水平颗粒床中渗流侵蚀的形态与动力学

受海滩细沟及更大尺度地貌中河道生长的观测启发，我们研究了水平颗粒床中由水渗流引起的侵蚀模式。我们的实验装置由一个填充玻璃珠的宽矩形盒组成，其中一个侧壁设有窄开口，供被侵蚀的颗粒排出。利用激光辅助地形测量技术，我们获得了关于模式形状和侵蚀动力学的定量数据。研究表明，地下水源的空间分布会显著影响观测到的模式形状。当在邻近恒定水位水库的边界处注入地下水时，观察到细长的河道向上游生长；而当均匀降雨渗入颗粒床以维持地下水位时，则观察到圆形剧场状（半圆形）的形状。随着河道响应地下水而生长，观察到了分叉现象。我们进一步发现，当颗粒床高度增加到超过毛细上升高度时，河道通过离散的雪崩方式生长，导致较深河道的前缘更为粗糙。当床层部分饱和导致颗粒间产生内聚力时，雪崩的时空分布随床层高度增加而增多。然而，观察表明河道的整体形状保持不变，这表明渗流侵蚀对侵蚀前缘的扰动具有鲁棒性。