伤状态，减少或避免损害，对于保证汽轮机的正常运行具有重要意义。

关键词：汽轮机；叶片；水蚀本文总结了水蚀损伤预测和叶片材料防水蚀工艺两个方面的国内外研究进展及相应成果，可为汽轮机叶片防水蚀技术开发、机组运维方案制定等提供参考。

1 水蚀损伤预测水蚀本质上是高速水滴撞击叶片表面导致的材料损伤。

汽轮机湿蒸汽级中通流部分的水滴会附着在静叶表面形成水膜，当水膜发展到一定厚度时被蒸汽撕裂，形成较大的水滴。

由于这些水滴的惯性较大，无法跟随主流离开叶栅通道，因而会以很大的相对速度撞击高速旋转的动叶表面，从而导致叶片水蚀。

为了评价叶片的水蚀状态，很多学者针对水蚀疲劳寿命、叶片表面侵蚀和材料水蚀测试开展了详细的研究。

1.1 水蚀疲劳寿命分析1.1.1 水蚀寿命理论模型建立水滴侵蚀的理论模型，有助于预测材料水蚀的起始与发展速度，为材料表面防护及寿命预测提供基础数据。

建立该模型通常需要开展3个部分的研究：(1)描述和评估水蚀的条件，包括冲击载荷等参数；(2)材料力学性能及其对冲击的响应；(3)采用的失效准则。

水蚀条件参数包括撞击速度、水滴尺寸、撞击频率等，根据这些参数可以研究水滴的撞击压力，并由此获得材料的应力应变。

工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀水动力学过程工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀是一种常见的水动力学过程，对工程建设和环境保护具有重要指导意义。

本文将以生动、全面的方式介绍该过程，并提供一些建议以减轻坡面土壤侵蚀的影响。

工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀主要受到降雨、坡度、土壤类型和植被覆盖等多种因素的影响。

当降雨落在坡面时，水滴和雨滴会对坡面土壤产生冲击力，从而使土壤颗粒逐渐疏松，并随降雨流动而下。

同时，坡度的增加也会增加降雨径流的速度，进一步加剧土壤侵蚀的程度。

此外，不同的土壤类型在降雨侵蚀过程中也会表现出不同的抵抗能力，而丰富的植被覆盖可以有效地减缓降雨的冲击力，减轻土壤侵蚀的风险。

为了减轻工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀的影响，我们可以采取一系列的措施。

首先，合理的坡度和坡面设计能够减少雨滴对土壤的冲击力，降低土壤侵蚀的风险。

其次，选择适合的土壤类型和植被覆盖，能够加强坡面土壤的保护能力，减缓降雨的冲击力，并提供滞洪和固土的双重效果。

此外，还可以根据坡面情况，合理设置护坡措施，如建设护坡梯田或设置排水沟，以减少降雨径流速度和土壤侵蚀的程度。

同时，科学的土壤侵蚀监测和评估也是减轻工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀影响的重要手段。

通过定期监测降雨量、坡面土壤侵蚀深度和植被状况等指标，可以及时发现问题，并采取相应的修复和管理措施，以保护坡面土壤的持续稳定。

综上所述，工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀水动力学过程具有重要的指导意义。

通过采取合理的措施，如合理设计坡度和坡面、选择适合的土壤类型和植被覆盖、设置护坡措施以及科学的监测与评估，我们能够减轻工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀的风险，保护工程建设和环境的可持续发展。