2009年暑期，土壤侵蚀研究团队利用房山综合实验基地人工模拟降雨大厅内的变坡水槽开展了输沙率对坡面流水动力学特性定量影响、泥沙粒径对坡面流挟沙力定量影响及覆盖对坡面输沙影响的前期研究工作。

坡 面输沙受坡面流水动力学特性的影响，反过来输沙又会引起坡面流水动力学特性的变化，然而，目前对输沙率与坡面流水动力学特性间的定量关系研究甚少，特别在 陡坡条件下更是如此，开展陡坡条件下输沙率与坡面流水动力学特性间的定量关系模拟，对于探讨土壤侵蚀机理、构建土壤侵蚀过程模型，具有重要的理论意义。基 于以上目的，土壤侵蚀研究团队在降雨大厅内，利用变坡试验水槽，在较大坡度、流量和输沙率范围内，系统研究了输沙率对坡面流水深、流速、阻力、水流剪切 力、水流功率、单位水流功率、动能和动量的定量影响，实验坡度变化为8.7~34.2%、单宽流量为0.66~5.26×10-3 m²/s、 输沙率为 0~6.95 kg/m/s，共进行了100组试验。建立了染色法修正系数与坡度、雷诺数和输沙率间的定量关系、分析了输沙率对曼宁阻力系数的潜在影响、探讨了坡面输沙 对坡面流水动力学特性影响的动力学机制，研究结果为阐述侵蚀与输沙的藕合关系奠定了理论基础。

图7 输沙率对坡面流水动力学特性影响实验

坡面流挟沙力是土壤侵蚀过程模型的控制参数之一，也是界定坡面流处于侵蚀还是沉积的临界值。以往关于坡面流挟沙力的研究大多在缓坡条件下进行，或者由河流 挟沙力公式修正而来。众所周知，在陡坡条件下坡面流的水动力学特性会发生很大变化，而这种变化势必会引起坡面流挟沙力的变化。前期实验已经系统研究了陡坡 条件下的坡面流挟沙力，分析了坡面流水动力学特性对挟沙力的定量影响，然而，除坡面流水动力学特性外，坡面流挟沙力在很大程度上也受到了泥沙特性（如泥沙 粒径、容重、形状等）的影响，沉积过程的分选性便是泥沙特粒径对坡面流挟沙力影响的最直接例证，因此在陡坡条件下系统研究泥沙粒径对坡面流挟沙力的定量影 响，建立坡面流挟沙力方程，具有重要的理论和实践意义。试验在降雨大厅变坡试验水槽内进行，采用人工二沙源供沙的方法，在较大坡度和流量范围内，系统研究 了不同粒径泥沙（0.10、0.22、0.41、0.69、1.10mm）的挟沙力，共进行了5个坡度、5个流量、5个泥沙粒径125组试验。分析了泥沙 粒径对坡面流挟沙力的定量影响、建立了泥沙粒径与泥沙传输系数间的数学模型、完善了陡坡条件下WEPP模型挟沙力方程。

图8 泥沙粒径对坡面流挟沙力影响实验

植被具有很强的水土保持功效，植被覆盖会引起坡面流水动力学特性的变化，进而引起坡面输沙过程的变化，从而将侵蚀、输沙和沉积三大过程有机的联系在一起。 分析覆盖对坡面流水动力学特性及输沙的定量影响，对于阐述植被的水土保持机理具有重要的理论意义。在降雨大厅内开展了模拟覆盖对坡面流水动力学特性影响的 试验，覆盖用不同直径的PVC管子（即国际上常用的Cylinder）模拟，直径分别为16cm、25cm、32cm，覆盖度分别为0%、5%、10%、 15%、20%和25%，同时采用5个不同坡度和5个不同的流量，共进行450组试验。测定不同覆盖条件下坡面流流速、水深、阻力、能量等的潜在变化，为 系统模拟覆盖对坡面输沙的定量影响奠定理论基础。 

 

图9 覆盖对坡面输沙影响实验