砾石对赣北红土工程锥状堆积体侵蚀规律的影响.pdf

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1、泥沙研究2015年2月JournalofSedimentResearch第1期文章编号：0468．155X(2015)叭一0067．08砾石对赣北红土工程锥状：堆积体侵蚀规律的影响王雪松，谢永生，陈曦，田飞(1．西北农林科技大学水土保持研究所，陕西杨凌712100；2．中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌712100；3．西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100)摘要：以赣北红土为研究对象，通过组合不同砾石质量百分数(O％、10％、20％、30％)、不同降雨强度(1．0、1．5、2．0、2．5mm／min)的室内模拟试验，对开发建设项目中散乱锥状堆积体的产流

2、产沙规律进行研究。结果表明，在相同降雨强度下，含砾石堆积体(10％、20％、30％)的产流时间要明显小于不含砾石堆积体(0％)的产流时间；砾石对径流率的影响不明显，但径流率与降雨强度有明显的正相关关系；在降雨强度≥1．5mm／min的条件下，四种砾石含量堆积体的侵蚀速率在一场60min的降雨中主要经历“浮土冲刷”、“形成结皮”、“可蚀性泥沙减少”和“结皮破坏”四个阶段；一场降雨后堆积体总产沙量随砾石质量百分数的变化依次为0％<10％<20％<30％，砾石能够促进堆积体的坡面侵蚀。关键词：赣北红土；模拟降雨；降雨强度；侵蚀；砾石含量中图分类号：S157．1文献标识码：ADO

3、I：10．16239／j．cnki．0468—155x．2015．01．0l2根据以往研究结果¨“，现如今各类开发建设项目如大型水利水电工程、煤矿资源开发工程、公路以及铁路建设维护工程、输油工程和民用住宅建筑工程等不仅能使项目所在区域原生下垫面土层遭到破坏和扰动，而且这些项目在建设过程中也会产生大量的弃土弃渣，由这些弃土堆积体产生的水土流失也会给我们赖以生存的环境带来严重的威胁。值得庆幸的是，目前对现有的各类建设项目过程由于挖方、填方、运输等一系列人为活动造成的弃土堆积体的水土流失，许多专家学者通过室内模拟和野外调查进行了卓有成效的试验研究。但是已有的研究多采用了二维结构

4、的下垫面，即试验土槽人工装填下垫面进行室内模拟降雨试验研究，而将弃土堆积体转入室内进行模拟研究的却相对较少。同时开发建设项目中的弃土堆积体多为含砾石的土壤，而且砾石的空间分布信息对现有的土壤侵蚀模型包括经验模型EUROSEMR¨⋯，物理模型WEPP¨，USLEt2]等能够准确预报、模拟土壤侵蚀的时空变化规律也是必不可少的，因此将砾石纳入影响工程堆积体土壤侵蚀的主要因子来研究是十分必要的。砾石就是在土壤中粒径>2mm的矿物颗粒¨，砾石的密度、尺寸、透水性等一系列物理性质与土壤颗粒大不相同，所以土壤的人渗、径流和产沙等规律在很大程度上均会受到砾石的影响(砾石混入土壤后能够改变

5、土壤的结构以及物理性质)。曾有国外学者通过室内试验发现砾石能够大幅度地增加坡面的土壤侵蚀，然而也有研究表明砾石覆盖能够起到类似盔甲的作用而减缓土壤侵蚀H，这是因为不同的试验所选取的砾石种类、结构以及砾石含量有别，所以得出的结果并不一致。鉴于上述情况，根据赵喧等对生产建设项目弃土堆积体抽象概化出的模型⋯，选取日常生活中最常见的散乱锥状堆积体作为研究对象，在土壤侵蚀观测平台上模拟工程堆积体，采用室内人工模拟降雨的方法对含不同砾石质量百分数的散乱锥状堆积体侵蚀产沙过程进行试验研究，为日后生产建设项目弃土堆积体水土流失量测算提供科学依据。收稿日期：2014一O1—13基金项目：水

6、利部公益性行业科研专项(201201048，201201047)作者简介：王雪松(1990一)，男，内蒙古赤峰人，硕士研究生，主要从事水土保持与荒漠化防治工程方面的研究。E—mail：yubaol60030@outlook．tom671材料与方法1．1降雨装置本次模拟降雨试验在2013年7月一2013年9月之间于陕西水利部水土保持研究所人工模拟降雨大厅内进行，试验采用降雨大厅内的下喷式降雨系统完成。大厅内降雨系统均由日本引进，下喷区域降雨雨滴从距离地面18m的降雨喷头喷出，在到达地面之前能够满足降雨雨滴达到终点速度。此区域喷头可调节雨强范围30～350mm／h，降雨均匀度

7、能够达到80％以上。根据Shainberg等的研究结果表明，进行模拟降雨时，纯净水与自来水相比能够加剧坡面的土壤侵蚀，同时国际上已普遍接受采用去离子纯净水当做人工降雨的水源来进行室内模拟降雨试验”，所以本次试验采用去离子的纯净水作为模拟降雨的水源。1．2试验平台本次降雨试验平台是采用一有效堆土面积为2．5m×3．Om长方形的钢制平台，在平台后方设有两个可以调节高度的千斤顶，保证平台坡度可调节范围能够达到0。～10。。此侵蚀观测平台由上下两层组成，上层为堆土平台(模拟野外的工程堆积体放于此平台上)和下层为水沙汇集平台(降雨过程中