坡面流水深较小，受雨强、下垫面条件影响剧烈。虽然本文给出了雨强、定床加糙下垫面对坡面流阻力特性的影响，但对于坡面流失稳机理的探讨以及失稳规律的研究，尚显不足。另外，对于下垫面条件的研究也仅限于定床加糙，这里忽略了植被分布、形态等因素的影响。本文仅在坡度为15°的条件下进行研究。若要更进一步的说明降雨的减阻作用，应该从多坡度的角度考虑。本文的研究仅是对坡面薄层水流阻力规律的初步探索，对于今后更进一步的研究，仍需要进行更深层次的试验。

4 结 论

本文通过6个糙度、5个流量和5种雨强组合条件下的放水冲刷和模拟降雨试验，系统研究了雨强和糙度对坡面流水动力学特性的影响，结果表明：

1）从泥沙运动力学与紊流力学的角度来看，坡面薄层水流下垫面糙度的尺寸效应，影响着横轴涡旋与纵轴涡旋的比例，进而影响坡面流增阻的一致性，产生增阻变化的拐点。

2）降雨条件下，坡面薄层水流坡面形态处于自由表面失稳而又不断发育的波动状态，其临界值用黏深比表示为0.3824、0.5993，在整个过程中阻力系数随着降雨强度的增加而减小。

3）本试验将泥沙运动力学的绕流雷诺数、绕流阻力引入到坡面薄层流理论中，与传统雷诺数结果相比，采用绕流雷诺数分析的流区分布更贴切试验现象。本文将绕流阻力、降雨阻力引入阻力计算，给出降雨条件下层流过渡区的阻力计算公式，通过本文实测资料与理论计算值的对比，其R2=0.92（P<0.05）。

王俊杰，张宽地，杨 苗，范 典，龚家国. 雨强和糙度对坡面薄层流水动力学特性的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(9)：147－154. doi：10./

Wang Junjie, Zhang Kuandi, Yang Miao, Fan Dian, Gong Jiaguo. Influence of rainfall and roughness on hydrodynamic characteristics of overland flow[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 147－154. (in Chinese with English abstract) doi：10./

0 引 言

坡面流是由降雨或融雪在扣除地面填洼、截留以及下渗等损失后在重力作用下沿着坡面运动的浅层明流，它是坡面侵蚀的初始动力，同时也是造成土壤及母质破坏、搬运、沉积的关键因素[1-2]。坡面流一般水深只有几个毫米，沿程流向不稳定，且不断有质量源、动量源汇入[2-4]，并且易受下垫面条件、降雨强度、地表覆盖度[5-7]和试验坡度等条件影响，使得其相关研究更加复杂，有待进一步深入探讨。

目前，坡面流的研究主要集中在流态分析和阻力分析方面。关于坡面流流态方面， Horton[8]将坡面流流态定义为介于层流和紊流之间的混合流态；Emmett[9]通过试验分析将坡面流定义为不同于层流、过渡流和紊流的“扰动流”；吴淑芳等[10]通过野外放水冲刷试验将水流流态定义为与流量和下垫面相关的一种流态；沙际德等[11]通过理论推导与试验相结合的方法将坡面流流态定义为介于层流和紊流之间的过渡流；张光辉[12]通过变坡水槽试验将水流流态定义为与水深密切相关的过渡流与紊流；张宽地等[13]通过加糙床面的放水试验定义流态指数，提出“层流失稳”的概念。在坡面流阻力方面，其影响要素主要集中在下垫面条件与雨强2个方面。施明新等[14-15]通过模拟糙度的定床冲刷试验，认为阻力随糙度（糙度是反应下垫面粗糙情况的常用指标）增加而增大；而蒋昌波等[16]认为颗粒阻力与形态阻力最本质的区别在于粗糙单元如何与水相互作用，在糙度不断增大的过程中，2种阻力形式会发生转变，故不应单纯认为阻力系数随糙度的增加而增大。又如：陈国祥等[17]通过模拟降雨试验表明降雨具有增加坡面流阻力的作用；张宽地等[18-20]通过相关领域不同方面的试验研究认为阻力系数跟雨强成反比例关系；而潘成忠等[21]通过研究表明雨强对阻力系数无影响；但是，张小娜等[22]通过室内模拟试验得出了阻力系数随着雨强增大呈现先增加后减小的趋势，结论与前者的存在差异。由此可见，对坡面流的研究成果虽然已经有诸多问世，但是存疑颇多，而且只有极少数研究[23]涉及滚波，对滚波的影响有待进一步研究。

本文通过模拟降雨同放水冲刷相结合的方法，对不同雨强、糙度条件下坡面薄层水流的水动力学特性做系统性的研究，阐明雨强、糙度对坡面流水动力特性的影响，并给出考虑雨强、糙度作用的坡面流阻力计算公式，旨在促进坡面薄层流理论的发展。此外，本研究将有助于从泥沙运动学的角度探究坡面层流失稳的本质，为构建坡面流侵蚀模型奠定理论基础。

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2021/0128/484.html

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