地表粗糙度及植被盖度对坡面流曼宁阻力系数的影响

来源：农业工程学报杂志2020年第6期北京时间：

作者：杨坪坪,李瑞,盘礼东,王云琦,黄凯,张琳卿,

摘要：为探明地表颗粒和植被共同影响下的坡面流曼宁阻力系数变化规律，在5°缓坡定床条件下，以曼宁阻力系数表征坡面流阻力，利用等效水力半径计算等效曼宁阻力系数，等效水力半径考虑了水流与植被的接触面，分别研究了4个地表粗糙度 （0.009，0.12，0.18，0.38 mm） 和 4 个植被盖度 （0，4.0%，6.6%，12.2%） 在 9 个单宽流量 （0.2×10-3~0.5×10-3 m3/(m·s)） 冲刷下的坡面综合等效曼宁阻力系数、颗粒等效曼宁阻力系数及植被等效曼宁阻力系数的变化特征及相互之间的关系。结果表明：1） 在坡面没有植被时，坡面综合等效曼宁阻力系数与流量呈负相关，当坡面有模拟植被时，两者间呈正相关。坡面综合等效曼宁阻力系数随着地表粗糙度和植被盖度的增加而增加；2） 当地表粗糙度和模拟植被存在的坡面，线性叠加原理不适用于坡面综合阻力的计算，在水深较小时，会出现附加阻力。附加等效曼宁阻力系数与粗糙度和盖度呈正相关，而与水深负相关；3） 通过多元回归分析得到坡面综合等效曼宁阻力系数的计算式，模拟效果较好 （相关系数R=0.98），并分析得到各阻力分项等效曼宁阻力系数的计算式。分别剔除各阻力分项后将相关系数比较，植被阻力对坡面流综合阻力的影响最大，颗粒阻力次之，而附加阻力最小。研究成果将为构建坡面侵蚀模型和防治坡面侵蚀提供科学依据。

关键词：粗糙度, 植被, 坡面水流, 坡面流阻力, 曼宁阻力系数