高分子聚合物径流调控功能试验研究

Abstract

干旱缺水与水土流失并存是制约干旱半干旱地区经济社会可持续发展的主要限制因子，坡面降雨径流既是产生水土流失的动力，又是缓解干旱缺水的重要水源。通过地表径流调控手段，消除水土流失动力，同步实现水土流失治理与水土资源高效利用一直是近年来人们研究的热点课题。本文以高分子聚合物对地表径流的调控功能为主要研究内容，提出了两种思路，一是通过施加入渗型高分子聚合物增加土壤入渗，削弱地表径流的冲刷作用，将径流存储于土壤之中供作物利用；二是施加产流型高分子聚合物使土壤表面形成集流面，将径流异地储存供作物利用等。通过室内试验和室外人工模拟降雨实验相结合的方法，研究不同高分子聚合物对降雨径流的调控功能和防蚀功能，并筛选出了几种对土壤入渗、产流产沙影响显著的高分子聚合物及其适宜的施用浓度。主要研究结果如下：&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1. 根据不同高分子聚合物喷施土壤表面后，对土壤入渗性能的改变以及对降雨径流的调控作用可将其划分为两种类型，一种是增加降雨土壤入渗、减少径流的入渗型高分子聚合物，另一种是可以减少降雨土壤入渗、增强产流的产流型高分子聚合物。2. 本研究选择了聚丙烯酸、聚乙烯醇、脲醛树脂三种入渗型高分子聚合物，以不同浓度施入土壤，通过室内、室外试验相结合的方法研究，结果表明：①三种高分子聚合物均是较好的土壤结构改良剂 ，经这三种高分子聚合物处理后的土壤水稳性团粒含量平均增加17.27%，渗透性能提高41.81%，容重减少11.18%，土壤持水能力较对照提高2.8倍。②坡地喷施上述高分子聚合物能显著推迟产流时间，减少径流量42.05%、土壤侵蚀量58%以上。③根据高分子聚合物不同施用浓度的地表径流调控能力和防蚀效果，确定三种高分子聚合物最佳施用浓度范围分别为4.8%--6.0%，1.6%--2.0%，10.0%--12.5%，即116&mdash;145ml/m2,36&mdash;40g/m2,180.0&mdash;240.0ml/m2。其中聚丙烯酸为径流调控功能最为显著的入渗型高分子聚合物，今后还需对其作用效果的持续性、最佳施用量做进一步研究。3.本研究初选了土壤固化剂(SR500)、有机硅树脂、沥青乳剂三种产流型高分子聚合物，通过室外人工降雨模拟试验，分析了坡面经三种材料喷施处理后对产流时间、集流效率、土壤侵蚀量的影响。结果表明：三种材料处理后产流时间均较对照提早1/3倍；集流效率平均为72.0%，连续降雨条件下为85%以上，土壤侵蚀量较对照明显降低。根据高分子聚合物不同浓度下的地表径流调控能力和防蚀效果，确定三种高分子聚合物适宜浓度范围分别为6.0%--8.0%，8.0&mdash;10.0%，10.0%--12.5%，即69.0&mdash;99.0ml/m2，99.0&mdash;121.0ml/m2， 121.0&mdash;151.0ml/m2。综合考虑技术、经济因素，最终确定有机硅树脂为值得推荐的产流型高分子聚合物，集流效率77.5%，投资只需2.5元/m2，与混凝土(7&mdash;25元/m2)相比价格低廉，施工简便。今后还需其施工工艺、有效性做深入研究。</span