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

The soil and water loss caused by massive and multiple accumulations has become an important new source for the loss. There has some research on infiltration, runoff yielding and sediment yielding regulars on engineering accumulations. However, there are few reports on the protection of accumulation of production and construction projects. The soil anti-scourability, anti-erosibility and consolidation were affected by root and has a significant effect on the soil erosion from protecting. In this project, we use statistical analysis of field survey, choose accumulations in red soil area as the study subject, and combine it with indoor simulated rainfall test method. Focus on explored physical and chemical properties of earth and rock mixed media on accumulations with effect of different root morphology vegetation planting. Clarifying the characteristics of soil and water loss as affect with root and preferred the best vegetation protection system for accumulations. Study the characteristics of erosion morphology on accumulations under continuous artificial simulated rainfall tests. Establishing a quantitative relationship between root features with infiltration, sediment amount and runoff volume. Clarifying the effect of different root morphology vegetation planting on slope erosion mechanisms of engineering accumulations. The scientific basis we provide for the civilized norms of production and construction projects as well as the prevention of accumulations erosion has important scientific significance and practical value.

现阶段大量的、类型多样的松散工程堆积体引发的人为水土流失已成为当前新增水土流失的重要来源之一。国内外针对含砾石下垫面的入渗、径流、产沙等方面已有一定研究，但针对生产建设项目工程堆积体防护方面的研究鲜有报道，而植被根系的抗蚀抗冲性、固结作用对于有效防护堆积体水土流失具有显著效果。本项目基于野外调查统计分析，以红壤堆积体模型为研究对象，采用室内人工模拟降雨试验，重点探索不同根系结构植被配置模式对堆积体土石混合介质理化性质的影响；阐明不同根系影响下堆积体水土流失规律特征，优选出最佳的堆积体植被防护体系；通过连续人工模拟降雨试验，研究根系影响下堆积体侵蚀形态变化特征。建立根系特征与入渗、侵蚀量、径流量间的定量关系，阐明根系结构植被配置模式对堆积体坡面侵蚀机理影响，为文明规范生产建设项目及有效防治堆积体侵蚀提供科学依据，具有重要的科学意义及广泛的生产价值。

经济的迅猛发展导致生产建设项目数量急剧增加，尤其是建设项目形成的工程堆积体边坡，已成为新增水土流失的主要策源地。目前针对工程堆积体水土流失机制已有较多研究，但针对工程堆积体水土流失防护，尤其是植被防护堆积体侵蚀机制及减水减沙效益的定量化研究仍较薄弱。本研究基于野外调查，采用野外模拟降雨、降雨+上方汇水试验方法，在厘清植被对工程堆积体理化和力学性质影响的基础上，分析两种驱动力条件下直根系和须根系的根茎叶对堆积体边坡水文、侵蚀过程的影响，阐明植被防护堆积体侵蚀的动力机制，并定量计算其减水减沙效益，最终揭示植被防护堆积体坡面侵蚀和调节水文过程的内在机理。结果表明：（1）植被堆积体容重较裸坡降低10.69-20.75%，饱和含水率是裸坡的1.54-2.17倍，稳定入渗速率是裸坡的1.82-3.43倍，植被防护堆积体坡面的紧实度小，促进入渗，提高抗冲刷能力；（2）植被使堆积体坡面的侵蚀和水文过程趋于稳定，延缓严重侵蚀发生的时间。在单独降雨条件下，植被减沙效益接近减流效益的2倍，其中，直根系对减沙效益更显著，而须根系对减流效益更显著。当加入上方汇水后，直根系和须根系对于减沙效益相近，但直根系的减流效益大于须根系；（3）植被的完整性对减少堆积体侵蚀具有重要影响，完整性越高，侵蚀程度越低。直根系主要通过根系减少堆积体侵蚀速率（根系：冠层=63%：37%），而须根系主要通过冠层（根系：冠层=15-28%：72-85%）；（4）侵蚀营力的变化改变了堆积体侵蚀过程。单独降雨条件下，苜蓿减少堆积体侵蚀量11.33%，而加入上方汇水后，堆积体侵蚀量减少64.61%。在不同处理下，侵蚀速率与径流率之间存在显着的线性相关性。通过本项研究，填补了目前针对人为填筑堆积体坡面缺乏防护且对植被防护生产建设项目堆积体的理论依据不清的空白，为生产建设项目堆积体坡面植被防护提供科学依据，能有效指导工程实践。