EXPERIMENTAL ESTIMATE OF EROSION MECHANISM AT THE EARLY STAGE OF GULLY FORMATION1

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents results of experiment and its theoretical justification aimed to study the mechanism and intensity of the early stage of gully head formation. The experiment was carried out using the jet installation that allows to change the angle of the water stream from 0.5 to 90° with the flow velocity of up to 6 m/s. The flow angle was changed with a 10° step, while the flow velocity was maintained in the range of 1.01–1.04 m/s. The intensity of soil erosion positively correlates with the flow angles (angles of attack) in the range from zero up to 40°. When the angle was increased to 50–90°, the intensity continuously declined. The lowest absolute values of erosion intensity were observed when the water flow was normal to the soil surface. There are two main reasons why the intensity of soil erosion changes with changing angle of stream flow; the first is hydraulic, the second is hydro-mechanical. The former determines weakening and destruction of inter-aggregate bonds by the water penetrating into the soil; the latter – by the combined vectors of forces of hydrodynamic head and forces keeping the particle (aggregate) in place. The experiment showed that the maximum impact of water jet on a separate soil particle occur at angle of 41°. The flow in a gully happens occasionally and the results obtained should be attributed to the early stage of erosion: the stage before formation of a so called gully headcut.

About the authors

G. A. Larionov

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography

Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Russia, Moscow

S. F. Krasnov

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography

Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Russia, Moscow

L. F. Litvin

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography

Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Russia, Moscow

A. V. Gorobets

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography

Author for correspondence.
Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Russia, Moscow

L. V. Kobylchenko (Kuksina)

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography

Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Russia, Moscow

N. R. Kriuchkov

Lomonosov Moscow State University, Soil Science Faculty

Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Russia, Moscow

References

  1. Armand D.L. Revue of experimental methods in geomorphology. Problemy fizicheskoi geografii. Vol. XIII. Moscow–Leningrad: AN SSSR (Publ.), 1948. P. 37–58. (in Russ.)
  2. Bastrakov G.V. (1994). Erozionnaya ustoichivostʼ relʼefa i protivoerozionnaya zashchita zemelʼ (Erosion resistance of relief and anti-erosion protection of land. Bryansk: Izd-vo BGPI (Publ.), 260 p. (in Russ.)
  3. Courivaud J.-R., Fry J.-J., Bonelli S. et al. (2009). Measuring the erodibility of soil materials constituting earth embankments: a key input for dams and levees safety assessment. Hydro. 9 p.
  4. Dabney S.M., Shields F.D.-Jr., Temple D.M., Langendoen E.J. (2004). Erosion processes in gullies modified by establishing grass hedges. Transactions of the ASAE. Vol. 47. No. 5. P. 1561–1571.
  5. Hanson G.J., Cook K.R. (2004). Apparatus, test procedures, and analytical methods to measure soil erodibility in situ. Applied Engineering in Agriculture. American Society of Agricultural Engineers. Vol. 20. No. 4. P. 455–462. https://doi.org/10.13031/2013.16492
  6. Khalifa M.A., Zahra Kh.A. (2014). Collective Review in Particular Reference to Soil Erosion around Maritime Structures, Effects of the Angle of Wave: Attack on Coastal Areas Formation and Variation on Transport Rates. American Journal of Marine Science. Vol. 2. No. 1. P. 25–32. https://doi.org/10.12691/marine-2-1-4
  7. Kimiaghalam N., Clark S.P., Ahmari H. (2016). An experimental study on the effects of physical, mechanical, and electrochemical properties of natural cohesive soils on critical shear stress and erosion rate. International Journal of Sediment Research. Vol. 31. P. 1–15. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijsrc.2015.01.001
  8. Kosov B.F., Nikol’skaya I.I. (1974). Experimental studies of the gully development process. Geomorfologiya. No. 3. P. 39–45. (in Russ.) https://doi.org/10.15356/0435-4281-1974-3-39-45
  9. Kuznetsov M.S. (1981). Protivoerozionnaya stoikostʼ pochv (Erosion resistance of soils). Moscow: MGU (Publ.), 1981. 135 p. (in Russ.)
  10. Larionov G.A., Bushueva O.G., Dobrovol’skaya N.G. et al. (2011). Erodibility of model soils with different densities. Eurasian Soil Science. Vol. 44. No. 8. P. 914–918. https://doi.org/10.1134/S1064229311040065
  11. Larionov G.A., Bushueva O.G., Dobrovol’skaya N.G. et al. (2014). Effect of the water temperature and soil moisture on the erodibility of chernozem samples: a model experiment. Eurasian Soil Science. Vol. 47. No. 7. P. 734–739. https://doi.org/10.1134/S1064229314070096
  12. Larionov G.A., Bushueva O.G., Dobrovol’skaya N.G. et al. (2016). Assessing the contribution of nonhydraulic forces to the destruction of bonds between soil particles during water erosion. Eurasian Soil Science. Vol. 49. No. 5. P. 546–550. https://doi.org/10.1134/S1064229316050100
  13. Larionov G.A., Bushueva O.G., Gorobets A.V., et al. (2018). Effect of impact angle on the erosion rate of coherent granular soil, with a chernozemic soil as an example. Eurasian Soil Science. Vol. 51. No. 2. P. 251–254. https://doi.org/10.1134/S1064229318020072
  14. Larionov G.A., Dobrovol’skaya N.G., Kiryukhina Z.P., Litvin L.F. (2008). Effect of suspended sediments on soil erodibility. Eurasian Soil Science. Vol. 41. No. 7. P. 768–773. https://doi.org/10.1134/S1064229308070119
  15. Larionov G.A., Litvin L.F., Krasnov S.F. et al. (2016). Experimental research of the cliffs and banks washaway. Geomorfologiya. No. 2. P. 51–58. (in Russ.). https://doi.org/10.15356/0435-4281-2016-2-51-58
  16. Makkaveev N.I. (1955). Ruslo reki i eroziya v ee basseine (River channel and erosion in its basin). Moscow: AN SSSR (Publ.), 346 p. (in Russ.)
  17. Makkaveev N.I., Khmeleva N.V., Zaitov I.R., Lebedeva N.V. (1961). Eksperimental’naya geomorfologiya (Experimental geomorphology). Moscow: Izd-vo Mosk. un-ta (Publ.), 194 p. (in Russ.)
  18. Mirtskhulava Ts.E. (1970). Inzhenernye metody rascheta i prognoza vodnoi erozii (Engineering methods of calculation and prediction of water erosion). Moscow: Kolos (Publ.), 240 p. (in Russ.)
  19. Nearing M.A., Bradford J.M., Parker S.C. (1991). Soil Detachment by Shallow Flow at Low Slopes. Soil Science Society of America Journal. Vol. 55. No. 2. P. 339–344. https://doi.org/10.2136/sssaj1991.03615995005500020006x
  20. Nearing M.A., West L.T., Brown L.C. (1988). A Consolidation Model for Estimating Changes in Rill Erodibility. Transactions of the ASAE. Vol. 31. No. 3. P. 696–700. https://doi.org/10.13031/2013.30769
  21. Osipov V.I. (2014). Physicochemical Theory of Effective Stresses in Soils. Water Resources. Vol. 41. No. 7. P. 801–818. https://doi.org/10.1134/S0097807814070094
  22. Zolotov A.I. (2005). Assessment of Erosion Resistance of Arable Lands of the Ul’yanovsk Pre-Volga Region for the Purpose of their Anti-erosion Use. XX plenarnoe mezhvuzovskoe koordinatsionnoe soveshchanie po probleme erozionnykh, ruslovykh i ust’evykh protsessov (Ul’yanovsk, 13–15 oktyabrya 2005 g.). Doklady i kratkie soobshcheniya. Ul’yanovsk: UGPU (Publ.), P. 40–44. (in Russ.)
  23. Zorina E.F. (Ed.). (2006). Geografiya ovrazhnoi erozii (Geography of gully erosion). Moscow: Izd-vo MGU (Publ.), 324 p. (in Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (94KB)
3.

Download (40KB)
4.

Download (110KB)
5.

Download (125KB)

Copyright (c) 2023 Г.А. Ларионов, С.Ф. Краснов, Л.Ф. Литвин, А.В. Горобец, Л.В. Кобыльченко (Куксина), Н.Р. Крючков

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».