【摘 要】
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随着社会经济的高速发展,全国各类生产建设项目在实施过程中产生了大量的扰动地面和弃土弃渣工程堆积体,造成了严重的土地资源破坏、景观破损与人为水土流失。众所周知,工程堆积体水土流失对环境危害的程度明显大于农耕地,相比其土壤侵蚀也具有明显的独特性和差异性,成为目前新增水土流失的主要策源地之一。一般情况下工程堆积体在短时间内搬运处置难度较大,亟需采取快速的防护措施,在其坡面种植草被是有效防止水土流失的手段
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金项目“不同根系结构植被配置模式影响工程堆积体坡面侵蚀机理(41701316)”; 国家重点研发计划项目“黄土高原区域生态系统演变规律和维持机制研究”子专题“不同生态修复模式对生产建设项目土壤侵蚀控制机制(2016YFC0501604-04)”;
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随着社会经济的高速发展,全国各类生产建设项目在实施过程中产生了大量的扰动地面和弃土弃渣工程堆积体,造成了严重的土地资源破坏、景观破损与人为水土流失。众所周知,工程堆积体水土流失对环境危害的程度明显大于农耕地,相比其土壤侵蚀也具有明显的独特性和差异性,成为目前新增水土流失的主要策源地之一。一般情况下工程堆积体在短时间内搬运处置难度较大,亟需采取快速的防护措施,在其坡面种植草被是有效防止水土流失的手段之一,然而,当前对于植被防治工程堆积体水土流失的机理尚不清晰,尤其是草被种植密度及植被地上、地下部分对调控工程堆积体坡面侵蚀的影响较为薄弱。因此,本文以新堆置的工程堆积体为研究对象,采用人工穴播草种方式,在堆积体表面种植不同密度的苜蓿,采用野外模拟降雨试验方法,分析不同苜蓿密度及其地上、地下部分对工程堆积体坡面产流产沙规律、水动力学特性以及减流减沙效益的影响。主要结论如下:(1)植被种植密度增大促使堆积体坡面径流流态由急流向缓流过渡,植被覆盖可提高堆积体坡面临界径流剪切力、径流功率。雨强为0.8~1.8 mm/min,种植密度为PD10(10 cm×10 cm)时的堆积体坡面径流流型流态为缓态层流,PD15和PD20则为缓态层流和急态层流两种状态。堆积体坡面产沙率与径流剪切力、径流功率呈显著的线性函数关系(P<0.05)。相同雨强条件下,植被覆盖堆积体坡面的临界径流功率、临界径流剪切力随种植密度增大而减小,种植密度为PD20的临界径流功率、临界径流剪切力是其他种植密度的1.50~3.00倍和1.10~2.50倍。径流功率对植被覆盖堆积体坡面侵蚀动力的描述优于径流剪切力。(2)植被能有效减缓工程堆积体坡面径流产生,减少堆积体坡面径流产沙,有效调控工程堆积体坡面水沙趋于平稳变化。植被覆盖后的堆积体坡面与裸坡产流时间相比延长0.71~3.94 min。当种植密度由PD20增至PD10,植被减缓径流效益增大12.79%~264.75%,径流率和产沙率减小0.92%~69.68%和0.66%~95.78%。与裸坡堆积体相比,植被覆盖坡面与裸坡次降雨产流量、产沙量相比减小60.20%~90.09%和53.33%~98.54%。裸坡水沙关系波动变化,而植被覆盖的堆积体坡面产沙率与径流率呈显著的线性函数关系(P<0.05)。(3)地下部分在产流前期可减少堆积体坡面产沙,但产流后期会加速堆积体坡面侵蚀,增沙率可达285.24%。雨强为0.8 mm/min,地下部分减流和减沙贡献均高于地上部分,前者较后者增长13.71%~127.32%和58.74%~490.44%;降雨强度为1.2和1.8mm/min时,二者呈波动增长变化趋势,产流后期地下部分会加速坡面产沙,地上部分减流贡献、减沙贡献高于地下部分,地上部分的减流贡献较地下部分增长3.66%~739.59%和8.19%~189.64%。
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