高寒地區(qū)水蝕發(fā)育機(jī)理及公路邊坡水蝕生態(tài)防控技術(shù)研究.pdf

1、青藏高原高寒地區(qū)土壤侵蝕防治和強(qiáng)化公路邊坡生態(tài)防護(hù)對(duì)保護(hù)國(guó)家生態(tài)屏障和減少公路建設(shè)造成的水土流失具有十分重要的意義。本研究以青藏工程走廊帶（青藏公路沿線兩側(cè)48km2范圍）及青藏高原典型公路邊坡為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用GIS技術(shù)和137Cs核素示蹤技術(shù)結(jié)合RUSLE模型，并采用野外調(diào)査和放水沖刷試驗(yàn)，研究了高寒地區(qū)水蝕發(fā)育規(guī)律和機(jī)理及其防控對(duì)策。通過(guò)研究，闡明了青藏工程走廊帶的土壤侵蝕強(qiáng)度特征及其影響因素：揭示了寒區(qū)公路裸露邊坡細(xì)溝發(fā)育過(guò)程

2、及其產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律；分析了現(xiàn)有青藏高原公路邊坡常見(jiàn)植物防護(hù)措施（三維網(wǎng)植草、鋪草皮護(hù)坡）下的土壤侵蝕特征及其對(duì)侵蝕的調(diào)控機(jī)理；提出了寒區(qū)公路邊坡生態(tài)防護(hù)對(duì)策；為青藏高原公路建設(shè)生態(tài)防護(hù)和生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，為高寒地區(qū)公路建設(shè)引發(fā)水土流失的防控提供合理技術(shù)，同時(shí)，為寒區(qū)復(fù)合侵蝕營(yíng)力作用下土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型的發(fā)展提供參考。本研究的主要結(jié)論如下：
　?。?）闡明了青藏工程走廊帶土壤侵蝕特征及其影響因素。青藏工程走廊帶范圍土壤侵蝕強(qiáng)度以微度

3、和輕度為主，兩種侵蝕強(qiáng)度占比大于60％，中度以下的侵蝕類型占78.94%。不同土地利用方式的137Cs含量差異顯著，表明其土壤侵蝕強(qiáng)度差異顯著，不同土地利用類型土壤侵蝕強(qiáng)度與137Cs含量的大小依次是林地＞草地＞耕地＞路側(cè)裸地＞風(fēng)沙地，草地土壤侵蝕強(qiáng)度與137Cs含量因草地的類型而呈現(xiàn)出較大的差異，排序?yàn)榛哪菰莸兀靖吆莸椴莸兀靖吆菰莸亍值變化范圍為16-2037.03MJmm/hm2-h·a，總體呈現(xiàn)由北向南遞增的趨勢(shì)；K值

4、分布范圍為0.13-0.83t·hm2·h/hm2·MJ·mm；LS值小于5的累積面積為46%；C值以安多為界，呈現(xiàn)兩種不同的特征，安多往北的區(qū)域C值整體趨近1，安多往南的區(qū)域整體趨近0。R、K、LS、C、P值與A值的灰色關(guān)聯(lián)度分別為：0.677、0.505、0.193、0.627、0.625。低覆蓋的荒漠草原草地、高寒草原草地和風(fēng)沙地及路側(cè)裸地是走廊帶內(nèi)主要侵蝕發(fā)源地類。在青藏工程走廊開(kāi)展建設(shè)工程活動(dòng)中，LS＞15的區(qū)域?yàn)樗亮魇Т嗳?/p>

5、區(qū)應(yīng)盡量減少擾動(dòng)，提高植被覆蓋度是控制該區(qū)水土流失的關(guān)鍵。
　?。?）揭示了寒區(qū)公路裸露邊坡細(xì)溝發(fā)育過(guò)程及其產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律。寒區(qū)公路水蝕發(fā)育的主要形式以片蝕-細(xì)溝-淺溝侵蝕過(guò)程為主，陽(yáng)坡侵蝕溝發(fā)育和侵蝕程^高于陰坡。斜坡長(zhǎng)10m邊坡在1-3m和7-8m是其邊坡細(xì)溝發(fā)育和分布的主要部位，也是侵蝕主要的發(fā)生部位和產(chǎn)沙的部位。邊坡細(xì)溝的累積長(zhǎng)度、細(xì)溝侵蝕平均深度隨放水流量的增大而增大；坡面侵蝕溝寬度和深度伴隨流量增大并漸趨平衡，細(xì)溝形成后

6、坡面放水流量增大對(duì)侵蝕溝的影響逐步減弱。細(xì)溝平均寬度、深度、累積細(xì)溝長(zhǎng)度和細(xì)溝侵蝕平均深度隨斜坡長(zhǎng)度的增加整體均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。寒區(qū)裸露坡面徑流量隨著沖刷歷時(shí)的延長(zhǎng)而增大，其波動(dòng)變化程度與沖刷流量呈顯著的正相關(guān)；裸坡產(chǎn)沙量與放水流量呈正比，坡面產(chǎn)沙波動(dòng)呈現(xiàn)多峰多谷的特點(diǎn)，產(chǎn)沙過(guò)程較產(chǎn)流過(guò)程波動(dòng)更為強(qiáng)烈。裸坡的產(chǎn)沙量與徑流量之間的倍率關(guān)系無(wú)較好的相關(guān)性，隨著沖刷歷時(shí)的延長(zhǎng)，坡面侵蝕含沙量逐漸減小。裸坡累積徑流量與累積產(chǎn)沙量的關(guān)系均

7、滿足冪函數(shù)關(guān)系。
　?。?）分析了現(xiàn)有高寒高海拔地區(qū)公路邊坡常見(jiàn)植物防護(hù)措施（三維網(wǎng)植草、鋪草皮護(hù)坡）的土壤侵蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙特征和防護(hù)效果，并建立了青藏高原地區(qū)三維網(wǎng)植草措施坡面土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型。植被覆蓋可以有效坡面減少?gòu)搅骱湍嗌沉浚旅鎻搅髁颗c植被覆蓋度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，不同沖刷流量和植被蓋度配置具有控制土壤侵蝕的效果不同；裸坡產(chǎn)沙是覆蓋度為37%和74%的植草護(hù)坡產(chǎn)沙的9和13倍，三維網(wǎng)植草護(hù)坡措施在邊坡植被覆蓋率達(dá)到37%時(shí)相比

8、裸坡減沙92.6-95.4%，可有效控制坡面土壤侵蝕。本試驗(yàn)條件下，在放水流量為3.0L/min時(shí)，鋪草皮的防護(hù)效果低于三維網(wǎng)植草護(hù)坡。當(dāng)放水流量增加達(dá)到8.0L/min時(shí)，鋪草皮的防護(hù)效果要優(yōu)于三維網(wǎng)植草措施。三維網(wǎng)措施對(duì)產(chǎn)沙的調(diào)控能力要優(yōu)于鋪草皮措施，對(duì)產(chǎn)流的調(diào)控能力要小于鋪草皮措施。在非全覆蓋條件下，不同植物措施及格局搭配綜合防護(hù)效果表現(xiàn)為三維網(wǎng)植草護(hù)坡優(yōu)于部分鋪草皮護(hù)坡；部分鋪草皮護(hù)坡中草皮位于坡中下部效果優(yōu)于草皮位于頂部。高寒

9、高海拔地區(qū)公路邊坡生態(tài)防護(hù)措施減蝕作用主要體現(xiàn)于對(duì)坡面組成物質(zhì)中的粗顆粒的攔蓄。
　　（4）揭示了不同植物措施對(duì)坡面水蝕的調(diào)控機(jī)制。寒區(qū)坡面徑流侵蝕剝蝕率與徑流剪切力、徑流功率、過(guò)水?dāng)嗝鎲挝涣髁砍柿己玫年P(guān)系，單位水流功率更好用于計(jì)算徑流產(chǎn)沙量。公路裸坡臨界徑流剪切力為1.09Pa，土壤可蝕性參數(shù)為1.1×10-3s/m，臨界水流功率為0.68Pa，土壤可蝕性參數(shù)為7.3×10-3s2/m2，細(xì)溝侵蝕的臨界過(guò)水?dāng)嗝鎲挝荒芰繛?.19

10、cm。土壤侵蝕剝蝕率與單位徑流功率呈二次函數(shù)關(guān)系，與侵蝕動(dòng)能呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。利用灰色關(guān)聯(lián)分析得出各因子與侵蝕產(chǎn)沙關(guān)聯(lián)程度排序?yàn)?，?duì)于水動(dòng)力學(xué)參數(shù)：阻力系數(shù)＞雷諾數(shù)＞佛汝德數(shù)；對(duì)于侵蝕侵蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)：?jiǎn)挝粡搅鞴β剩緩搅鞴β剩緩搅鲃?dòng)能＞過(guò)水?dāng)嗝鎲挝荒芰俊?br>　　植草和草皮護(hù)坡具有分散削減侵蝕和防控土壤侵蝕功能。植草防護(hù)坡面徑流雷諾數(shù)和佛汝德數(shù)隨著覆蓋度增大而變小，阻力系數(shù)隨著草地蓋度的增大而減小，單位水流功率和徑流動(dòng)能隨著覆蓋度的增加呈

11、指數(shù)函數(shù)減少。不同防護(hù)措施條件下，鋪草皮護(hù)坡和三維網(wǎng)植草護(hù)坡單位徑流功率較裸坡有所減少，且其減少比例接近。試驗(yàn)設(shè)計(jì)三種草皮格局護(hù)坡，從坡面流態(tài)調(diào)控效果而言全鋪草皮＞中部鋪草皮＞上部鋪草皮，對(duì)比單位徑流功率，全鋪草皮＜中部鋪草皮＜上部鋪草皮。
　　（5）提出了寒區(qū)公路邊坡生態(tài)防護(hù)對(duì)策。對(duì)青藏工程走廊帶公路水土保持選線的界定標(biāo)準(zhǔn)、邊坡防護(hù)分類及策略、施工工藝進(jìn)行了系統(tǒng)論述，提出了寒區(qū)邊坡控制水土流失的新型草皮骨架綜合護(hù)坡技術(shù)，寒區(qū)植被