植被固土减蚀作用的力学效应

通过分析黄土丘陵沟壑区第一副区、第二副区和水蚀风蚀交错区不同植被坡面土壤的抗剪切力特性,研究植被固土减蚀的力学效应.结果表明,不同植被坡面土壤抗剪强度随垂直压力的增大而呈线性增大,抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;由于根系的固结作用,植被坡面土壤的抗剪强度明显增加,植被坡面的黏聚力和内摩擦角角度大于裸地坡面的黏聚力和内摩擦角角度;不同植被坡面的黏聚力是裸地黏聚力的1.04～2.11倍,不同植被坡面的内摩擦角角度是裸地内摩擦角角度的1.03～1.19倍;不同植被坡面黏聚力与侵蚀产沙量呈显著的负相关关系,随着黏聚力的增大,产沙量呈下降的趋势;不同植被坡面产沙量随径流切应力的增大而增大,具有较好的线性相关关系.在上述分析基础上,建立了临界径流切应力与土壤抗剪强度和黏聚力的关系,从力学层面认识了坡面侵蚀产沙的过程机理.     

低山丘陵区开发建设项目水土保持与生态建设

边坡植被恢复是解决高速公路建设所造成的环境破坏问题的重要手段之一,已受到人们的普遍重视.但是,对坡面植被恢复质量的评价尚没有统一、公认的指标体系.基于恢复生态学和美学的理念,在分析坡面植被功能的基础上,参考道路工程、植物生态学、恢复生态学、草地生态学、水土保持学、景观学等理论.提出了绿期、盖度、多度、截流量、综合抗性、根系稳定效果、景观优美度、管理水平8个重要评价指标,并给出了各指标的量化计算办法.利用AHP评判矩阵计算了各评价指标的权重.根据坡面植被群落的演替规律,提出了建议的评价时间,得出了坡面植被恢复质量的评价值,确定了质量等级.结合2008年奥运公路--济南至青岛高速公路南线工程,进行了实例分析.     

黄丘区野外坡面产流产沙过程对不同植被覆盖结构的响应

植被覆盖结构是影响坡面侵蚀过程的重要因素,通过在黄丘区罗玉沟流域开展自然植被覆盖坡面野外模拟降雨试验,分析了90 mm/h雨强条件下地下根系、地下根系+地表结皮层和地下根系+地表结皮层+植被冠层3种不同覆盖结构对坡面产流产沙过程影响。结果表明:植被根系层次对增强土壤入渗起主导作用,使土壤入渗量增加67%,稳定入渗率增加39.7%;3种植被覆盖结构中,地表结皮层对产流和产沙具有最好的调控作用,减流贡献率和减沙贡献率分别为43%和67%;根系小区和裸地小区累积产流量与累积产沙量之间呈幂函数关系,随着植被覆盖结构的叠加,累积产流量与累积产沙量之间呈线性函数的关系;多层次植被覆盖结构能够延长坡面侵蚀过程的发育期,缩短活跃期。研究结果对定量评价植被措施的减水减沙作用具有重要意义。     

黄土高原幼树对坡面流水力学特性及泥沙颗粒组成的影响

选择黄土高原典型树种侧柏、油松、元宝枫和刺槐的一年生树苗,将其栽植于土槽中生长3 a。采用人工模拟降雨的方法,并与裸地进行对照,研究了森林幼树冠层及根系层对坡面流水力学特性及流失泥沙颗粒组成的影响。研究结果表明:(1)各试验坡面小区径流流量均较大,坡面流的平均水深均<1 mm。裸地坡面坡面流的流态为急流,其它各小区均为缓流。去除植被地上部分和表层易扰动土后,刺槐和元宝枫坡面的坡面流已接近临界流,而且两坡面的减流减沙作用明显变弱,侧柏和油松坡面的坡面流流态仍为缓流,减流减沙作用增强。(2)流失的泥沙中,有林冠覆盖的坡面流失的黏粒(<0.001 mm)所占的比例比裸地坡面的高出1.40%~2.00%,>0.05 mm粒径的泥沙颗粒所占比例比裸地坡面的小1.04%~1.26%。试验结束后,只有裸地坡面有明显的粗化层。(3)去除植被地上部分和表层易扰动土后,坡面流失泥沙颗粒的平均粒径大于有林冠覆盖的坡面,但小于裸地坡面。黏粒的百分含量随试验时间不断波动,说明森林植被的根系增加了林地的抗蚀力。     

坡面径流侵蚀产沙机理试验研究

利用野外模拟降雨试验,分析不同植被条件覆盖下坡面降雨入渗产流和侵蚀产沙过程特征及其互作关系,阐明不同植被类型对坡面降雨侵蚀产沙过程的调控机理及其差异。结果表明：荒地、草地和坡耕地坡面产流产沙过程线均较林地的强烈,呈现出多峰多谷的特点,产沙过程较产流过程波动更为剧烈;坡面累计产沙量随累计径流量增加呈幂函数显著递增趋势,坡面侵蚀产沙过程表现为发育期、活跃期和稳定期3个阶段。在水沙调控方式上,林地主要通过植被根系削减侵蚀动力、增加入渗、削减径流及减缓流速等途径实现水沙调控,具有蓄水减沙的水土保持功效;草地植被主要通过地表植被冠层拦截实现水沙调控,具有直接拦沙的水土保持功效;植被空间结构对水沙调控作用有明显差异,其中植被根系的存在对发挥植被水土保持作用至关重要。     

植物根系抗侵蚀指标及模型研究进展

植物根系能显著抑制土壤侵蚀过程,实现固土护坡目标。随着植被重建进程的加快,表征根系抗侵蚀的指标和模型研究日趋合理完善。其中,根系指标选取集中反映在根系的形态特征和空间特征,而模型构建侧重理论型模型探索与修正。本文在综述植物根系抗侵蚀形态特征和空间特征指标及模型的基础上,发现目前应用的根系表征指标不能很好地关联根系形态特征和空间连接特征在坡面土壤抗侵蚀中的综合效应。为此,提出了"根系构架"的新概念,以期为坡面土壤侵蚀与植被配置的关系研究及模型参数优化提供一定的参考。     

库区坡面植被水土保持生态建设模式

通过对坡面产沙、植被水土保持机理以及库区坡面植被水土保持生态建设模式的研究,结果表明:减小水流拖拽力、水流上举力以及增大土壤的黏聚力都有利于水土保持;植被冠层及枝干的水土保持作用主要体现在植被冠层的水分截留、削弱降雨的溅蚀功能以及抑制地表径流等几个方面;而根系的水土保持作用主要体现在菌根及分泌物能降低土层重度、增加土层的黏聚力,根系能增加土体的有效孔隙度、改善土体的渗透性能。库区坡面有效的水土保持栽植模式应该是:在坡顶,以封山育林为主;在坡面,应垄沟结合,辅以坡改梯等配套工程措施,种植附加值较高的经济作物。     

微立地因子植被恢复法在汶川地震植被重建中的应用

“5·12”汶川大地震造成的滑坡、泥石流、崩塌等地质次生灾害使当地的植被毁坏严重,微立地因子植被恢复法适用于地震灾区复杂的立地条件植被重建。在研究灾区植被破坏类型的基础上,将损毁植被的坡面划分为岩质边坡、土质边坡、土石边坡3种类型,并对不同坡面进行微立地因子类型划分,针对不同立地条件选择适宜植被恢复技术,促使灾区尽快植被重建,并为微立地因子植被恢复法的完善提供重要依据。     

退耕驱动的近地表特性变化对土壤侵蚀的潜在影响

黄土高原是我国、乃至全球土壤侵蚀最严重的区域之一,侵蚀强度及时空分布特征受近地表特性的显著影响.退耕还林(草)工程大面积的有效实施,势必会引起近地表特性(土壤理化性质、植被茎秆、枯落物、生物结皮、根系系统)的显著变化,进而对坡面径流的水动力学特性及侵蚀过程产生影响.本文从退耕驱动的近地表特性变化、近地表特性变化对坡面径流水动力学特性的影响、近地表特性变化对土壤侵蚀过程(土壤分离、泥沙输移、泥沙沉积)的影响及其机制、区域土壤侵蚀对退耕的响应4个方面较为系统地总结近几十年国内外的研究成果,并提出了目前亟待强化的研究领域.这对理解退耕坡面土壤侵蚀过程及其动力机制、建立植被覆盖坡面的土壤侵蚀过程模型、评价退耕坡面的水土保持效益,具有重要的理论意义.     

植被格局对坡面流阻力影响的试验研究

利用室内模拟降雨试验,定量研究在15°坡度和60,90,120,150mm/h降雨强度下,茵陈蒿(Artemisia capillaris)不同分布格局对坡面流阻力(Darcy-Weisbach阻力系数,f)的影响。结果表明:由于植被格局的阻滞作用,相对于裸地坡面,不同格局坡面流阻力系数明显增大,平均阻力系数是裸坡的1.25~13.13倍;带状格局(BP)、棋盘状格局(CP)和小斑块格局(XP)增强坡面流阻力的作用显著高于长条状格局(LP)。剪除地上部分后,根系作用坡面阻力系数显著降低,约为裸坡的0.75~3.78倍。裸坡平均阻力系数随雨强增大呈减小趋势,完整植被格局和根系作用坡面相对阻力系数(与裸坡阻力系数比值)随雨强增大呈指数函数增大。阻力系数与水流雷诺数的关系可用幂函数表示;阻力系数与坡面侵蚀速率呈极显著幂函数关系。     

荒草地小区土壤侵蚀的7Be示踪研究

通过裸露地小区和荒草地小区7Be示踪对比研究,发现坡面植被覆盖对利用7Be示踪估算坡面土壤侵蚀速率有较大影响.在Walling等提出的7Be示踪估算裸露坡面土壤侵蚀速率模型中引入植被因子,估算有植被覆盖坡面的土壤侵蚀速率,结果显示修正后模型计算值与小区实测值比较接近,说明增加植被因子后的模型能够很好估算有植被覆盖坡面的土壤侵蚀速率,有关结果可为深入研究植被覆盖与土壤侵蚀之间的响应关系提供有效手段.     

植被固坡机制的研究

植被的有无对坡面发生表层滑坡有着很大的影响。日本学者执印康裕从水文学、机械学两个方面研究了植被对表层滑坡影响机制,分析植被防止表层滑坡的发生、发展的力学作用,利用植被防止滑坡是根据植被的根系具有增加土质强度的机能作用,这种作用的大小主要取决于坡面基岩特点、土层厚度、植被(树种)组成、林龄等因素。     

不同雨强对我国西南喀斯特山区土壤侵蚀影响的模拟研究

选取我国西南喀斯特地区作为研究区域,通过资料查询、野外考察,设计加工满足该区域雨强范围的针管式人工降雨装置,在不同地表覆盖情况下,针对不同雨强对土壤侵蚀的影响进行了16场室内模拟试验,结果表明(1)坡面径流率在产流后180～300s之后保持稳定.随着雨强的增大坡面径流率增大,同雨强时坡面覆盖的植被或岩石均有明显的减流效果.(2)坡面输沙率变化可分为快速增大、迅速减小、增大、缓慢减小和趋于稳定5个阶段.坡面平均输沙率均随雨强的增大而增大.同雨强时坡面覆盖的植被或岩石的减沙效果显著.(3)坡面总径流量随雨强的增大而增大,同雨强时裸地坡面总径流量最多.裸地、植被覆盖(70%)地、植被一裸岩覆盖(70%～60%)地坡面总侵蚀量随雨强的增大而增大.裸岩覆盖(60%)地坡面总侵蚀量随坡度的增大而先增大后减小,在60～114mm/h之间存在土壤侵蚀的雨强转折点.同雨强时裸地坡面总侵蚀量最大,植被或岩石覆盖的减沙量均在71%～88%之间.     

含植被坡体稳定性的年际变化规律研究

植被对边坡稳定的影响主要体现在2方面,一是植物地上部分的自重以及风荷载对坡面的压力;二是植物根系的固土作用.植物种类和生长期对含植被坡体土壤抗剪强度的影响随植物的生长发育过程而变化,且这种变化难以量化.本文通过构建单株植物模型,分析含有不同类型植被的浅层均质土坡安全系数的年际变化规律.结果表明,在综合考虑植被自重、风荷载和根系的影响条件下,含侧柏和荆条的坡体安全系数会随着植物的生长发育逐渐增大,分别在树龄为50年和30年左右达到峰值1.549和1.817,随后趋于稳定,二者的峰值安全系数较植被种植初期分别增加46.8％和54.9％.植被自重和风荷载减弱坡体的稳定性,其中植被自重影响相对较小,使含侧柏和荆条坡体的安全系数分别降低0.1％和0.7％,而风荷载的影响较为明显,使其安全系数分别降低5.9％和5.8％.研究结果可为正确评估坡体稳定性以及布设植物护坡措施提供一定的科学参考.     

植被根系固土机理研究进展

坡面植被不仅可以稳定岩土边坡,而且具有美化生态环境的作用。为了阐明植被根系对不稳定斜坡的影响,根据多年来根系固土的研究成果,从根系固土力学基础、根系几何力学特性、根系对土壤抗冲与抗剪的影响等方面,对植被根系护坡机理进行了综述,分析了目前研究中存在的不足,并就今后研究中应注意的问题提出了看法。     

高速公路生态护坡技术的水土保持效应研究

对高速公路生态护坡工程开展试验观测。研究探讨生态护坡技术的水土保持效应。结果表明，在高速公路高陡边坡上采用生态护坡技术建植草本植被。在短期内可完全覆盖坡面，水土保持效果显著，可抑制边坡侵蚀的发育，有效控制坡面沟蚀的发生，在中雨到暴雨的情况下，边坡径流系数在15．97％以下，土壤流失量极小。生态护坡技术的水土保持机理主要与草本植被对降雨的截留、雨滴能量的削减、坡面径流的抑制、根系的锚固与加筋作用，以及生态护坡技术本身的工艺特性有关。     

冀北山区强风化岩坡面水土流失治理技术

在冀北山区,强风化岩坡面是最不易治理、侵蚀最为严重的干旱坡面。按照现状的地表植被覆盖度,将强风化岩坡面划分为裸坡、低覆盖坡、高覆盖坡3种类型,对其分别采用水平沟编篱技术、隔坡生物篱技术、小鱼鳞坑整地技术,栽植沙棘、油松两个优选树种进行综合治理,实现了强烈剧烈侵蚀劣地的坡面绿化。     

暴雨条件下植被对黄土沟坡重力侵蚀的影响

研究植被对重力侵蚀的作用机理可为黄土高原水土保持规划提供依据。通过对坡度70°、坡高1.5 m的黄土沟坡裸地模型和根土复合模型(简称根土模型)的降雨模拟试验,对比分析暴雨条件下植被对沟坡重力侵蚀的影响。结果表明:植被对沟坡重力侵蚀总量的影响不显著,根土模型5次降雨后次降雨重力侵蚀量平均值仅较裸地模型减小12%。植被能够一定程度上促使沟坡雨后重力侵蚀的增长,根土模型雨后重力侵蚀总量占次降雨重力侵蚀总量的比例为12%,而裸地模型相应的比例仅为1%。沟坡植被对不同类型重力侵蚀的影响差异较大,相同下垫面地形条件下和同样的5次降雨后,根土模型发生的崩塌、滑坡、泥流总量较裸地模型分别变化了-72%,220%,-69%。植被对沟坡重力侵蚀的作用是多方面因素综合的结果,植被根系的"加筋"固结作用促使重力侵蚀量减少,但植被的自重和促进渗透作用又可加剧重力侵蚀,植被根系的根劈作用也可能加剧滑坡的发生。在易于发生泥流的沟坡带,植被措施可作为水土保持工程措施的重要补充。研究结果可为重力侵蚀机理分析和治理规划提供参考。     

黄土高原干旱阳坡微地形土壤水分特征研究

黄土高原地区坡面内地表的起伏形成微地形,利用其土壤含水量的差异来提高植被成活率已经成为黄土高原生态恢复建设的重要方向.采用探针式TDR对陕西省吴起县合家沟流域内的微地形及其相应原状坡的土壤含水量进行测定.结果表明,微地形对土壤含水量有显著影响,阳坡各微地形土壤水分顺序为:塌陷>切沟底>缓台>浅沟底>原状坡>陡坎.0-20cm土层土壤水分变异系数最大的是切沟底为405,最小的是缓台仅0.226,阴坡原状坡各层的变异系数均小于阳坡的微地形.最后指出黄土高原地区植被恢复建设时,在按传统立地类型划分原则所确定的植被恢复单元内,还应该按照微地形的水分特征有区别地配置植被类型.     

植被对不同类型泥石流的抑制作用初探

通过对比四川省巴塘县的118处沟谷泥石流及33处坡面泥石流的植被覆盖率,发现植被对于坡面泥石流具有较好的抑制作用,但对沟谷泥石流作用则不明显。造成这种差别的原因在于坡面泥石流的物源主要是坡体表面侵蚀,植被根系组成的网状锚固层可以减缓乃至消除这种侵蚀效应;沟谷泥石流的物源主要来自沟岸崩塌,但植被对于中厚层的崩滑体锚固能力差,当降雨超过一定阈值后即可暴发泥石流。基于这种特点,建议将生物工程作为坡面泥石流的主要治理手段;对于沟谷泥石流而言,既不能将植被覆盖率作为易发程度的判别标准,也不宜作为综合治理中的主要环节。