黄土区工程堆积体水蚀 特征及 坡度因子试验研究

Abstract

伴随我国基础设施建设项目投资力度的不断加大，各类生产建设项目日益增多，在 建设过程中，大量的植被遭到破坏，地表和地下的土体被扰动、剥离和运移，造成了严 重的人为水土流失，生态环境问题愈加严峻。特别是在该过程中，形成的大量弃土弃渣 体，亦即工程堆积体，因无任何防护措施的非法乱堆乱弃，成为水土流失最为严重的地 方，同时也成为人为新增水土流失最主要的泥沙策源地，造成了局部生态环境的进一步 恶化。分析认为，要建立我国生产建设项目水土流失测算模型，依然需要借用美国通用 流式方程 ULSE 的思想，对其可蚀性、坡度坡长、降雨侵蚀力诸因子进行修订，而这方 面的工作目前依然属于空白。因此，本文以黄土区生产建设工程堆积体为主要研究对象， 采用室内人工模拟降雨方法，通过对室内模拟工程堆积体的产流、产沙和水动力学特征 进行研究，探讨其土石体侵蚀机理和水土流失规律，确定工程堆积体水蚀测算模型坡度 因子 S 值的关系表达式和定值方法。为最终建立生产建设项目工程堆积体水土流失测算 模型以及主管部门监督执法提供了科学依据，具有重要的科学意义和实际应用价值。主 要得出以下结论： （1）不同石砾含量条件下，径流率、径流输沙率分别是降雨量的线性和指数函数。 径流率、径流输沙率与降雨量和坡度分别呈显著的复合线性和复合幂函数关系。径流输 沙率与径流率之间的关系可以用指数函数来描述。 （2）不同降雨量条件下，径流率与坡度呈显著的线性函数关系，与坡度和石砾含 量呈显著的复合线性函数关系。当降雨量为 45、90 和 112.5 mm 时，径流输沙率与坡度 和石砾含量均呈显著的复合线性函数关系。当降雨量为 90 和 112.5 mm 时，径流输沙率 与石砾含量呈显著的指数函数关系。 （3）不同坡度条件下，径流率、径流输沙率分别是降雨量的线性和指数函数。径 流率、径流输沙率与石砾含量无相关关系。径流率、径流输沙率分别是降雨量和石砾含 量的复合线性函数。径流输沙率均是径流率的指数函数。 （4）不考虑坡度和石砾含量的影响，径流率、径流输沙率分别与降雨量呈显著的 线性和指数函数关系。径流率、径流输沙率是降雨量、坡度和石砾含量的复合线性函数。5）石砾含量相同条件下，径流剪切力和水流功率均随降雨量的增大而增大。单 位水流功率随降雨量和坡度的增大而递增。坡度相同条件下，径流剪切力和水流功率均 随降雨量的增大而增大。降雨量是影响径流剪切力和水流功率的主要因素。降雨量相同 条件下，单位水流功率随坡度的增大而增大，坡度对单位水流功率的影响最大。 （6）径流剪切力是降雨量、坡度和石砾含量的复合线性函数，水流功率、单位水 流功率是降雨量、坡度和石砾含量的复合线性函数。土壤剥蚀率与径流剪切力、水流功 率、降雨量之间的关系分别可以用指数函数来表达，与单位水流功率、弗汝德数则分别 呈现为二次方函数关系，与雷诺数、阻力系数分别呈幂函数关系。各水动力学参数与土 壤剥蚀率拟合结果的优劣关系依次为：降雨量、水流功率、单位水流功率、弗汝德数、 阻力系数、径流剪切力和雷诺数。土壤剥蚀率是降雨量、坡度和石砾含量的复合线性函 数。 （7）结合工程堆积体的特点，首次对我国各类工程堆积体水蚀测算模型的标准小 区和坡度因子作了如下定义。标准小区：规定坡度为 35&ordm;，坡长为 20m，裸露的工程堆 积体作为我国各类工程堆积体水土流失研究的标准小区。坡度因子定义：在其他条件相 同的情况下，任一特定坡度的工程堆积体产生的土体流失量与坡度为 35&ordm; 的工程堆积体 产生的土体流失量之比。 （8）分别运用本文中回归拟合得到的坡度因子幂函数和三角函数方程式，建立了 坡度在 15&ordm;~44&ordm; 之间的坡度因子 S 值的查算表。 关键词：生产建设项目；工程堆积体；标准小区；坡度因子；水动力学参数</p