西寧寒旱黃土區植物邊坡水文效應室內模型試驗研究

高群奇，李 輝

（青海大學土木工程學院，西寧 810016）

由于降雨強度的不斷變化和人類工程活動的影響，水土流失、淺層滑坡等地質災害發生的概率逐年提高，這些災害的發生為當地居民的生產生活帶來一定危害[1]。隨著經濟的快速發展，西寧盆地及其周邊地區公路、鐵路等基礎設施建設力度日益加大，在建設過程中，一些不合理的邊坡開挖等工程活動對當地生態環境造成一定破壞，可能誘發水土流失、淺層滑坡等地質災害[2-5]。因此，保護邊坡自然環境刻不容緩。其間要盡可能減少經濟成本，而植物護坡是最優選擇。

1 試驗內容

研究區內邊坡坡面基本朝向東南，所研究坡體坡度約為30°，土質為粉土。邊坡模型有3種，即素土邊坡模型、耐寒型麥冬草邊坡模型和高羊茅邊坡模型。

1.1 室內人工降雨基本參數設置

假設有效降雨時長為2 h，可根據貢力[6]提出的降雨雨滴動能換算方法，計算兩次強降雨的有效降雨強度，如表1所示。

表1 室內人工降雨的基本參數

1.2 降雨模型箱

降雨模型箱共設計3個，每個模型箱長度為1 000 mm，寬度為500 mm，高度為550 mm，坡度為30°。3種邊坡模型的植物條件不同，將素土邊坡模型（不含根）作為兩種植物邊坡模型的對照試驗模型，兩種植物邊坡模型分別種植高羊茅和耐寒型麥冬草，并澆水養護60 d。為保證試驗的真實性，養護期間，三個邊坡每次澆水量保持相同。在降雨模型試驗前，測得3種不同植物條件邊坡同深度不同位置處的土壤體積含水量，其介于4.1%～7.5%。

2 試驗結果

兩次降雨條件下，3種不同植物條件邊坡模型相同深度不同位置的土壤體積含水量變化如圖1至圖3所示。

圖1 素土邊坡模型相同深度不同位置的土壤體積含水量變化

圖2 耐寒型麥冬草邊坡模型相同深度不同位置的土壤體積含水量變化

圖3 高羊茅邊坡模型相同深度不同位置的土壤體積含水量變化

第一次降雨試驗后，對素土邊坡模型相同深度不同位置的3個測點土壤體積含水量變化進行分析，結果發現，1號測點、2號測點、3號測點的土壤體積含水量隨時間的變化基本相同，所以素土邊坡模型相同深度不同位置的雨水入滲速度大致相同。與同一模型箱內另外兩個測點相比，耐寒型麥冬草邊坡模型5號測點與高羊茅邊坡模型8號測點都更早達到土壤體積含水量峰值。相比耐寒型麥冬草邊坡模型，高羊茅邊坡模型出現土壤體積含水量峰值的間隔時間更長，其達到穩定狀態所需時間最長。在第二次降雨過程中，素土邊坡模型1號測點、2號測點、3號測點的土壤體積含水量變化已經不能保持一致，這是由于第二次降雨強度增大，大部分雨水在坡面沖刷流向坡腳，且坡腳位置的雨水滲透速度快于坡頂，坡腳含水量峰值出現。

3 結論

本文對西寧寒旱黃土區植物邊坡水文效應進行研究。研究結果表明，兩種植物邊坡模型相較于素土邊坡模型抗沖刷能力更強，高羊茅邊坡模型抗沖刷能力最好，耐寒型麥冬草邊坡模型抗沖刷能力次之。高羊茅與耐寒型麥冬草在護坡方面各有優勢，但高羊茅邊坡模型的土壤體積含水量達到穩定狀態所需時間最長，耐寒型麥冬草邊坡模型次之，素土邊坡模型的土壤體積含水量達到穩定狀態所需時間最短。所以，西寧寒旱黃土區宜種植高羊茅，更好地保障固土護坡效果。