神府東勝煤田非硬化路面野外降雨試驗(yàn)

李宏偉，劉敏，詹松，王貞，王文龍，4?

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌;2.陜西楊凌水務(wù)局水利水保站，712100，陜西楊凌;3.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，310014，杭州;4.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，712100，陜西楊凌)

神府東勝煤田非硬化路面野外降雨試驗(yàn)

李宏偉1，劉敏2，詹松1，王貞3，王文龍1，4?

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌;2.陜西楊凌水務(wù)局水利水保站，712100，陜西楊凌;3.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，310014，杭州;4.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，712100，陜西楊凌)

神府東勝煤田是世界7大煤田之一，在開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中造成了嚴(yán)重的水土流失，其中非硬化路面水土流失是其重要的組成部分。采用野外模擬降雨試驗(yàn)，研究非硬化路面的侵蝕產(chǎn)流、產(chǎn)沙規(guī)律以及二者之間的關(guān)系。結(jié)果表明:非硬化路面的徑流含沙量過(guò)程曲線包括平緩型、多峰型、單峰型3種類型，侵蝕速率隨時(shí)間變化過(guò)程可分為快速增長(zhǎng)階段、波動(dòng)起伏階段以及穩(wěn)定階段;非硬化路面的產(chǎn)流時(shí)間隨降雨強(qiáng)度的增大呈冪函數(shù)減小，隨坡度的增大呈先增大后減小的拋物線趨勢(shì);徑流率隨降雨強(qiáng)度的增大而增大，擬合關(guān)系式為r=2.596I－0.431;產(chǎn)沙量與徑流量之間呈冪函數(shù)關(guān)系，其關(guān)系式為Ms=0.223 9W1.9462。研究結(jié)果可為礦區(qū)水土流失預(yù)測(cè)和治理提供依據(jù)。

非硬化路面;野外降雨試驗(yàn);徑流率;輸沙率;神府東勝煤田

煤炭作為我國(guó)許多命脈行業(yè)長(zhǎng)期的生產(chǎn)動(dòng)力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生產(chǎn)、生活中占有重要的地位。近些年，由于我國(guó)對(duì)煤炭資源的掠奪式開(kāi)采、粗放式管理，使得礦區(qū)生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞［1］。特別是在煤田施工和運(yùn)營(yíng)期，不可避免地產(chǎn)生了大量的非硬化路面，主要包括運(yùn)煤道路、施工便道、排土場(chǎng)道路等。非硬化路面地表裸露、人為擾動(dòng)性強(qiáng)，是工礦區(qū)主要的排水積水場(chǎng)所，極易產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失。在神府東勝煤田的開(kāi)采調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，人為水土流失主要發(fā)生在擾動(dòng)地面、非硬化路面以及高陡邊坡的坡面及松散棄土棄渣體的坡面和坡腳。在對(duì)以上下墊面的研究中，涉及到非硬化路面的試驗(yàn)研究較少。人們對(duì)非硬化路面的侵蝕認(rèn)識(shí)較早，但主要集中在山區(qū)、林區(qū)、鄉(xiāng)村等不同利用類型的道路上［2－7］，研究?jī)?nèi)容主要包括道路邊坡穩(wěn)定性［8－10］、侵蝕成因及特征［3，11－12］、侵蝕影響因子及防治措施［13－15］等。對(duì)于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，特別是煤炭開(kāi)采過(guò)程中形成的非硬化路面的侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律及動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究較少，極大地限制了非硬化路面土壤侵蝕的預(yù)測(cè)和治理;因此，筆者采用野外模擬降雨試驗(yàn)方法，研究非硬化路面的侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程，并深入探討非硬化路面的產(chǎn)流、侵蝕產(chǎn)沙特征以及二者之間的關(guān)系，以期為非硬化路面的水土流失預(yù)測(cè)和治理提供有力的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

神府東勝礦區(qū)地處晉陜蒙交界，位于窟野河中游烏蘭木倫河轉(zhuǎn)龍灣與神木縣之間(E108°36＇～110°36＇，N37°20＇～ 40°16＇)，處于我國(guó)風(fēng)蝕水蝕交錯(cuò)、干旱半干旱生態(tài)環(huán)境脆弱帶，自然條件惡劣。地表組成物質(zhì)松散，土壤類型多為風(fēng)沙土、沙黃土、綿沙土等，抗蝕性較差。植被覆蓋度較低，多為溫帶半干旱草原植被景觀，沙蒿(ArtemisiaL.)、沙柳(Salix psammophila)、沙棘(Hippophae rhamnoidesLinn)等耐旱、抗寒的旱生小葉灌木、半灌木占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。屬于典型的半干旱、干旱大陸季風(fēng)氣候，降雨量少，礦區(qū)多年平均降雨量約為368 mm，主要集中在7、8月且超過(guò)全年降雨量的1/2，多以暴雨形式出現(xiàn)。年蒸發(fā)量達(dá)1 636～2 535 mm，蒸發(fā)強(qiáng)烈，干旱造成植被生長(zhǎng)困難且覆蓋率低。大風(fēng)和沙塵天氣頻發(fā)，沙塵暴時(shí)間最多能達(dá)到43 d/a。特殊的自然地理環(huán)境加之強(qiáng)烈的人類活動(dòng)干擾，使得該區(qū)域風(fēng)蝕嚴(yán)重、水蝕強(qiáng)烈。崩塌、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成的加速侵蝕已嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)厝嗣竦纳a(chǎn)、生活和煤炭資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用。

2 試驗(yàn)布設(shè)與方法

非硬化路面的野外降雨試驗(yàn)在神木縣西溝鄉(xiāng)六道溝的撂荒地上進(jìn)行。將撂荒地統(tǒng)一夯實(shí)、鏟平，使土壤密度達(dá)到礦區(qū)路面土壤的一般密度1.7 g/cm3左右。小區(qū)長(zhǎng)3 m，寬1 m，四周用厚1 mm的鋼板插入地下0.25 m。小區(qū)邊界條件控制一致。坡度選擇3°、6°、9°和 12°，降雨強(qiáng)度采用 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 mm/min。試驗(yàn)共計(jì)72場(chǎng)次(含2次重復(fù))。以試驗(yàn)小區(qū)為中心，利用12根6 m、20根3 m長(zhǎng)的直徑6 mm鋼管搭建臨時(shí)降雨棚，棚四周用防風(fēng)布包裹以避免風(fēng)的影響。在棚頂垂直小區(qū)正上方搭3 m的降雨架，用來(lái)放置2排下噴式降雨器。利用水泵從附近水庫(kù)供水，在實(shí)驗(yàn)小區(qū)上方放置2 m3儲(chǔ)水箱，用60 m揚(yáng)程水泵提供壓力，用閥門(mén)調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度。野外降雨試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。不同試驗(yàn)場(chǎng)次非硬化路面的土壤體積質(zhì)量見(jiàn)表1。

圖1 野外降雨試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig．1 Sketch map of outdoor rainfall erosion experimental apparatus

試驗(yàn)開(kāi)始前，用防雨塑料布覆蓋小區(qū)，調(diào)節(jié)閥門(mén)，用雨量筒量測(cè)降雨量，使試驗(yàn)降雨強(qiáng)度誤差不超過(guò)3%。當(dāng)小區(qū)開(kāi)始產(chǎn)流時(shí)，記下產(chǎn)流所需時(shí)間并開(kāi)始接取徑流泥沙樣，測(cè)定流速、水深、徑流寬等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在產(chǎn)流后的前3 min，每1 min接1次徑流泥沙樣，測(cè)定1次流速、水深、徑流寬等。在產(chǎn)流3 min以后，每3 min重復(fù)1次上述操作。每場(chǎng)試驗(yàn)所需時(shí)間45 min(不含產(chǎn)流時(shí)間)。用鋼尺測(cè)定徑流寬，用高錳酸鉀示蹤法測(cè)定徑流流速，用比重瓶法測(cè)徑流含沙量。

表1 不同試驗(yàn)場(chǎng)次非硬化路面的土壤體積質(zhì)量Tab．1 Soil bulk density of unpaved roads in different experiments g/cm3

3 結(jié)果與分析

3.1 非硬化路面產(chǎn)流特征分析

3.1.1 非硬化路面產(chǎn)流時(shí)間隨降雨強(qiáng)度及坡度的變化 侵蝕是隨降雨相伴發(fā)生的，降雨初期雨滴擊濺侵蝕只是對(duì)土壤進(jìn)行了分離，并未造成實(shí)際意義上的水土流失，真正意義上的水土流失始于產(chǎn)流開(kāi)始后水流對(duì)分散物的搬運(yùn)。因而，明確產(chǎn)流時(shí)間的變化規(guī)律，對(duì)全面認(rèn)識(shí)土壤侵蝕發(fā)生、發(fā)展規(guī)律有著重大的意義。圖2(a)表明，產(chǎn)流時(shí)間隨降雨強(qiáng)度的增加而減小，可用冪函數(shù)相關(guān)方程表述，關(guān)系式見(jiàn)式(1)，且相關(guān)系數(shù)較高。圖2(b)表明，產(chǎn)流時(shí)間隨坡度的變化呈拋物線趨勢(shì)變化，可用二次多項(xiàng)式方程表述，關(guān)系式見(jiàn)式(2)。

圖2 產(chǎn)流時(shí)間隨降雨強(qiáng)度和坡度的變化Fig．2 Runoff generation time on unpaved roads with rainfall intensities and slopes

式中:Ct為產(chǎn)流時(shí)間，s;I為降雨強(qiáng)度，mm/min;S為坡度，(°)。

式(1)及圖2(a)表明，產(chǎn)流時(shí)間隨著降雨強(qiáng)度的增加而減小。式(2)及圖2(b)表明，在坡度小于9°時(shí)，產(chǎn)流時(shí)間隨著坡度的增大而增大，在坡度大于9°時(shí)，產(chǎn)流時(shí)間隨著坡度的增大而減小，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是由于滲透作用及坡面承受雨滴面積隨坡度的變化造成的。由式(1)、(2)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，降雨強(qiáng)度是影響產(chǎn)流時(shí)間的主要因素。

3.1.2 非硬化路面徑流率隨降雨強(qiáng)度及坡度的變化 降雨強(qiáng)度、坡度通過(guò)影響流速、入滲率等來(lái)影響徑流率。土壤侵蝕是降雨徑流沖刷與土壤抗蝕性相互作用的結(jié)果。圖3(a)表明，不同坡度情況下，徑流率均隨降雨強(qiáng)度的增大而增大，但不同坡度之間的差異不明顯。利用SPSS12.0建立的徑流率與降雨強(qiáng)度之間的關(guān)系見(jiàn)式(3)，公式的相關(guān)系數(shù)較高。圖3(b)表明，在不同降雨強(qiáng)度條件下，徑流率隨坡度的變化始終保持較小的波動(dòng)。一方面是因?yàn)楫?dāng)降雨強(qiáng)度較大而試驗(yàn)坡度較小時(shí)，坡度對(duì)徑流率的作用無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)，另一方面是因?yàn)樵囼?yàn)的下墊面土壤密度已達(dá)1.7 g/cm3，入滲較為困難，因而徑流率與坡度關(guān)系不密切。這樣，對(duì)于非硬化路面，在坡度小于12°時(shí)，影響徑流率的主要因素是降雨強(qiáng)度，這與王貞等［16］通過(guò)非硬化路面的野外沖刷試驗(yàn)得出的結(jié)論相同。

式中:r為徑流率，L/min;I為降雨強(qiáng)度，mm/min。

圖3 徑流率隨降雨強(qiáng)度和坡度的變化Fig．3 Runoff rate on unpaved roads with rainfall intensities and slopes

3.2 非硬化路面的產(chǎn)沙特征分析

3.2.1 非硬化路面不同時(shí)段徑流含沙量變化過(guò)程

每場(chǎng)降雨試驗(yàn)除去產(chǎn)流時(shí)間外為45 min，前42 min按每6 min為一個(gè)時(shí)間段來(lái)處理，最后一個(gè)時(shí)間段為3 min，計(jì)算各時(shí)段內(nèi)的徑流含沙量，結(jié)果如圖4所示。試驗(yàn)所有非硬化路面的土壤體積質(zhì)量控制在1.7 g/cm3左右，接近自然狀況下非硬化路面的土壤體積質(zhì)量。土壤侵蝕過(guò)程是土壤本身屬性所決定的抗蝕能力與徑流能量相互作用的結(jié)果，對(duì)于非硬化路面來(lái)說(shuō)，土壤屬性基本一致，因而徑流沖刷能力決定了整個(gè)產(chǎn)沙過(guò)程，影響徑流沖刷能力的因素有徑流量、坡度以及徑流動(dòng)能等。由圖4可以看出，在坡度一定的情況下，徑流含沙量隨著降雨強(qiáng)度的增加而增加，隨著降雨試驗(yàn)的進(jìn)行，徑流含沙量曲線均呈先增大后減小的趨勢(shì)，產(chǎn)沙峰值一般出現(xiàn)在6 min之后，且達(dá)到峰值的時(shí)間隨著降雨強(qiáng)度和坡度的增加而減小，但坡度對(duì)達(dá)到峰值所需時(shí)間的影響更大。

圖4 不同時(shí)段不同坡度徑流含沙量變化過(guò)程Fig．4 Average sediment yield on unpaved roads with time and slopes

當(dāng)降雨強(qiáng)度為0.5 mm/min，坡度分別為3°、6°、9°時(shí)，徑流的沖刷能力比較弱，徑流含沙量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)平緩，時(shí)段內(nèi)的徑流含沙量均小于16 g/L。此時(shí)坡面主要發(fā)生面狀侵蝕，雨滴的擊濺侵蝕較弱，泥沙輸移較少，坡面有少量的細(xì)溝，侵蝕程度較弱。當(dāng)降雨強(qiáng)度大于1.0 mm/min、坡度為3°時(shí)，徑流含沙量隨時(shí)間的變化呈多峰多谷的趨勢(shì)。因?yàn)樵谛∑露葧r(shí)，徑流動(dòng)能較小，下切侵蝕發(fā)育較弱，當(dāng)降雨強(qiáng)度較小時(shí)，徑流也不足以沖掏兩側(cè)，因而徑流含沙量保持基本不變，當(dāng)降雨強(qiáng)度增大時(shí)，盡管徑流動(dòng)能依然較低，但也可以在達(dá)到峰值之后有沖掏侵蝕溝兩側(cè)的能量，側(cè)蝕同下切侵蝕不同，需要一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)程，因而含沙量曲線呈多峰值變化趨勢(shì)。當(dāng)降雨強(qiáng)度大于0.5 mm/min，坡度大于3°后，各含沙量曲線呈單峰值變化規(guī)律，此時(shí)坡面出現(xiàn)不完全發(fā)育的細(xì)溝，因?yàn)楫?dāng)降雨強(qiáng)度和坡度增大時(shí)，水流所具有的能量增大，沖刷能力增大，加之高降雨強(qiáng)度對(duì)土壤的擊濺、剝離作用，侵蝕坡面出現(xiàn)大的侵蝕溝，此時(shí)產(chǎn)沙達(dá)到峰值，峰值后水流需要更多的能量來(lái)搬運(yùn)泥沙，同時(shí)易蝕性土壤大量侵蝕后，剩余土壤抗蝕能力較強(qiáng)，徑流含沙量在達(dá)到峰值后會(huì)逐漸減小直至趨于穩(wěn)定。上述徑流含沙量曲線可以概括為3個(gè)基本類型，即低坡度、低降雨強(qiáng)度的平緩型，低坡度、高降雨強(qiáng)度的多峰型，高坡度、高降雨強(qiáng)度的單峰型。

3.2.2 非硬化路面輸沙速率隨降雨強(qiáng)度及坡度的變化 坡度影響徑流所具有的能量、水流流經(jīng)坡面的時(shí)間以及擊打坡面雨滴的密度。降雨強(qiáng)度一方面影響雨滴擊打作用對(duì)土壤表層結(jié)構(gòu)的破壞及土粒分散的劇烈程度，另一方面影響地表徑流量。徑流是產(chǎn)沙的動(dòng)力條件，是一切水力侵蝕的先決條件，土壤作為侵蝕的對(duì)象，其物理性質(zhì)決定了抗蝕能力的大小。在非硬化路面土壤條件一致的情況下，輸沙速率的主要影響因素為坡度和降雨強(qiáng)度，因而明確輸沙速率隨降雨強(qiáng)度和坡度的變化規(guī)律，對(duì)防治侵蝕發(fā)生、發(fā)展有著重要的意義。

圖5 輸沙速率隨降雨強(qiáng)度和坡度的變化Fig．5 Sediment transport rate on unpaved roads with rainfall intensities and slopes

由圖5(a)可知，在不同坡度情況下，輸沙速率均隨降雨強(qiáng)度的增大而增大，隨著降雨的進(jìn)行，增長(zhǎng)率也逐漸增大。表2表明，在不同坡度情況下，輸沙速率隨降雨強(qiáng)度的增加呈冪函數(shù)增長(zhǎng)，且相關(guān)性極高，因而可以認(rèn)為，降雨或徑流是造成侵蝕最直接的動(dòng)力。由圖5(b)可知:在降雨強(qiáng)度小于2.5 mm/min時(shí)，輸沙速率并不總隨坡度增加而增大，在6°時(shí)輸沙速率達(dá)到最大，之后呈減小趨勢(shì)直至趨于穩(wěn)定;當(dāng)降雨強(qiáng)度超過(guò)2.5 mm/min時(shí)，增大降雨強(qiáng)度在增加雨量的同時(shí)也增大了雨滴的直徑，使得雨滴下落的速度變快、動(dòng)能增大。因而增大坡度時(shí)，侵蝕作用依然變強(qiáng)，這種增大的規(guī)律在大降雨強(qiáng)度時(shí)更加突出。對(duì)圖5(b)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，坡度與輸沙速率的相關(guān)性較差。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，對(duì)于非硬化路面，影響輸沙速率的主要因素是降雨強(qiáng)度。

表2 非硬化路面不同坡度情況下輸沙速率與降雨強(qiáng)度的關(guān)系Tab．2 Relationships between sediment transport rate and rainfall intensities on unpaved roads with different slopes

3.2.3 非硬化路面侵蝕速率變化過(guò)程分析 土壤侵蝕過(guò)程復(fù)雜，土壤侵蝕速率變化過(guò)程最能直觀地體現(xiàn)侵蝕的發(fā)展過(guò)程。由圖6可知，不同降雨強(qiáng)度情況下，坡度12°非硬化路面的侵蝕速率隨降雨時(shí)間的變化過(guò)程大致可以分為3個(gè)階段，即:開(kāi)始降雨至18 min為快速增長(zhǎng)階段，這個(gè)階段曲線波動(dòng)較大;18～39 min為波動(dòng)起伏階段;39 min以后為穩(wěn)定階段。這3個(gè)階段在高強(qiáng)度降雨的情況下更加明顯，各曲線上升所需時(shí)間均比下降的時(shí)間長(zhǎng)，下降速率更快。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因?yàn)?降雨初期，坡面疏松，可蝕性土壤顆粒較多，加之雨滴的擊濺侵蝕作用，使得坡面土壤入滲率較低，坡面徑流增多的同時(shí)也增加了徑流所具有的侵蝕能量，因而侵蝕速率迅速增大;當(dāng)易蝕性土壤顆粒大量被侵蝕、搬運(yùn)之后，侵蝕速率降低，但徑流將多余的能量用來(lái)擴(kuò)展溝頭、溝岸，溝內(nèi)不斷有坍塌出現(xiàn)，坍塌能瞬間增加侵蝕速率，因而侵蝕速率出現(xiàn)波動(dòng)起伏;當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到后期，溝槽形態(tài)基本確定，此時(shí)徑流的侵蝕、搬運(yùn)、沉積作用趨于一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡，因而侵蝕速率保持一個(gè)較低的水平不變。

圖6 12°非硬化路面侵蝕速率變化過(guò)程Fig．6 Erosion transport rate of unpaved roads over time on twelve slopes

3.3 非硬化路面產(chǎn)沙與產(chǎn)流關(guān)系分析

圖7 不同坡度情況下產(chǎn)沙量隨徑流量的變化Fig．7 Sediment yield with runoff yield at different slopes

土壤侵蝕的發(fā)生必須同時(shí)具備2個(gè)基本條件，即外營(yíng)力和侵蝕物質(zhì)。徑流是侵蝕外營(yíng)力的載體，也是能量與侵蝕對(duì)象之間的介質(zhì)，外營(yíng)力通過(guò)徑流作用于侵蝕物質(zhì)，其造成的最終結(jié)果便是產(chǎn)沙，產(chǎn)沙與產(chǎn)流密不可分。圖7表明，產(chǎn)沙量隨徑流量的增大而增大，呈水大沙多的特點(diǎn)。當(dāng)試驗(yàn)坡度為3°時(shí)，產(chǎn)沙量隨徑流量的增大穩(wěn)定增大，增長(zhǎng)率較低;當(dāng)試驗(yàn)坡度為6°和9°時(shí)，徑流量小于200 L時(shí)，產(chǎn)沙量隨徑流量的增大變化不明顯，當(dāng)徑流量大于240 L時(shí)，產(chǎn)沙量隨徑流量的增大增加迅速;當(dāng)坡度為12°時(shí)，產(chǎn)沙量隨徑流量的變化曲線增長(zhǎng)呈初期慢—中間快—末期慢的變化趨勢(shì)。表3示出試驗(yàn)不同坡度下各次降雨過(guò)程中產(chǎn)沙量與徑流量之間的關(guān)系式。樣本數(shù)為102的情況下，各關(guān)系式的相關(guān)系數(shù)均較高，在各試驗(yàn)坡度下，整個(gè)降雨過(guò)程中都體現(xiàn)水大沙多的特點(diǎn)，且坡度越大關(guān)系式的相關(guān)性就越低，說(shuō)明當(dāng)坡度增大時(shí)徑流對(duì)產(chǎn)沙的影響減弱。對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中獲取的408組數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，得出試驗(yàn)坡度內(nèi)非硬化路面產(chǎn)沙量與徑流量之間呈冪函數(shù)相關(guān)，關(guān)系式為

表3 非硬化路面不同坡度下產(chǎn)沙量與徑流量的關(guān)系Tab．3 Relationships between sediment yield on unpaved roads and runoff amount on different slopes

4 結(jié)論

1)非硬化路面的產(chǎn)流時(shí)間隨降雨強(qiáng)度的增大呈冪函數(shù)減小，隨坡度的增大呈先增大后減小的拋物線趨勢(shì)，其關(guān)系式分別為Ct=72.268I－1.377和Ct=－1.045S2+17.045S+31.283。徑流率隨降雨強(qiáng)度的增大而增大，擬合關(guān)系式為r=2.596I－0.431;在相同降雨強(qiáng)度情況下，徑流受坡度的影響不明顯。

2)非硬化路面的徑流含沙量曲線類型包括低坡度、低降雨強(qiáng)度的平緩型，低坡度、高降雨強(qiáng)度的多峰型以及高坡度、高降雨強(qiáng)度的單峰型，含沙量的最大值一般出現(xiàn)在產(chǎn)流后的6 min。輸沙速率隨降雨強(qiáng)度的增加呈對(duì)數(shù)函數(shù)增大，且相關(guān)性較好，降雨強(qiáng)度是影響輸沙速率的主要因素。非硬化路面的侵蝕速率變化過(guò)程一般包括快速增長(zhǎng)階段、波動(dòng)起伏階段以及穩(wěn)定階段，一般在產(chǎn)流后的39 min侵蝕速率趨于穩(wěn)定。

3)不同坡度條件下，產(chǎn)沙量隨徑流量的增大呈冪函數(shù)增大，且坡度越大，冪函數(shù)的相關(guān)系數(shù)越小。全部試驗(yàn)坡度情況下，產(chǎn)沙量與徑流量呈較好的冪函數(shù)相關(guān)，關(guān)系式為Ms=0.223 9W1.9462。

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Field rainfall experiment on the unpaved roads during the Shenfu-Dongsheng coalfield exploitation

Li Hongwei1，Liu Min2，Zhan Song1，Wang Zhen3，Wang Wenlong1，4

(1.College of Resources and Environment，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi;2.Yangling Water Authority and Water Conservation Station，712100，Yangling，Shaanxi;3.Hydrochina Huadong Engineering Corporation，310014，Hangzhou;4.Institute of Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources，712100，Yangling，Shaanxi:China)

Shenfu－Dongsheng coalfield is one of the seven largest deposites of coal had known in the world.However，severe soil and water erosion occurred on the mining wastes in the areas，especially on the unpaved roads.A field rainfall experiment on soil erosion and sediment yield on unpaved roads was conducted to provide scientific data for predicting and controlling soil and water loss on unpaved roads.Results indicated that the variation process of sediment yield appeared in three types，which were smooth，multimodal and unmoral distribution.The erosion sediment and transport rate were affected largely by rainfall intensity，and its process can be divided into rapid growth phase，fluctuating phase and stable phase.The runoff generation time on unpaved roads decreased with the power function with the increase of rainfall intensity，and occurred parabola shape of first increase then decrease with the increase of slope.Runoff rate increased with the increase of rainfall intensity，and the fitted formulas wasr=2.596I－0.431.Sediment transport rate and runoff rate decreased with the exponential function，and the formulas wasMs=0.223 9W1.9462.The objective of this study was to provide theoretical foundation for research and predication in the soil and water loss of mining area.

unpaved roads;field rainfall experiment;runoff rate;sediment yield rate;Shenfu－Dongsheng coalfield

2012－02－22

2012－05－28

國(guó)家自然科學(xué)基金“煤礦開(kāi)發(fā)建設(shè)中人為侵蝕機(jī)理及新增水土流失預(yù)報(bào)模型——以神府東勝煤田為例”(40771127);水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)“生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失測(cè)算共性技術(shù)研究”(201001036)、“工程開(kāi)挖面與堆積體水土流失測(cè)算技術(shù)研究”(201201048);黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(10502－T1)

李宏偉(1986—)，男，碩士研究生。主要研究方向:生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持。E－mail:lihongwei369909548@126.com

?責(zé)任作者簡(jiǎn)介:王文龍(1964—)，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師。主要研究方向:生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持。E－mail:wlwang@nwsuaf.edu.cn

(責(zé)任編輯:宋如華)