华南崩岗溯源侵蚀与泥石流启动和形成的试验研究

研究表明，崩岗溯源侵蚀与华南花岗岩红层地区坡面和小型沟谷泥石流的形成有因果关系。崩岗沟壁溯源侵蚀导致崩壁后退产生大量泥沙成为泥石流的直接补给源，在降雨作用下，崩岗源区的微型块体运动可以沿坡向下输送泥沙并形成更大的地表径流。高含沙量的地表径流能够更加容易地搬运粗大的松散固体物质而形成泥石流。在测定崩岗土体物理性质基础上，采用野外现场人工降雨试验方法，测定降雨时间和强度、产流时间和径流量、地形坡度等试验参数，分析泥石流启动的临界水分条件。通过雨季前后崩岗沟壁溯源侵蚀的对比测量，测定产沙量及后退侵蚀速率，分析泥石流形成所需的最少松散固体物质储量。通过华南崩岗型泥石流的特色研究，探求崩岗泥石流源区土体吸水能力、渗透能力、降雨强度、地形坡度与地表径流之间的内在联系，揭示地表产流时降雨强度与地形坡度、松散固体物质与沟道比降的非线性规律，对认知崩岗型泥石流启动和形成机理及预测预报具有理论意义和应用前景。

本项目以广东五华县莲塘岗崩岗为例，经过4年的地形监测、土壤剖面水分监测、土壤渗水实验、土体崩解实验、人工模拟降雨试验，以及土体物理（化学）性质的测定，结合三维激光扫描技术和GIS数据和图形处理技术，得出如下主要研究成果。（1）崩岗年平均侵蚀量833 m3，平均侵蚀模数222 408 t/(km2•a)，中下部位侵蚀量占侵蚀总量的55.6%，坡度40°~60°的坡面为侵蚀量最大的区域，占侵蚀总量的49%。雨季平均侵蚀量499 m3，干季平均侵蚀量291 m3。降雨强度超过100 mm/24 h的大暴雨对崩岗侵蚀发生具有较大影响，暴雨雨量与崩岗侵蚀量具有正相关关系。（2）崩岗土体含水率自崩口向崩壁逐渐升高，200 mm土层及以上含水率在20%以下，200 mm土层以下含水率在20%以上；7 d前期累积降雨量对崩岗土体含水率有显著影响。（3）崩岗堆积体水分入渗速率与时间成负指数幂函数关系；堆积土体平均稳渗率为1.37 mm/min，沟道土体平均稳渗率高达5.58mm/min；渗水试验监测到湿润锋深度为600~1000 mm，表明崩积锥可能的最大失稳深度至少为600~1000 mm，甚至可达1000 mm以上。（4）崩岗堆积体坡面产流时间随降雨强度增加而迅速减小，两者呈负指数幂函数关系；堆积体坡度对产流时间的影响比较弱，只有当降雨强度达到4 mm/min时，堆积体坡度与产流时间的变化才呈现出线性负相关关系。（5）崩岗土体主要为黏粒含量较高的含砾粗砂土，土壤可蚀性比南方红壤强。崩岗流域具备发生泥石流的地形和物质条件，在降雨激发下，可以发生崩岗型泥石流—泥砂流，是泥石流大类中一个新亚类。项目研究期间，发表标注论文9篇，待刊论文2篇。培养崩岗研究的硕士生1名，连海清，已毕业，硕士论文《崩岗岩土性状与稳定性分析》；博士生1名，张大林，2015年6月答辩，博士论文《崩岗地貌侵蚀过程定位监测与试验研究—以广东五华县莲塘岗崩岗为例》。