覆沙黄土坡面沙层滑移对水分变化的响应机理

韩奇隆; 吕博; 陈力

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.035

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覆沙黄土坡面沙层滑移对水分变化的响应机理

试验研究

- 覆沙黄土坡面沙层滑移对水分变化的响应机理
- Mechanism of sand-layer sliding induced by water content changes on sand covered loess slopes
- 水土保持通报 2025年45卷第4期页码：1-9
- 作者机构：
  
  1.南京信息工程大学水文与水资源工程学院，江苏南京 211800
  2.水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室，江苏南京 211800
- 作者简介：
  
  韩奇隆（1998—），男（汉族），江苏省苏州市人，硕士研究生，主要研究方向为土壤侵蚀。Email：qilong_han@qq.com。
  陈力（1973—），男（汉族），浙江省杭州市人，博士，教授，主要从事土壤侵蚀与水文过程的机理及模拟研究。Email：lchen@nuist.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金“覆沙坡面降雨侵蚀过程地下—地表耦合机理与模拟研究”(12272186)
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.035
  中图分类号： S157.1
- CSTR：32312.14.stbctb.2025.04.035.
- 收稿：2025-02-08，
  
  修回：2025-05-19，
  
  纸质出版：2025-08-20
- 稿件说明：
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韩奇隆, 吕博, 陈力.覆沙黄土坡面沙层滑移对水分变化的响应机理[J].水土保持通报,2025,45(4):1-9.

Han Qilong, Lü Bo, Chen Li. Mechanism of sand-layer sliding induced by water content changes on sand covered loess slopes [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):1-9.
韩奇隆, 吕博, 陈力.覆沙黄土坡面沙层滑移对水分变化的响应机理[J].水土保持通报,2025,45(4):1-9. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.035. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.035..

Han Qilong, Lü Bo, Chen Li. Mechanism of sand-layer sliding induced by water content changes on sand covered loess slopes [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):1-9. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.035. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.035..

摘要

目的

分析黄土坡面上覆沙厚度、降雨强度和坡度对沙土二元结构中产流产沙、水分变化及滑移的影响，旨在为风水复合侵蚀区的水土流失治理与预防提供科学依据。

方法

基于室内模拟降雨试验，观测产流、产沙、侵蚀滑移以及水分时空变化过程，定量分析覆沙厚度、雨强和坡度对水分变化及覆沙黄土坡面滑移的影响。

结果

①覆沙黄土坡面经历较长历时降雨易发生滑移。覆沙厚度的增加会延缓滑移的发生，而降雨和坡度的增加则使其提前。滑移产沙量随降雨强度和坡度的增加而增加。 ②土壤水蓄量变化率受覆沙厚度、降雨强度和坡度的共同影响，并随这三者的增加而显著增大。 ③沙层饱和度的变化过程可以分为快速增加、稳定状态和再次增长3个阶段。 ④土体饱和度的变化表明，滑移发生的临界条件受沙层厚度、降雨强度和坡度等因素的影响。

结论

覆沙黄土坡面沙层滑移受到饱和度的影响，而土壤的饱和度受到沙层厚度、降雨强度和坡度等因素的共同影响。

Abstract

Objective

The effects of sand cover thickness， rainfall intensity， and slope on the formation of water flow， sediment yield， moisture change， and slip in a binary sand and soil structure on loess slopes were analyzed to inform the control and prevention of soil erosion in the wind-water complex erosion area.

Methods

Quantitative analysis was conducted based on laboratory rainfall simulation experiments， through which the processes of runoff， sediment production， erosion， and sliding， as well as spatiotemporal variations in water content on sand-covered loess slopes， were investigated.

Results

① Sliding phenomena on sand-covered loess slopes were more likely to occur under prolonged rainfall. Moreover， the time of sliding occurrence was delayed on slopes with thicker sand cover， whereas increased rainfall intensity and steeper slopes accelerated sliding. Sediment yield from sliding increased with higher rainfall intensity and steeper slope. ② The variation rate of soil water storage was collectively influenced by sand thickness， rainfall intensity， and slope gradient， and increases significantly with an increase in these three factors. ③ The variation in sand saturation could be divided into three stages： rapid increase， stable state， and renewed growth. ④ Variations in soil saturation indicated that the critical conditions for sliding were influenced by sand thickness， rainfall intensity， and slope gradient.

Conclusion

Sliding on sand-covered loess slopes is substantially influenced by soil saturation， which is controlled by sand thickness， rainfall intensity， and slope gradient.

关键词

Keywords

references

张建文，李鹏，高海东，等 . 覆沙坡面微地形变化与侵蚀产沙的响应关系［J］. 干旱区研究， 2020 ， 37 （ 3 ）： 757 - 764 .

Zhang Jianwen ， Li Peng ， Gao Haidong ， et al . Response relationship between micro-relief variation and slope erosion under sand-covered conditions ［J］. Arid Zone Research ， 2020 ， 37 （ 3 ）： 757 - 764 .

吴成基，甘枝茂，孙虎，等 . 黄河中游多沙粗沙区亚区划分［J］. 人民黄河， 1999 ， 21 （ 12 ）： 22 - 24 .

Wu Chengji ， Gan Zhimao ， Sun Hu ， et al . Sub-region division of the sandy and coarse sandy areas in the middle reaches of the Yellow River ［J］. Yellow River ， 1999 ， 21 （ 12 ）： 22 - 24 .

王庆妮，曹晓娟，刘颖，等 . 沙盖黄土坡面产流产沙对坡长和覆沙厚度的响应［J］. 北京林业大学学报， 2024 ， 46 （ 10 ）： 81 - 89 .

Wang Qingni ， Cao Xiaojuan ， Liu Ying ， et al . Response of runoff and sediment production on sand-covered loess slopes to slope length and sand covering thickness ［J］. Journal of Beijing Forestry University ， 2024 ， 46 （ 10 ）： 81 - 89 .

武秀荣，张风宝，王占礼 . 片沙覆盖黄土坡面沙土二元结构剖面土壤物理性质变化研究［J］. 水土保持学报， 2014 ， 28 （ 6 ）： 190 - 193 .

Wu Xiurong ， Zhang Fengbao ， Wang Zhanli . Variation of sand and loess properties of binary structure profile in hilly region covered by sand of the Loess Plateau ［J］. Journal of Soil and Water Conservation ， 2014 ， 28 （ 6 ）： 190 - 193 .

谢林妤，白玉洁，张风宝，等 . 沙层厚度和粒径组成对覆沙黄土坡面产流产沙的影响［J］. 土壤学报， 2017 ， 54 （ 1 ）： 60 - 72 .

Xie Linyu ， Bai Yujie ， Zhang Fengbao ， et al . Effects of thickness and particle size composition of overlying sand layer on runoff and sediment yield on sand-covered loess slopes ［J］. Acta Pedologica Sinica ， 2017 ， 54 （ 1 ）： 60 - 72 .

苏远逸，冯朝红，张扬，等 . 黄土丘陵区覆沙坡面产流产沙过程及水沙关系［J］. 干旱区研究， 2022 ， 39 （ 4 ）： 1166 - 1173 .

Su Yuanyi ， Feng Zhaohong ， Zhang Yang ， et al . Runoff and sediment yield and relationship between water and sediment of sand covered slope of loess hilly region ［J］. Arid Zone Research ， 2022 ， 39 （ 4 ）： 1166 - 1173 .

Zhang F B ， Yang M Y ， Li B B ， et al . Effects of slope gradient on hydro-erosional processes on an aeolian sand-covered loess slope under simulated rainfall ［J］. Journal of Hydrology ， 2017 ， 553 ： 447 - 456 .

张丽萍，唐克丽，张平仓 . 片沙覆盖的黄土丘陵区土壤水蚀过程研究［J］. 土壤侵蚀与水土保持学报， 1999 ， 13 （ 1 ）： 40 - 45 .

Zhang Liping ， Tang Keli ， Zhang Pingcang . Soil water erosion processes in loess hilly gully region covered with sheet sand ［J］. Journal of Soil and Water Conservation ， 1999 ， 13 （ 1 ）： 40 - 45 .

张丽萍，倪含斌，吴希媛 . 黄土高原水蚀风蚀交错区不同下垫面土壤水蚀特征实验研究［J］. 水土保持研究， 2005 ， 12 （ 5 ）： 126 - 127 .

Zhang Liping ， Ni Hanbin ， Wu Xiyuan . Soil water erosion processes on sloping land with different material in the wind-water interaction zone in the Loess Plateau ［J］. Research of Soil and Water Conservation ， 2005 ， 12 （ 5 ）： 126 - 127 .

Wang Yixuan ， Chai Junrui ， Cao Jing ， et al . Effects of seepage on a three-layered slope and its stability analysis under rainfall conditions ［J］. Natural Hazards ， 2020 ， 102 （ 3 ）： 1269 - 1278 .

Fan Kaixuan ， Liu Ying ， Zhang Xuyang ， et al . Assessing the relative contribution of climate change and human activity factors to spatiotemporal distributions of sand fixation service in the Loess Plateau ［J］. GIScience & Remote Sensing ， 2025 ， 62 （ 1 ）： 2444630 .

Liang Ziwei ， Chen Xiaoan ， Wang Ce ， et al . Response of soil moisture to four rainfall regimes and tillage measures under natural rainfall in red soil region， southern China ［J］. Water ， 2024 ， 16 （ 10 ）： 1331 .

Ran Bin ， Xing Zhenguo ， Fang Jie ， et al . Analysis of soil moisture dynamics and its response to rainfall in the Mu Us sandy land ［J］. Water ， 2025 ， 17 （ 1 ）： 105 .

Lei Wenkai ， Dong Hongyuan ， Chen Pan ， et al . Study on runoff and infiltration for expansive soil slopes in simulated rainfall ［J］. Water ， 2020 ， 12 （ 1 ）： 222 .

Yu Fengdan ， Qiao Gang ， Wang Kai ， et al . Investigation of groundwater characteristics and its influence on landslides in Heifangtai Plateau using comprehensive geophysical methods ［J］. Journal of Groundwater Science and Engineering ， 2023 ， 11 （ 2 ）： 171 - 182 ..

Xu Guoce ， Tang Shanshan ， Lu Kexin ， et al . Runoff and sediment yield under simulated rainfall on sand-covered slopes in a region subject to wind-water erosion ［J］. Environ. Earth Sci. ， 2015 ， 74 （ 3 ）： 2523 - 2530 .

Ren Zongping ， Zhang Xing ， Zhang Xunchang ， et al . Sand cover enhances rill formation under laboratory rainfall simulation ［J］. Catena ， 2021 ， 205 ： 105472 .

郑粉莉，赵军 . 人工模拟降雨大厅及模拟降雨设备简介［J］. 水土保持研究， 2004 ， 11 （ 4 ）： 177 - 178 .

Zheng Fenli ， Zhao Jun . Introduction to the artificial rainfall simulation hall and rainfall simulation equipment ［J］. Research of Soil and Water Conservation ， 2004 ， 11 （ 4 ）： 177 - 178 .

Zhang Qingwei ， Wang Zhanli ， Guo Qi ， et al . Plot-based experimental study of raindrop detachment， interrill wash and erosion-limiting degree on a clayey loessal soil ［J］. Journal of Hydrology ， 2019 ， 575 ： 1280 - 1287 .

Zhang Qingwei ， Wang Zhanli ， Wu Bing ， et al . Identifying sediment transport capacity of raindrop-impacted overland flow within transport-limited system of interrill erosion processes on steep loess hillslopes of China ［J］. Soil and Tillage Research ， 2018 ， 184 ： 109 - 117 .

雷志栋 . 土壤水动力学［M］. 北京：清华大学出版社， 1988 ： 77 - 82 .

Lei Zhidong . Soil hydrodynamics ［M］. Beijing ： Qinghua University Press ， 1988 .

Mangangka I R . The decline of soil infiltration capacity due to high elevation groundwater ［J］. Civil Engineering Dimension ， 2008 ， 10 （ 1 ）： 35 - 39 .

La Follette P ， Ogden F L ， Jan A . Layered green and ampt infiltration with redistribution ［J］. Water Resources Research ， 2023 ， 59 （ 7 ）： e2022WR033742 .

Chu Xuefeng ， Mariño M A . Determination of ponding condition and infiltration into layered soils under unsteady rainfall ［J］. Journal of Hydrology ， 2005 ， 313 （ 3/4 ）： 195 - 207 .

Fox G A ， Wilson G V . The role of subsurface flow in hillslope and stream bank erosion： A review ［J］. Soil Science Society of America Journal ， 2010 ， 74 （ 3 ）： 717 - 733 .

武秀荣 . 片沙覆盖黄土区沙土二元结构坡面侵蚀过程研究［D］. 陕西杨凌：西北农林科技大学， 2015 .

Wu Xiurong . Studying erosion process of aeolian sand over loess surface in hilly region of the Loess Plateaue covered by aeolian sand ［D］. Yangling， Shaanxi ： Northwest A & F University ， 2015 .

曹晓娟，谢林妤，张风宝，等 . 沙层特性对沙盖黄土坡面产流产沙变化贡献的定量分析［J］. 地理学报， 2019 ， 74 （ 5 ）： 962 - 974 .

Cao Xiaojuan ， Xie Linyu ， Zhang Fengbao ， et al . Quantifying the contributions of sand layer characteristic to variations of runoff and sediment yields from sand-covered loess slopes during simulated rainfall ［J］. Acta Geographica Sinica ， 2019 ， 74 （ 5 ）： 962 - 974 .

Hotta W ， Suzuki S ， Hori M . On contraction of three-dimensional multiple shear mechanism model for evaluation of large scale liquefaction using high performance computing ［J］. Geosciences ， 2019 ， 9 （ 1 ）： 38 .

汤珊珊，高海东，李占斌，等 . 坡面覆沙后侵蚀泥沙颗粒分选特性［J］. 农业工程学报， 2017 ， 33 （ 2 ）： 125 - 130 .

Tang Shanshan ， Gao Haidong ， Li Zhanbin ， et al . Characteristics of particle separation of erosion sediment in slop surface covered with sand ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering ， 2017 ， 33 （ 2 ）： 125 - 130 .

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