工程堆积体流速及产沙特征对坡长及砾石作用响应
2023
李魁 | 王文龙 | 李建明
随着经济社会的高速发展以及工程建设项目的快速递增,大量生产建设项目扰动地表并破坏原地貌植被,大范围且不平衡的挖填活动使得多余的土石混合堆积,尤其在山区工程建设形成的多余土石混合介质,堆积在沟道和河道上游及边坡,在强降雨条件下易发生严重水土流失,甚至造成滑坡、泥石流等灾害。以人为重塑工程堆积体为研究对象(坡度25°),通过模拟降雨试验,开展极端降雨条件下(降雨强度为2.5 mm/min)不同坡长(3,5,6.5,12 m)及砾石质量分数(0,10%,20%,30%)共同作用对堆积体流速空间分布特征及产沙特性影响的研究。结果表明:(1)坡长12 m时流速在降雨全过程始终处于波动状态,随砾石质量分数增大,波动幅度减小,而坡长3,5,6.5 m下的流速随产流历时呈先递增后趋于稳定的变化趋势。中下坡位平均流速是中上坡位的1.12~1.54倍,随着坡长增大,平均流速递增17.81%~335.94%,含砾石堆积体平均流速较纯土堆积体降低22.88%~54.67%,砾石质量分数比坡长对流速影响更显著。(2)纯土堆积体平均侵蚀速率随坡长显著增大,递增幅度达7.88%~87.67%,而含砾石堆积体随坡长增大在3~5 m呈下降趋势,降低9.10%~28.86%,但随后又显著增大,存在1个临界坡长。坡长为6.5,12 m的堆积体平均侵蚀速率较3 m增大22.33%~122.48%。砾石具有显著降低堆积体坡面侵蚀效果,其减沙效益达到24.99%~59.54%,且砾石对堆积体平均侵蚀速率影响的贡献是坡长的1.13倍。(3)堆积体坡面中上坡位流速对侵蚀速率影响大于中下坡位,平均侵蚀速率与流速之间呈极显著相关,流速可作为平均侵蚀速率的表征参数,其线性拟合关系较好(R2=0.67~0.95)。研究成果进一步深化了土壤侵蚀学科内涵,可为生产建设项目工程堆积体侵蚀预测模型提供数据基础,同时也为阐明工程扰动坡面侵蚀内在机制提供理论依据。
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