Infiltración características y parámetros hidrodinámicos en respuesta a factores topográficos en superficies de suelo desnudo, experimentos de laboratorio basados en campos de tierras de cultivo de suelo púrpura en el suroeste de China
Autores: Wang, Yong; Ma, Ziting; Li, Dandan; Hou, Guirong; Zheng, Jiangkun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Infiltración características y parámetros hidrodinámicos en respuesta a factores topográficos en superficies de suelo desnudo, experimentos de laboratorio basados en campos de tierras de cultivo de suelo púrpura en el suroeste de China
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Topografía
Procesos hidrológicos
Características de infiltración
Pendiente
Posición de la pendiente
Tasa de desprendimiento del suelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 53
Citaciones: Sin citaciones
La topografía es un factor importante que impacta en los procesos hidrológicos en terrenos agrícolas inclinados. Sin embargo, pocos estudios han informado sobre las influencias combinadas del gradiente de pendiente y la posición de la pendiente en las características de infiltración y los parámetros hidrodinámicos en terrenos de cultivo inclinados en regiones de suelo púrpura, un área importante para la productividad agrícola en el suroeste de China. Aquí, se realizaron experimentos de lluvia simulada en laboratorio en una batea de acero (5 m de largo, 2 m de ancho y 0,45 m de profundidad), y la lluvia duró 1 h a una tasa de 90 mm h para examinar las variaciones en las tasas de infiltración y los parámetros hidrodinámicos bajo diferentes gradientes de pendiente (es decir, 3 grados, 6 grados, 10 grados, 15 grados, 21 grados y 27 grados) y posiciones de pendiente (es decir, superior, media e inferior), y explorar las relaciones entre la tasa de infiltración y la tasa de desprendimiento del suelo. Los resultados mostraron que la tasa de infiltración disminuyó gradualmente con la duración de la lluvia y finalmente alcanzó un estado estable en los seis tratamientos de pendiente. La infiltración acumulativa varió de 15,54 a 39,32 mm durante la lluvia, y disminuyó gradualmente con el aumento del gradiente de pendiente. El modelo de Horton superó a otros modelos para predecir la tasa de infiltración con un valor de R de 0,86. Factores como la fricción de Darcy-Weisbach, la fuerza de corte del flujo, el coeficiente de fricción de Manning, la energía unitaria y la profundidad de escorrentía variaron en el siguiente orden: pendiente superior > pendiente media > pendiente inferior, mientras que el número de Reynolds y el número de Froude aumentaron gradualmente a lo largo del transecto de pendiente desde la posición de pendiente superior hasta la inferior. Se ajustó una función lineal significativa entre la tasa de desprendimiento del suelo y la tasa de infiltración en las pendientes suaves (3 grados, 6 grados, 10 grados), mientras que se observó una relación exponencial en las pendientes pronunciadas (15 grados, 21 grados y 27 grados). La observación también sugirió que 15 grados era el gradiente de pendiente crítico de desprendimiento de sedimentos, características de infiltración y parámetros hidrodinámicos. Nuestros resultados proporcionan una visión teórica para desarrollar modelos que predicen los impactos de los factores topográficos en las características hidrológicas y la erosión del suelo en paisajes agrícolas montañosos de campos de suelo púrpura.
Descripción
La topografía es un factor importante que impacta en los procesos hidrológicos en terrenos agrícolas inclinados. Sin embargo, pocos estudios han informado sobre las influencias combinadas del gradiente de pendiente y la posición de la pendiente en las características de infiltración y los parámetros hidrodinámicos en terrenos de cultivo inclinados en regiones de suelo púrpura, un área importante para la productividad agrícola en el suroeste de China. Aquí, se realizaron experimentos de lluvia simulada en laboratorio en una batea de acero (5 m de largo, 2 m de ancho y 0,45 m de profundidad), y la lluvia duró 1 h a una tasa de 90 mm h para examinar las variaciones en las tasas de infiltración y los parámetros hidrodinámicos bajo diferentes gradientes de pendiente (es decir, 3 grados, 6 grados, 10 grados, 15 grados, 21 grados y 27 grados) y posiciones de pendiente (es decir, superior, media e inferior), y explorar las relaciones entre la tasa de infiltración y la tasa de desprendimiento del suelo. Los resultados mostraron que la tasa de infiltración disminuyó gradualmente con la duración de la lluvia y finalmente alcanzó un estado estable en los seis tratamientos de pendiente. La infiltración acumulativa varió de 15,54 a 39,32 mm durante la lluvia, y disminuyó gradualmente con el aumento del gradiente de pendiente. El modelo de Horton superó a otros modelos para predecir la tasa de infiltración con un valor de R de 0,86. Factores como la fricción de Darcy-Weisbach, la fuerza de corte del flujo, el coeficiente de fricción de Manning, la energía unitaria y la profundidad de escorrentía variaron en el siguiente orden: pendiente superior > pendiente media > pendiente inferior, mientras que el número de Reynolds y el número de Froude aumentaron gradualmente a lo largo del transecto de pendiente desde la posición de pendiente superior hasta la inferior. Se ajustó una función lineal significativa entre la tasa de desprendimiento del suelo y la tasa de infiltración en las pendientes suaves (3 grados, 6 grados, 10 grados), mientras que se observó una relación exponencial en las pendientes pronunciadas (15 grados, 21 grados y 27 grados). La observación también sugirió que 15 grados era el gradiente de pendiente crítico de desprendimiento de sedimentos, características de infiltración y parámetros hidrodinámicos. Nuestros resultados proporcionan una visión teórica para desarrollar modelos que predicen los impactos de los factores topográficos en las características hidrológicas y la erosión del suelo en paisajes agrícolas montañosos de campos de suelo púrpura.