高寒地區(qū)水蝕發(fā)育機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)土壤侵蝕防治和強化公路邊坡生態(tài)防護對保護國家生態(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象，綜合運用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，研究了高寒地區(qū)水蝕發(fā)育規(guī)律和機理及其防控對策。通過研究，闡明了青藏工程走廊帶的土壤侵蝕強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植物防護措施（三維網(wǎng)植草、鋪草皮護坡）下的土壤侵蝕特征及其對侵蝕的調(diào)控機理；提出了寒區(qū)公路邊坡生態(tài)防護對策；為青藏高原公路建設(shè)生態(tài)防護和生態(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，為寒區(qū)復(fù)合侵蝕營力作用下土壤侵蝕預(yù)報模型的發(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度以微度

3、和輕度為主，兩種侵蝕強度占比大于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，表明其土壤侵蝕強度差異顯著，不同土地利用類型土壤侵蝕強度與137Cs含量的大小依次是林地＞草地＞耕地＞路側(cè)裸地＞風(fēng)沙地，草地土壤侵蝕強度與137Cs含量因草地的類型而呈現(xiàn)出較大的差異，排序為荒漠草原草地＞高寒草甸草地＞高寒草原草地。R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；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。在青藏工程走廊開展建設(shè)工程活動中，LS＞15的區(qū)域為水土流失脆弱

5、區(qū)應(yīng)盡量減少擾動，提高植被覆蓋度是控制該區(qū)水土流失的關(guān)鍵。
　　（2）揭示了寒區(qū)公路裸露邊坡細(xì)溝發(fā)育過程及其產(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-淺溝侵蝕過程為主，陽坡侵蝕溝發(fā)育和侵蝕程^高于陰坡。斜坡長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)溝長度和細(xì)溝侵蝕平均深度隨斜坡長度的增加整體均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。寒區(qū)裸露坡面徑流量隨著沖刷歷時的延長而增大，其波動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)沙波動呈現(xiàn)多峰多谷的特點，產(chǎn)沙過程較產(chǎn)流過程波動更為強烈。裸坡的產(chǎn)沙量與徑流量之間的倍率關(guān)系無較好的相關(guān)性，隨著沖刷歷時的延長，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)公路邊坡常見植物防護措施（三維網(wǎng)植草、鋪草皮護坡）的土壤侵蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙特征和防護效果，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)報模型。植被覆蓋可以有效坡面減少徑流和泥沙量，坡面徑流量與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%的植草護坡產(chǎn)沙的9和13倍，三維網(wǎng)植草護坡措施在邊坡植被覆蓋率達(dá)到37%時相比

8、裸坡減沙92.6-95.4%，可有效控制坡面土壤侵蝕。本試驗條件下，在放水流量為3.0L/min時，鋪草皮的防護效果低于三維網(wǎng)植草護坡。當(dāng)放水流量增加達(dá)到8.0L/min時，鋪草皮的防護效果要優(yōu)于三維網(wǎng)植草措施。三維網(wǎng)措施對產(chǎn)沙的調(diào)控能力要優(yōu)于鋪草皮措施，對產(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效果表現(xiàn)為三維網(wǎng)植草護坡優(yōu)于部分鋪草皮護坡；部分鋪草皮護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)防護措施減蝕作用主要體現(xiàn)于對坡面組成物質(zhì)中的粗顆粒的攔蓄。
　?。?）揭示了不同植物措施對坡面水蝕的調(diào)控機制。寒區(qū)坡面徑流侵蝕剝蝕率與徑流剪切力、徑流功率、過水?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，與侵蝕動能呈對數(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)程度排序為，對于水動力學(xué)參數(shù)：阻力系數(shù)＞雷諾數(shù)＞佛汝德數(shù)；對于侵蝕侵蝕動力學(xué)參數(shù)：單位徑流功率＞徑流功率＞徑流動能＞過水?dāng)嗝鎲挝荒芰俊?br>　　植草和草皮護坡具有分散削減侵蝕和防控土壤侵蝕功能。植草防護坡面徑流雷諾數(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能隨著覆蓋度的增加呈

11、指數(shù)函數(shù)減少。不同防護措施條件下，鋪草皮護坡和三維網(wǎng)植草護坡單位徑流功率較裸坡有所減少，且其減少比例接近。試驗設(shè)計三種草皮格局護坡，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)防護對策。對青藏工程走廊帶公路水土保持選線的界定標(biāo)準(zhǔn)、邊坡防護分類及策略、施工工藝進行了系統(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坡技術(shù)，寒區(qū)植被