邊坡坡度對水土流失影響的實(shí)驗(yàn)研究

熊 杰 張紅率 趙志偉 李世鵬 雙 超 雷林輝

（昆明學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)與工程管理學(xué)院，云南 昆明650214）

1 引言

云南省地處祖國西南邊陲，地理位置特殊，地形高聳，山高谷深，地形地貌極其復(fù)雜。海拔最高處為滇藏交界的德欽縣梅里雪山卡格博峰，海拔高度6740米，而最低點(diǎn)在與越南交界的河口縣內(nèi)的南溪河與元江的交匯處，海拔為76.4米，高差達(dá)6663.6米。兩地的垂直距離為900公里。正是這海拔的高差懸殊導(dǎo)致了云南地形地貌的特殊性，高原波狀起伏，相對平緩的山區(qū)僅占總面積的10%，山谷較多，山坡陡峭，土層淺薄，這也是導(dǎo)致發(fā)生水土流失的重要原因之一。其次由于云南地處低緯度高原，冬季受干燥的大陸風(fēng)控制，夏季盛行溫潤的海洋季風(fēng)，導(dǎo)致云南降水充沛，正常年度全省大部分地區(qū)降水量在1000毫米以上，但降水量在季節(jié)上和地域上的分布極不均勻，85%的雨量集中在5～10月的雨季，最多的區(qū)域年降水量可達(dá)2200～2700毫米[1]。大雨的沖刷大大增加了水土的流失量。加之近年來人們對植被的砍伐，對土地的開墾，云南省公路、鐵路、水庫等的興建等使得水土流失越來越嚴(yán)重，嚴(yán)重的影響著人們的生產(chǎn)和生活。

2 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

本文從坡地選取級配相同的土制作人工模擬邊坡，以邊坡為研究對象[2]，建立在相同降雨條件下不同邊坡坡度對邊坡水土流失量影響的數(shù)值模擬模型，對在相同降雨量下坡度對水土流失量的影響進(jìn)行定性分析[3]。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)所選的模擬降雨裝置及模擬邊坡裝置如圖1所示，該模擬邊坡底長60cm，寬40cm。實(shí)驗(yàn)過程中通過調(diào)節(jié)邊坡坡高h(yuǎn)來改變邊坡坡度。邊坡坡度α與坡高h(yuǎn)的關(guān)系式為：h=60tanα。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M降雨量：60mm/h。

模擬邊坡所用土粒徑分析統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 土粒徑分析統(tǒng)計(jì)表

土粒重度γ=18kN/m3

在控制降雨量相同的情況下對不同坡度邊坡土的流失量進(jìn)行收集，每隔5分鐘收集一次，濾干土間能夠自由流動的水，再對濾干后的土用電子秤進(jìn)行稱量，并記錄在相應(yīng)的表格內(nèi)，邊坡坡度α為15°、30°、40°、45°、50°、60°、70°，各坡度在相應(yīng)時間內(nèi)收集的流失量如表2所示。

表2 不同邊坡坡度相應(yīng)時間內(nèi)土的流失量

圖2 邊坡坡度與水土流失量關(guān)系圖

以時間為橫坐標(biāo)，水土流失總量為縱坐標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系，則在不同邊坡坡度25分鐘內(nèi)水土流失總量曲線關(guān)系如圖2所示。

3 結(jié)果分析

由此實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，在時間及其他因素相同的情況下，邊坡坡度對邊坡水土流失的影響是非常大的，在15°～ 45°間流失量逐漸增大，45°～ 70°間流失量逐漸減少，流失量最大值對應(yīng)的坡度為45°。坡度小的地方，受雨面積大，徑流量大，但流速小，侵蝕程度較小，坡度大的地方，受雨面積小，雖然流速大，但徑流量小，侵蝕程度較小。當(dāng)邊坡坡度為45°時流失量最大，水土流失量以45°為臨界坡度向兩端逐漸減小。

［1］伍立群，李學(xué)輝.高山地區(qū)年降水量隨高程變化分析［J］.云南地理環(huán)境研究，2004，16（2）.4-7.

［2］王美芝，許兆義，楊成永.路堤邊坡土壤類型對水土流失影響的實(shí)驗(yàn)研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2004，18（3）.16-19.

［3］孫永帥，賈蒼琴，王貴和，胡瑞林，周武平.降雨強(qiáng)度對邊坡穩(wěn)定性影響的模擬數(shù)值研究［J］.施工技術(shù)，2013， 42（5）.78-81.