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横坡垄作细沟形态特征及其影响因素摘要：指出了横坡垄作具有涵养水源减少地表径流与土壤肥力流失的优点已被广泛应用于坡耕地。由于具体实施中难以精确等高控制导致垄向坡度的存在在垄沟内聚集大量雨水引起横垄垮塌造成细沟侵蚀。利用人工模拟降雨实验及三维立体扫描技术对细沟形态的影响因素及其形态特征进行了分析结果发现：增加垄高能够明显增加细沟最大沟宽与最大沟深;渗流对最大细沟宽度的影响呈二次函数当细沟最大宽度大于14.3cm时渗流与细沟最大宽度有正影响当细沟最大宽度低于此值时为负影响;渗流对细沟最大深度为正影响;总产沙量与渗流的关系也呈二次函数;细沟最大宽度的增加速率是细沟最大深度的1.7倍;在已有的细沟体积预测模型L-V模型（V=aLb）的基础上纳入细沟最大深度提出了横坡垄作条件下的简便细沟体积预测模型（V=a*（D*L）b）R2从0.61提高到0.92模型预测精度显著提高。关键词：横坡垄作;细沟形态;三维立体扫描仪;模型中图分类号：S157文献标识码：A文章编号：1674-9944（2015）04-0167-051引言横坡垄作广泛应用于坡耕地其不仅能够涵养水源减少地表径流、地下径流、土壤侵蚀量以及氮、磷、钾等元素的总流失量同时还能提高总作物产量[12]。横坡耕作是防治坡耕地水土流失的经典耕作措施具有投入少、操作简单等优点。然而由于横坡垄作在实际操作过程中很难严格沿等高线进行导致垄向坡度的存在。很容易蓄集大量雨水造成横垄垮塌引起细沟侵蚀。由于垄向坡度的存在细沟很容易快速发育成浅沟[34]造成大量水土流失。细沟侵蚀在坡面侵蚀中占有重要的比重坡面侵蚀加剧主要由细沟侵蚀引起[5]。细沟宽度、深度与细沟水力要素有密切的关系。对细沟形态微地貌进行深刻认识可深入揭示坡面侵蚀产沙机制[6]。大量研究表明细沟深度、细沟宽度以及细沟长度与细沟侵蚀体积有幂函数关系且提出了简化细沟侵蚀预测L-V模型[7～9]此模型相对其他数学模型或物理模型具有简单并且参数易于获取的优点。目前对沟蚀发育监测手段主要包括测尺法、测针板法、GPS测量法和三维激光扫描等。其中三维激光扫描数据生成的DEM不仅详细描述沟蚀演变过程还可以具体到每条细沟的具体形态和深浅能很好地还原坡面降雨前后的坡面形态以及进行坡面各项参数的测定。这是一种用于监测降雨前后坡面微地形变化的新方法也是坡面细沟侵蚀发育研究的新方向[10～12]。本研究模拟了人工模拟降雨及渗流条件下的细沟侵蚀形态特征通过三维立体扫描仪获得的降雨前后细沟侵蚀微地貌的三维立体点云数据分析横坡垄作条件下细沟形态特征的影响因素并进一步验证渗流对土壤侵蚀的作用。同时提出横坡垄作条件下的简化细沟侵蚀预测模型。2材料与方法2.1试验材料本实验在山东省水土保持与环境保育重点实验室人工模拟降雨大厅进行。采用的下喷式模拟降雨器均匀系数在0.89以上。实土槽为刘前进等[4]设计的土槽可以同时调整坡向坡度和垄向坡度。实验用土为由花岗岩发育而来且含沙量较高的棕壤（表1）。2.2试验设计实验前将土样自然风干并过10.0mm筛以去除石块和杂草的影响。填充土槽时最下面以1.6g・cm-3的容重填充20cm厚的土层代表犁底层。犁底层之上填充耕作层容重为1.2g・cm-3。每个试验土层所需填土量按照调整因子水平后土槽体积计算其中垄形状设计为较低的垄面的投影长度为另一垄面的两倍以保证与野外实际耕作应用的垄形状相同。如图1所示土槽中共填充两垄。为增加土表均匀性每次实验开始前12h进行雨强为20mm・h-1的60min的预降雨。实验共分为两个阶段：灌水阶段和模拟降雨阶段。灌水阶段：通过管子（a）进行垄间灌水灌水流速设置为3Lmin-1。两个小水管（b）穿过槽子固定在垄沟底部用来保持垄间水面高度始终比垄最低点低1cm左右。该阶段从坡底部即槽子最下端的出口处有渗流产生开始共计60min。在出水口采集最后2min的渗流量称重灌水阶段结束。停止灌水的同时即刻开始进入人工模拟降雨阶段降雨时长持续到垄垮塌后15min结束采用雨强为39±0.4mm・h-1。采样间隔为2min采集的样品立刻称重然后在105°C温度下24h烘干获得侵蚀产沙量。2.3数据处理每次降雨前后用三维激光扫描仪（TrimbleGX）对坡面细沟进行扫描生成降雨前后的坡面的三维立体扫描点云。首先对点云进行配准使用扫描仪自带的TrimbleRealworks6.5软件的OfficeSurvey模块对降雨前后的垄面进行对比分析从而提取细沟几何特征。提取的特征主要包括最大沟深、最大沟宽、细沟沟长以及细沟体积。总径流量以及总产沙量通