急陡黃土坡面薄層水流水力學(xué)參數(shù)變化特征*

白玉潔 張風(fēng)寶，2? 楊明義，2 李占斌 張加瓊，2

（1 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所），陜西楊凌 712100）

（2 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100）

（3 西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，西安 710048）

土壤侵蝕過(guò)程是坡面水流和土壤兩者相互作用的復(fù)雜物理過(guò)程，坡面流水深極淺（一般只有幾毫米甚至零點(diǎn)幾毫米），基本均勻覆蓋坡面表面，極易受到各種因素的影響，運(yùn)動(dòng)規(guī)律及水力特性十分復(fù)雜［1］，是造成土壤侵蝕的直接動(dòng)力，與坡面土壤侵蝕強(qiáng)度密切相關(guān)。因此深入理解坡面薄層水流水力學(xué)特征是研究土壤侵蝕規(guī)律的基礎(chǔ)。

不同研究者根據(jù)自身的研究，對(duì)坡面薄層水流給出不同定義，諸如“擾動(dòng)流”［2］、“混合流區(qū)”［3］、“偽層流”［4-5］、“攪動(dòng)層流”［6］、“虛擬層流”［7］等，總之坡面薄層流與傳統(tǒng)意義上的明渠流的層流和紊流存在一定的區(qū)別。目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)坡面薄層水流進(jìn)行了深入而細(xì)致的研究［8-12］，取得了大量成果。但對(duì)坡面薄層水流流態(tài)歸屬、阻力規(guī)律等方面的研究成果存在著較多不同的意見，吳普特和周佩華［6］的研究表明坡面流為特殊、復(fù)雜的層流；張光輝［13］通過(guò)沖刷試驗(yàn)對(duì)坡度為5°～25°的褐土坡面研究表明坡面薄層水流流態(tài)與水深有關(guān)，存在決定層紊流臨界水深，水流阻力與坡度的關(guān)系受到坡面流單寬流量的影響；張寬地等［14-15］的研究表明坡面薄層水流屬于滾坡流區(qū)和過(guò)渡流區(qū)的范疇，水流流型為臨界流和急流，坡面薄層水流阻力系數(shù)與降雨強(qiáng)度和地面坡度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。很多學(xué)者就雨強(qiáng)和坡度對(duì)薄層水流流速和流深的影響進(jìn)行了研究［16-20］，趙小娥等［16］的研究表明不同坡長(zhǎng)處流速隨坡度的變化存在明顯差異，但隨著雨強(qiáng)的增大，坡長(zhǎng)對(duì)流速的影響逐漸減??；梁志權(quán)等［17］認(rèn)為相同雨強(qiáng)下流速隨著坡度增大呈增大的趨勢(shì)，而水深隨坡度的變化規(guī)律因雨強(qiáng)的不同有所差異；郭忠錄等［19］的研究表明水深隨著降雨強(qiáng)度的增加逐步增大。然而，目前坡面薄層水流的研究主要集中在坡度≤25°的坡面上，針對(duì)＞25°坡面薄層流水力學(xué)特征的研究較少。根據(jù)國(guó)際地理學(xué)會(huì)地貌調(diào)查與制圖委員會(huì)對(duì)坡度的分級(jí)，坡度＞25°時(shí)屬于急坡急陡坡范疇［21］。黃土高原地區(qū)地形復(fù)雜，坡陡溝深，加之近年來(lái)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目、治溝造地及梯田建設(shè)等形成了大量＞25°的急陡邊坡，成為土壤侵蝕的潛在新源地，可能造成嚴(yán)重的土壤侵蝕。因此，亟需加強(qiáng)急陡坡面薄層水流水力學(xué)特性研究，為研究急陡坡面土壤侵蝕奠定基礎(chǔ)?；诖?，本文利用室內(nèi)模擬降雨的動(dòng)床試驗(yàn)，結(jié)合流體力學(xué)的相關(guān)理論，對(duì)黃土急陡坡面水力學(xué)特性進(jìn)行深入研究，以期對(duì)比分析緩坡坡面與急陡坡坡面薄層水流水力學(xué)特征方面的差異，為深入揭示坡面薄層水流水力學(xué)特征及其與坡面土壤侵蝕的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)方法

本研究采用室內(nèi)人工模擬降雨試驗(yàn)的方法，試驗(yàn)于2016年7—10月在黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室模擬降雨大廳進(jìn)行。試驗(yàn)采用側(cè)噴式人工模擬降雨系統(tǒng)，降雨器高度為16 m，可保證所有雨滴在降落時(shí)達(dá)到終點(diǎn)速度，降雨均勻度大于80%［22］。試驗(yàn)土樣取自黃土高原腹地的陜西安塞縣一典型黃土斜坡，土壤類型為黃綿土，黃綿土質(zhì)地均一，為粉砂質(zhì)土壤，其黏粒14.5%，粉粒68%，砂粒17.5%。黃綿土是陜北黃土高原地區(qū)的一個(gè)主要土類，分布甚廣，約占全區(qū)總土地面積的67.8%，占耕地面積80%左右，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上占有重要地位［23］，因此選黃綿土為試驗(yàn)土壤具有一定的代表性。將試驗(yàn)土壤中的根系和石塊等雜質(zhì)除去，并過(guò)5 mm篩，通過(guò)陰干或?yàn)⑺姆绞娇刂仆寥狼捌诤繛?0%。

本試驗(yàn)所用鋼制土槽長(zhǎng)為3.3 m，寬為1 m，深為0.30 m，可調(diào)坡度為25°～50°，底部每隔10 cm間距打孔，孔徑2 mm，以保證水分及時(shí)滲出。試驗(yàn)設(shè)計(jì)坡度為25°、30°、35°、40°、45°和50°，為了消除因坡度變化導(dǎo)致有效承雨面積變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，保持投影面積2 m2（長(zhǎng)2 m×寬1 m）不變，土槽后擋板設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式的，隨坡度增加向后移動(dòng)，坡長(zhǎng)隨坡度增加分別為2.21 、2.31 、2.44 、2.61 、2.83 和3.11 m。在土槽裝土前，土槽底部鋪5 cm河道粗砂，以保證良好的透水性，粗砂上鋪一層紗布，紗布上鋪20 cm試驗(yàn)所用黃土，容重控制在1.3 g cm-3左右，為準(zhǔn)確控制容重，土壤按5 cm厚度分層填裝，每?jī)蓪又g進(jìn)行打毛處理以便層與層之間的連續(xù)接觸，表層保持光滑，將土槽四周壓實(shí)以防止邊壁效應(yīng)發(fā)生。為了保證每場(chǎng)試驗(yàn)的初始條件基本一致，降低坡面含水率變異性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，試驗(yàn)開始前一天，進(jìn)行前期預(yù)降雨，雨強(qiáng)為0.5 mm min-1，時(shí)間以坡面即將開始產(chǎn)流為準(zhǔn)，使土壤處于飽和狀態(tài)，然后放置12 h以上，使得坡面水分充分?jǐn)U散，以達(dá)到前期含水量的一致。為保證降雨強(qiáng)度的均勻性和穩(wěn)定性，試驗(yàn)前進(jìn)行雨強(qiáng)率定，先用遮雨布蓋住土槽，在土槽四周均勻布設(shè)4個(gè)雨量筒，測(cè)定3 min的降雨量，保證4個(gè)雨量筒的標(biāo)準(zhǔn)誤差不大于10%，率定結(jié)果與設(shè)計(jì)雨強(qiáng)誤差不超過(guò)5%，雨強(qiáng)達(dá)到要求后，快速揭開遮雨布并用精度為0.01s的秒表計(jì)時(shí)。水流呈層流狀態(tài)流至出水口時(shí)視為產(chǎn)流開始，用精度為0.01 s的秒表記錄產(chǎn)流時(shí)間，試驗(yàn)采取接全樣的方式，產(chǎn)流后前3 min每1 min接一次徑流泥沙樣，之后每2 min接一次樣，在接樣時(shí)段內(nèi)用高錳酸鉀染色劑法測(cè)定坡面中部的流速，測(cè)距為1 m，代表全坡面平均流速。降雨結(jié)束后用精度為0.01 g的電子天平稱全樣重量，靜置12 h以上，用虹吸法除去上層清水，然后用精度為0.01 g的電子天平稱剩余水及泥沙的重量，再將泥沙攪拌均勻并取少量代表樣稱重烘干，測(cè)定其含水量，推算降雨過(guò)程的徑流量和產(chǎn)沙量。試驗(yàn)設(shè)計(jì)雨強(qiáng)為1.0 mm min-1、1.5 mm min-1和2.0 mm min-1，對(duì)所有試驗(yàn)重復(fù)一次，將兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS軟件進(jìn)行差異性分析，當(dāng)兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)不存在顯著性差異時(shí)，對(duì)兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)求均值作為本研究的最終結(jié)果（方差分析時(shí)除外）。

1.2 研究方法

目前針對(duì)薄層水流水力學(xué)參數(shù)計(jì)算大多學(xué)者采用明渠流水力學(xué)參數(shù)的計(jì)算方法［24-25］，本研究中雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)也采用明渠流的計(jì)算方法，徑流水深采取康洪亮等［24］研究中使用的方法，阻力系數(shù)采用Darcy-Weisbach阻力系數(shù)。

（1）徑流水深（h）：測(cè)量時(shí)段內(nèi)整個(gè)坡面的平均徑流水深：

式中，h為薄層徑流水深，m；q為測(cè)量時(shí)段t（s）內(nèi)徑流量，m3；V為坡面水流速率，為觀測(cè)時(shí)段內(nèi)水流表層速率乘以流速修正系數(shù)k（層流，k=0.67；過(guò)渡流，k=0.70；紊流，k=0.80）所得的值［26］，m s-1；b為過(guò)水?dāng)嗝鎸挾?，m。

（2）雷諾數(shù)（Re）：判斷層流紊流的定量標(biāo)準(zhǔn)，是無(wú)量綱參數(shù)，反映了徑流慣性力和黏滯力的比值：

式中，V同上式；R為水力半徑，m；薄層水流可視為二元流，水力半徑近似等于斷面平均水深h；ν為含沙水流運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)，m2s-1，采用沙玉清［27］公式計(jì)算：

式中，泥沙中值粒徑d50取0.095 mm；ν0為清水黏滯系數(shù)，與水流溫度有關(guān)；s為體積含沙量，kg m-3。

（3）弗勞德數(shù)（Fr）：判別緩流急流的定量標(biāo)準(zhǔn)，是無(wú)量綱參數(shù)，反映了水流慣性力和重力之比：

式中，g為重力加速度，取值為9.8 m s-2。

（4）Darcy-Weisbach阻力系數(shù)（f）：徑流沿坡面向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的來(lái)自水土界面的阻滯水流運(yùn)動(dòng)的力的總稱：

式中，J為水力坡度，用坡度的正切值近似代替，即J=tanθ，θ為坡度。

2 結(jié)果與討論

2.1 流速隨徑流過(guò)程的變化特征

本試驗(yàn)中所測(cè)的流速為坡面薄層水流表層流速，斷面平均流速是在坡面表層流速的基礎(chǔ)上乘以修正系數(shù)得到的。將不同雨強(qiáng)下流速隨徑流過(guò)程的變化點(diǎn)繪成圖1。

如圖所示，每場(chǎng)試驗(yàn)產(chǎn)流開始的前6 min流速增加較快，6 min之后遞增速率減緩，流速處于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。原因是降雨試驗(yàn)產(chǎn)流初期，坡面入滲逐步減小，產(chǎn)流逐步增大，因此產(chǎn)流初期水流流速隨降雨過(guò)程逐漸遞增，隨著降雨的進(jìn)行，坡面入滲逐步減小最后趨于穩(wěn)定，所以各降雨條件下流速變化也趨于穩(wěn)定，因此流速先增加較快，后處于準(zhǔn)穩(wěn)定的狀態(tài)。降雨強(qiáng)度為1.0 mm min-1時(shí)，各坡度下平均流速變化規(guī)律為25°＜30°＜35°＜40°＜50°＜45°，最小和最大平均流速分別為0.07 m s-1和0.22 m s-1；降雨強(qiáng)度為1.5 mm min-1時(shí)，各坡度下平均流速變化規(guī)律為30°＜35°＜25°＜50°＜40°＜45°，最小和最大平均流速分別為0.09 m s-1和0.22 m s-1；降雨強(qiáng)度為2.0 mm min-1時(shí)，各坡度下平均流速變化規(guī)律為25°＜30°＜35°＜50°＜40°＜45°，最小和最大平均流速分別為0.09 m s-1和0.26 m s-1?？傮w表現(xiàn)為同坡度下流速隨著雨強(qiáng)的增加而增大，而同雨強(qiáng)下坡度對(duì)流速的影響較為復(fù)雜，呈先增大后減小的趨勢(shì)。此結(jié)果與趙小娥等［16］、梁志權(quán)等［17］、丁文峰等［18］研究斜坡長(zhǎng)一定的坡面流流速隨坡度的增加而增大的規(guī)律略有不同。這主要由于徑流流速受重力和坡面阻力的共同影響，重力使得流速增加，而坡面阻力消耗徑流能量，使得流速減小。本試驗(yàn)條件下，為保證土槽投影面積的一定，隨著坡度的增加，坡長(zhǎng)逐漸增大，坡度的增加使得重力沿坡面方向的分力加大，而坡長(zhǎng)的增大則使得坡面阻力消耗的能量增加，當(dāng)坡度小于45°時(shí)，增加相同的坡度時(shí)，坡長(zhǎng)增加幅度較小，此時(shí)重力分力增加作用占主導(dǎo)，流速隨之增大，而當(dāng)坡度大于45°時(shí)，坡長(zhǎng)隨坡度的增長(zhǎng)幅度較大，坡面阻力對(duì)流速的抑制作用起主導(dǎo)作用，此時(shí)流速隨坡度的增加而減小。而趙小娥等［16］、梁志權(quán)等［17］、丁文峰等［18］研究坡長(zhǎng)一定，坡度相對(duì)較小（≤25°），流速僅受重力的影響，所以流速隨坡度的增加而增大。方差分析結(jié)果顯示，雨強(qiáng)、坡度及雨強(qiáng)與坡度的交互作用對(duì)斷面平均流速均有極顯著影響（p＜0.01）。雨強(qiáng)、坡度、雨強(qiáng)與坡度的交互作用及不可控因素對(duì)斷面平均流速的貢獻(xiàn)分別為7.74%、71.70%、15.63%和4.93%，說(shuō)明坡度控制坡面徑流速度，雨強(qiáng)對(duì)坡面徑流速度的影響較小。

圖1 流速隨徑流過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Dynamics of runoff velocity with runoff process

2.2 坡面薄層流平均水深變化特征

在降雨過(guò)程中由于坡面流水深極淺，不易直測(cè)，所以本試驗(yàn)的徑流水深是通過(guò)同時(shí)測(cè)量坡面水流流量與流速后計(jì)算所得。試驗(yàn)中得出的水深是不同時(shí)刻坡面水流的平均水深，并取算術(shù)平均值為該場(chǎng)次降雨的平均徑流水深。將不同降雨條件下，平均徑流水深的變化點(diǎn)繪成圖2。

由圖2可知，各坡度條件下，坡面薄層流的平

圖2 平均徑流水深隨雨強(qiáng)和坡度的變化Fig. 2 Variation of mean runoff depth with rainfall intensity and slope gradient

均徑流水深隨降雨強(qiáng)度增加基本呈平穩(wěn)增加的趨勢(shì)，整體而言相同雨強(qiáng)下隨著坡度的增大，徑流水深整體呈減小趨勢(shì)，這與很多≤25°坡度的坡面流平均徑流水深變化的研究結(jié)果相似［16-17,28-29］。主要是因?yàn)殡S著雨強(qiáng)的增加，坡面單位時(shí)間內(nèi)徑流量增大，因此徑流水深隨之增大；而坡度增大一方面會(huì)引起斜坡變長(zhǎng)，另一方面會(huì)導(dǎo)致流速增加，在徑流量基本相同的條件下徑流水深必然減小。當(dāng)降雨強(qiáng)度為1.0 mm min-1時(shí)，徑流水深變化范圍為0.09 mm～0.14 mm，隨著坡度的增加減小幅度為38.90%，變異系數(shù)為22%；降雨強(qiáng)度為1.5 mm min-1時(shí)，徑流水深變化范圍為0.14 mm～0.22 mm，隨著坡度的增加減小幅度為35.90%，變異系數(shù)為20%；降雨強(qiáng)度為2.0 mm min-1時(shí)，徑流水深變化范圍為0.18 mm～0.29 mm，隨著坡度的增加減小幅度為37.70%，變異系數(shù)為22%，各雨強(qiáng)下均屬于中度變異，說(shuō)明坡度增加對(duì)于薄層徑流水深的影響較小。方差分析結(jié)果顯示，雨強(qiáng)、坡度和雨強(qiáng)與坡度的交互作用對(duì)坡面薄層流平均徑流水深均有極顯著影響（p＜0.01）。雨強(qiáng)、坡度、雨強(qiáng)與坡度的交互作用及其他不可控因子對(duì)徑流水深的貢獻(xiàn)分別為43.67%、22.52%、19.23%和14.58%，說(shuō)明雨強(qiáng)對(duì)坡面薄層徑流水深起主導(dǎo)作用，而坡度對(duì)其作用相對(duì)較小。

2.3 坡面流流態(tài)流型特征

按照明渠水流理論，層流與紊流的轉(zhuǎn)換可采用雷諾數(shù)（Re）來(lái)判定，對(duì)于明渠水流而言，當(dāng)Re＞580時(shí)，層流不穩(wěn)定，這時(shí)液流內(nèi)部稍受干擾，容易產(chǎn)生旋渦，使層流轉(zhuǎn)換為紊流。表1為各場(chǎng)試驗(yàn)Re的變化范圍和均值，與流速隨徑流歷時(shí)變化過(guò)程相似，每場(chǎng)試驗(yàn)產(chǎn)流開始的前6 min Re增加較快，6 min之后遞增速率減緩，Re處于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。由表1可以看出，Re隨降雨強(qiáng)度的增加顯著增大，2.0 mm min-1雨強(qiáng)時(shí)的Re為1.0 mm min-1雨強(qiáng)的2.31倍～2.97倍，為1.5 mm min-1雨強(qiáng)的1.23倍～2.33倍；隨著坡度的增加，Re相應(yīng)增大，但增幅較小，規(guī)律也不太明顯。這是因?yàn)橛蒖e計(jì)算公式可知，Re與流速和水深呈正相關(guān)關(guān)系，隨著坡度的增加，坡面流速增大，但由于受雨面積一定，水深減小，二者對(duì)Re的貢獻(xiàn)相互抑制，最終導(dǎo)致Re隨坡度的變化不大。方差分析結(jié)果顯示，雨強(qiáng)、坡度及雨強(qiáng)與坡度的交互作用對(duì)Re均有極顯著影響（p＜0.01）。雨強(qiáng)、坡度、雨強(qiáng)與坡度的交互作用及其他不可控因子對(duì)Re的貢獻(xiàn)分別為76.79%、13.37%、2.38%和7.46%，說(shuō)明雨強(qiáng)對(duì)Re的影響較大，坡度對(duì)Re的影響較小。

表1 坡面薄層水流雷諾數(shù)（已計(jì)入含沙量的影響）Table 1 Reynolds number of shallow flow on slope （containing the influence of sediments）

總體而言，各降雨場(chǎng)次Re均較小，遠(yuǎn)小于580，由文中Re計(jì)算公式可知，挾沙水流的Re相對(duì)于清水明渠流更小，如按明渠判別方法應(yīng)該屬于層流區(qū)。由表2可以看出，各試驗(yàn)場(chǎng)次黏性底層厚度δ（δ=1 1.6 ν/u*來(lái)估算，u*為摩阻流速，）在0.26 mm～0.48 mm之間，黏深比ξ＞0.12。根據(jù)張寬地等［30］的研究，當(dāng)黏深比ξ在0.12左右時(shí)，滾坡猝然消退，故以此值為臨界值，將薄層水流分為層流失穩(wěn)區(qū)（滾坡流區(qū)）和紊流區(qū)，因此試驗(yàn)中坡面水流處于層流失穩(wěn)區(qū)（滾坡流區(qū)）。

流型是指坡面薄層水流是緩流還是急流，本文采用弗勞德數(shù)（Fr）來(lái)判別水流能態(tài)。泥沙專家沙玉清［27］在研究水流挾沙能力時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Fr＜0.8時(shí)，水流為緩流，當(dāng)Fr＞0.8時(shí)，水流為急流。表3為各場(chǎng)次試驗(yàn)Fr變化情況，總體來(lái)看，各場(chǎng)次試驗(yàn)的Fr均較大，均超過(guò)了0.8，因此，可以判定坡面薄層水流均為急流。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)降雨強(qiáng)度與Fr的相關(guān)系數(shù)為-0.24，坡度與Fr的相關(guān)系數(shù)為0.62，顯著性水平p均小于0.01。方差分析結(jié)果顯示，雨強(qiáng)、坡度及雨強(qiáng)與坡度的交互作用對(duì)Fr均有極顯著影響（p＜0.01）。雨強(qiáng)、坡度、雨強(qiáng)與坡度的交互作用及其他不可控因子對(duì)Fr的貢獻(xiàn)分別為4.61%、67.46%、22.51%和5.42%，說(shuō)明坡度對(duì)Fr起控制作用，雨強(qiáng)對(duì)Fr的影響較小。

表2 不同降雨強(qiáng)度和坡度下黏性底層厚度和黏深比Table 2 Thickness of the clayey bottom layer and ratio of thickness and depth of the layer relative to rainfall intensity and slope gradient（mm）

表3 不同降雨強(qiáng)度和坡度下坡面薄層水流弗勞德數(shù)Table 3 Froude number of the shallow flow on slopes relative to rainfall intensity and slope gradient

2.4 坡面流阻力規(guī)律

本試驗(yàn)研究的結(jié)果表明，當(dāng)雨強(qiáng)為1.0 mm min-1時(shí)，坡面Darcy-Weisbach阻力系數(shù)（f）變化范圍為0.13～2.28，當(dāng)雨強(qiáng)為1.5 mm min-1時(shí)，坡面f變化范圍為0.14～3.14，當(dāng)雨強(qiáng)為2.0 mm min-1時(shí)，坡面f變化范圍為0.15～2.82。方差分析結(jié)果顯示，雨強(qiáng)、坡度及雨強(qiáng)與坡度的交互作用對(duì)f均有極顯著影響（p＜0.01），雨強(qiáng)、坡度、雨強(qiáng)與坡度的交互作用及其他不可控因子對(duì)f的貢獻(xiàn)分別為4.31%、47.30%、22.43%和25.96%，說(shuō)明坡度對(duì)f的作用較大，雨強(qiáng)對(duì)f的作用較小。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)降雨強(qiáng)度與f的相關(guān)系數(shù)為0.22，坡度與f的相關(guān)系數(shù)為-0.43，顯著性水平 p 均小于0.01。這與坡度≤25°的一些研究結(jié)果不同，李鵬等［20］、王俊杰等［31］的研究認(rèn)為 f 隨著坡度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。由 f 的計(jì)算公式可知，f 受到水深、坡度正切值、徑流速度的直接影響，在本研究中，水深和徑流速度受坡度和雨強(qiáng)的影響較為復(fù)雜，因此 f 與坡度和雨強(qiáng)有相關(guān)性，但相關(guān)度不高，規(guī)律不明顯。

3 結(jié) 論

每場(chǎng)降雨流速總體表現(xiàn)為同一坡度下流速隨雨強(qiáng)的增加而增大，同一雨強(qiáng)不同坡度條件下的薄層水流流速變化差異較大，坡度對(duì)流速的變化趨勢(shì)存在閾值效應(yīng)，坡度＜45°時(shí)流速隨坡度的增加而增大，之后隨之減小，坡度對(duì)斷面平均流速的貢獻(xiàn)最大，對(duì)流速的變化起主導(dǎo)作用；坡面薄層流的平均徑流水深隨降雨強(qiáng)度的增加呈平穩(wěn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，同一降雨強(qiáng)度下隨著坡度的增大呈減小的變化趨勢(shì)。雨強(qiáng)和坡度對(duì)坡面薄層流平均徑流水深均有極顯著影響，其中雨強(qiáng)對(duì)徑流水深的貢獻(xiàn)率最大，起主導(dǎo)作用；Re隨降雨強(qiáng)度的增加和坡度的增大均呈增大趨勢(shì)。雨強(qiáng)對(duì)Re的變化起主導(dǎo)作用，而坡度對(duì)Fr的變化影響較大；f 隨著降雨強(qiáng)度的增加而增大，隨著坡度的增加而減小。

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