公路邊坡綠化覆蓋物水土保持效果試驗分析

藺學賢

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾　041051)

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公路邊坡綠化覆蓋物水土保持效果試驗分析

藺學賢

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾041051)

摘要：結合某公路實例，采取降水模擬器與土壤侵蝕槽構建模擬公路邊坡，在各項基本參數正確標定的基礎上，對其徑流量與土壤侵蝕程度進行試驗測定，通過試驗結果分析，得出草席可以很好的防止公路邊坡發生水土流失的結論。

關鍵詞：公路邊坡；綠化覆蓋物；水土保持效果；試驗分析

1研究方法

1.1降水模擬器與參數標定

(1)降水模擬器

使用可自由升降的針頭式模擬器，其結構如圖1所示。該模擬器主要由水源、水泵、水管、彎頭、儀表以及牽引系統構成，通過閥門啟閉與壓力調節進行強度控制。模擬器共布置495個針頭，針頭可以根據實際要求進行調整。試驗架中設置一個侵蝕槽，使用牽引系統進行調控，同時保證實際降水滿足空間分布。

圖1　可自由升降針頭降水模擬器結構示意圖

(2)標定參數

①強度標定

根據模擬系統的基本結構，此次試驗使用流量計與壓力表進行強度標定。在某個時間段中，流量計顯示的相關數據可以通過計算得到強度值，再按照相應的原理實施測定。具體內容如下所示。

降水強度計算公式

(1)

式中：I代表降水強度，mm/h；Q代表過水流量，m3；S為降水面積的有效值(本次試驗取1 920 mm×850 mm)；T為降水的時間，h。

②均勻度標定

使用8個規格一致的燒杯，以不同的擺放方式進行接水，統計結果并實施誤差分析。燒杯擺放方式共有三種，如圖2所示。對燒杯頂部進行覆蓋后啟動電源，在降水趨于穩定之后取下燒杯遮蓋物，準確計時3 min。對每一個測點的實際降水量測定，使用相關公式進行計算，以80%作為合格標準。計算公式如下

K=1-∑(Hi-H)/nH

(2)

式中：K為降水均勻度；Hi為每一個測點的實際降水量，mm；H為每一個測點的降水量平均值，mm；n為測點數量，個。

圖2　三種燒杯布置方法

(3) 雨滴大小標定

此次試驗使用色斑法對雨滴大小實施標定。利用孔徑為0.1 mm的篩網把1∶10重量比的滑石粉撒布在濾紙之上，然后置于取樣盤當中。試驗時需在指定位置快速收集雨滴，濾紙在遇到水以后會迅速出現色斑，對色斑直徑進行測定，重復相同操作3次。

色斑直徑測定完畢之后，將濾紙完全烘干，通過掃描并輸入至計算機，使用繪圖工具畫出邊界雨，同時算出其面積大小，最后經換算得出直徑。使用修正公式實施運算，求出三個樣品的直徑平均值，如下所示

(3)

式中：d1，d2，d3為三個樣品的雨滴大小(用直徑表示)，mm；D為色斑的直徑，mm。

1.2試驗設計

以某高速公路為研究對象，采集該高速公路邊坡綠化土，在此公路的施工現場中，使用噴播機收集綠化土，填滿預先準備好的侵蝕槽。本公路邊坡綠化土的容重大致為1.07 g/cm3，含水率約14.3%。將盛滿的侵蝕槽送至實驗室，在實驗室構建一個模擬的邊坡，邊坡覆蓋物的特性如表1所示。

表1　公路模擬邊坡覆蓋物特性

參數標定完成后，對四種類型(裸坡、無紡布、遮陽網、草簾)的邊坡實施降水試驗，降水試驗共計10次，每一次試驗都使用全新的邊坡，以此防止重復侵蝕。降水時間保持在20 min左右，降水時每隔2 min采集一次樣品，并進行記錄。取樣后進行烘干，稱量其重量，保證其泥沙濃度與實際產沙量。

1.3數據分析方法

選取PASW Statistics 18.0對數據進行統計分析，并結合ANOVA分析方法，如果數據處理間存在相對較大的差異性，則需使用Tukey進行差異性分析。

2水土保持效果試驗結果分析

2.1模擬器標定結果分析

(1)強度結果分析

為準確標定降水強度，本次試驗選取四種壓強進行測定，統計不同壓強下流量的平均值與降水強度，統計結果如表2所示。

表2　不同壓強條件下的降水強度

由表2可以看出，降水強度隨壓強的變化而變化，二者成正比關系。為使模擬降水更接近天然降水，應選擇最小壓強，此時的降水強度為68.1 mm·h-1。

(2)均勻度結果分析

隨壓強的不斷增大，降水強度逐漸提高，其均勻度也表現出明顯的增大趨勢，降水量的分布誤差始終低于20%，可基本滿足實驗要求。

(3) 雨滴大小結果分析

隨壓強增大，雨滴大小不斷減小。盡管壓力變大，但模擬器上的針頭規格并不會發生改變，所以孔徑并不會隨著增大。此外，壓力變大會使流速變快，減小了水滴的滯留時間，進而也大幅縮減了水滴質量的不斷積累。

2.2水土保持效果

(1)徑流結果分析

模擬器標定完成后，開展模擬邊坡侵蝕試驗。在降水過程中，各覆蓋面徑流量變化如圖3所示。由圖可知，使用草簾進行覆蓋的邊坡徑流量較小，但在降水時間達到10 min時，徑流量不再發生變化，趨于穩定。

圖3　模擬邊坡各覆蓋面徑流量變化

(2)土壤侵蝕結果分析

不同覆蓋層的邊坡泥沙濃度具有明顯的差別，具體統計結果如表3所示。

表3　不同覆蓋層的邊坡泥沙濃度

由表3可以看出，與其他覆蓋層相比，裸坡泥沙濃度與產沙量最高。

3結束語

通過一系列降水試驗，對三種不同邊坡覆蓋面所能提供的水土保持效果實施深入研究。三種覆蓋面的徑流量、泥沙濃度與實際產沙量均顯著低于裸坡，說明對邊坡進行覆蓋可以有效防止水土流失問題。在三種覆蓋面當中，草簾徑流量、泥沙濃度與實際產沙量結果最低，其徑流量經試驗和計算得出為1.9 mL/s，比無覆蓋邊坡小近70%；凈流系數經試驗和計算得出為6.4%，比無覆蓋邊坡小15%；實際產沙量經試驗和計算得出為1.5 g/m2，只有無覆蓋邊坡(50 g/m2)3%左右。由此可見，草席可以很好地防止公路邊坡發生水土流失，具有一定推廣和使用價值。

參考文獻：

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Highway slope afforestation covering soil and water conservation effect test analysis

LIN Xue-xian

(Shanxi Highway and Bridge the Second Engineering Co., Ltd., Linfen,Shanxi 041051, China)

Abstract:In combination with a road as a practical sample, this article simulated highway side slope by adopting rainfall simulator and soil erosion grooves, on the basis of the basic parameters used, an experimental detection is conducted on the runoff and soil erosion degree. By analyzing the test results, the grassmat can prevent water loss and soil erosion in highway slope.

Keywords:highway side slope; afforestation covering; soil and water conservation effect; test and analysis

收稿日期：2016-02-03

作者簡介：藺學賢(1980-)，山西臨汾人，工程師，主要從事公路工程試驗檢測工作。

中圖分類號：U418.9

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)04-0004-02