模擬降雨條件下崩積體坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征及其響應(yīng)關(guān)系

朱高立， 肖澤干， 劉曉靜， 黃炎和， 鄒 偉， 林金石， 蔣芳市

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 福建 福州 350002; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院， 江蘇 南京 210095)

試驗(yàn)研究

模擬降雨條件下崩積體坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征及其響應(yīng)關(guān)系

朱高立1，2， 肖澤干2， 劉曉靜2， 黃炎和1， 鄒 偉2， 林金石1， 蔣芳市1

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 福建 福州 350002; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院， 江蘇 南京 210095)

[目的] 研究崩積體坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征及其響應(yīng)關(guān)系，為崩崗治理提供理論基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)。 [方法] 通過(guò)室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn)，探討不同覆蓋度(0%，25%，50%，75%，100%)和坡度(25°，30°，35°)組合坡面在90 mm/h雨強(qiáng)條件下的產(chǎn)流產(chǎn)沙時(shí)空特征及其響應(yīng)關(guān)系。 [結(jié)果] 不同覆蓋度和坡度條件下，坡面產(chǎn)流時(shí)間的變化范圍在33～292 s；同一坡度條件下，坡面產(chǎn)流時(shí)間與覆蓋度呈線性正相關(guān)關(guān)系；同一覆蓋度條件下，坡面產(chǎn)流時(shí)間與坡度呈冪函數(shù)關(guān)系。通過(guò)雙因素方差分析可知，坡度對(duì)徑流量的影響達(dá)到極顯著水平，覆蓋度對(duì)產(chǎn)沙量的影響達(dá)到顯著水平。當(dāng)坡度為25°時(shí)，坡面產(chǎn)沙總量的臨界覆蓋度為50%；當(dāng)坡度為30°時(shí)，坡面產(chǎn)沙總量的臨界覆蓋度為75%；當(dāng)坡度為35°時(shí)，坡面徑流量的臨界覆蓋度為50%。 [結(jié)論] 針對(duì)不同坡度崩積體坡面，可以選擇合適的秸稈覆蓋度以達(dá)到較好的水土保持效果。

崩積體; 人工模擬降雨; 秸稈覆蓋; 侵蝕

降雨引起的坡面侵蝕是一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題[1-3]，這在中國(guó)南方崩崗區(qū)表現(xiàn)較為突出。中國(guó)的崩崗主要集中在長(zhǎng)江以南的熱帶、亞熱帶赤紅壤、紅壤丘陵區(qū)[4]。作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，崩崗主要由崩壁、崩積體和洪積扇3部分組成[5]，其中，崩積體是崩崗的重要組成部分，也是崩崗泥沙的主要來(lái)源[6]，崩積體侵蝕產(chǎn)生的泥沙會(huì)淤埋農(nóng)田、抬高河床，導(dǎo)致洪水泛濫，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大威脅[7]。因此，有必要對(duì)崩積體坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征及其響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行研究，這不僅可以幫助我們深入了解崩崗侵蝕的機(jī)理，也可以為崩崗災(zāi)害的治理提供理論基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)階段，不少學(xué)者對(duì)土壤坡面侵蝕的影響因素[8-10]、產(chǎn)流時(shí)間[11]、侵蝕過(guò)程[12]、侵蝕泥沙顆粒特征[13-14]、動(dòng)力學(xué)特征[15-16]及治理措施[17-18]等方面進(jìn)行了研究。這些研究從不同角度對(duì)坡面的侵蝕狀況進(jìn)行了分析，但研究對(duì)象各有差異，其中，以崩崗崩積體為對(duì)象，對(duì)其侵蝕機(jī)理與防治措施進(jìn)行研究的文章還相對(duì)較少。因此，本研究通過(guò)室內(nèi)降雨試驗(yàn)，對(duì)不同坡度和覆蓋度條件下的崩積體坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程進(jìn)行了研究，試圖揭示崩積土體的侵蝕變化規(guī)律及其響應(yīng)關(guān)系，為崩崗崩積體的治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采樣地位于福建省安溪縣龍門鎮(zhèn)洋坑村(118°03′E，24°57′N)。洋坑村為河谷小盆地，丘陵地帶，屬南亞熱帶氣候，氣候溫和，年平均溫度18 ℃，年活動(dòng)積溫5 633～7 238 ℃。該地雨量充沛，年平均降雨量1 800 mm，全年無(wú)霜期293～340 d，全年總?cè)照諘r(shí)數(shù)2 030 h。研究區(qū)土體屬酸性花崗巖類，土壤的理化性質(zhì)如下：土壤pH值為5.2；土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.70 g/kg；砂粒含量高，黏粒含量低；在各粒級(jí)顆粒重量比方面，礫石∶粗砂∶細(xì)砂∶粗粉∶細(xì)粉∶黏粒=19.78∶46.06∶8.61∶8.18∶14.55∶2.81，土壤質(zhì)地疏松，結(jié)構(gòu)性差。

1.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置

模擬降雨裝置采用西安清遠(yuǎn)測(cè)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的QYJY-501型模擬降雨控制器，降雨高度12 m，雨滴降落到地表的終速可達(dá)到自然降雨終速的95%以上；模擬降雨器降雨面積3 m×6 m，雨強(qiáng)變化范圍在15～200 mm/h，降雨均勻度大于0.85。試驗(yàn)土槽為固定式可變坡鋼槽，坡度調(diào)節(jié)范圍為0～40°，土槽長(zhǎng)、寬、高依次為5，2，1 m，土槽按1 m寬間隔平分成2個(gè)槽。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)野外調(diào)查可知，安溪縣崩崗崩積體坡度主要集中在25°～35°，因此試驗(yàn)坡度設(shè)置為25°，30°，35°。通過(guò)分析安溪縣常年降雨數(shù)據(jù)，根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤陱?qiáng)度特征，將試驗(yàn)雨強(qiáng)設(shè)定為90 mm/h。坡面采用5種處理，均勻覆蓋秸稈，秸稈覆蓋量為0，1 500，3 000，4 500，6 000 kg/hm2，折合覆蓋度約為0，25%，50%，75%，100%。每次降雨時(shí)間為1 h，2次降雨間隔為48 h，試驗(yàn)重復(fù)2次。

1.4 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)用土風(fēng)干后過(guò)10 mm篩以清除土樣中的植物根系、石塊、塑料等雜物。填土前，先在土槽底部填入60 cm厚沙石，上鋪設(shè)棉紗布，以保證試驗(yàn)土層的透水狀況接近供試土壤，使試驗(yàn)過(guò)程中土壤水分能自由下滲，之后采用分層填土、每層土厚10 cm的方式向土槽中填入30 cm厚的土樣并壓實(shí)，土壤容重控制在1.25～1.40 g/cm3，與野外崩積體的容重相似。降雨試驗(yàn)前用30 mm/h的降雨使供試土壤達(dá)到水分飽和但不產(chǎn)流，然后用塑料布覆蓋坡面，使水分充分運(yùn)動(dòng)滲透，放置18 h后開(kāi)始試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，坡面產(chǎn)流開(kāi)始后記錄產(chǎn)流時(shí)間，每隔2 min收集1次徑流和泥沙。用量筒測(cè)定徑流樣體積，用烘干法(105 ℃)測(cè)定泥沙量。

(三)首次提出改革黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)制度，堅(jiān)持和發(fā)展中國(guó)特色社會(huì)主義制度，為改革開(kāi)放的持續(xù)偉業(yè)奠定了根本制度基礎(chǔ)

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過(guò)Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、相關(guān)性分析和繪圖等。利用SPSS 18.0進(jìn)行逐步回歸分析和方差分析。

2 結(jié)果分析

2.1 坡面產(chǎn)流特征

2.1.1 坡面產(chǎn)流時(shí)間的變化特征 圖1表示不同覆蓋度和坡度條件下初始產(chǎn)流時(shí)間的變化值。由圖可知，坡面初始產(chǎn)流時(shí)間的變化范圍在33～292 s。同一坡度條件下，坡面初始產(chǎn)流時(shí)間隨覆蓋度的增加而延長(zhǎng)。具體看，25°坡度下，100%覆蓋度坡面的產(chǎn)流時(shí)間比0，25%，50%，75%覆蓋度坡面分別延長(zhǎng)252，161，57，51 s；30°坡度下，100%覆蓋度坡面的產(chǎn)流時(shí)間比0，25%，50%，75%覆蓋度坡面分別延長(zhǎng)156，129，25，14 s；35°坡度下，100%覆蓋度坡面的產(chǎn)流時(shí)間比0，25%，50%，75%覆蓋度坡面分別延長(zhǎng)119，119，26，21 s。同一覆蓋度條件下，坡面初始產(chǎn)流時(shí)間隨坡度的增加而降低，具體看，覆蓋度為0時(shí)，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間比25°和30°坡面分別縮短7和1 s；覆蓋度為25%時(shí)，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間比25°和30°坡面分別縮短98和28 s；覆蓋度為50%時(shí)，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間比25°和30°坡面分別縮短109和39 s；覆蓋度為75%時(shí)，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間比25°和30°坡面分別縮短110和45 s；覆蓋度為100%時(shí)，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間比25°和30°坡面分別縮短140和38 s，可以發(fā)現(xiàn)，初始產(chǎn)流時(shí)間隨覆蓋度的增加呈冪函數(shù)降低趨勢(shì)。梁洪儒等[19]對(duì)礫石覆蓋下的北京山區(qū)褐土坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征的研究發(fā)現(xiàn)，坡面產(chǎn)流時(shí)間隨礫石覆蓋度的增大而延遲，與本試驗(yàn)的研究結(jié)果相吻合。由圖1還可以看出，當(dāng)坡面無(wú)覆蓋時(shí)，不同坡度條件下的坡面產(chǎn)流時(shí)間維持在較低水平，相互之間差別不大，這說(shuō)明裸露坡面的產(chǎn)流速度較快，且坡面產(chǎn)流時(shí)間受坡度變化的影響較小。當(dāng)坡面覆蓋秸稈時(shí)，不同條件下的坡面產(chǎn)流時(shí)間較裸露坡面均有較大幅度的延長(zhǎng)。具體看，當(dāng)覆蓋度為25%時(shí)，25°，30°，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間較無(wú)覆蓋坡面延長(zhǎng)91，27，0 s；當(dāng)覆蓋度為50%時(shí)，25°，30°，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間較無(wú)覆蓋坡面延長(zhǎng)195，131，93 s；當(dāng)覆蓋度為75%時(shí)，25°，30°，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間較無(wú)覆蓋坡面延長(zhǎng)201，141，98 s；當(dāng)覆蓋度為100%時(shí)，25°，30°，35°坡面的產(chǎn)流時(shí)間較無(wú)覆蓋坡面延長(zhǎng)252，156，119 s，這說(shuō)明秸稈覆蓋對(duì)延遲坡面產(chǎn)流具有較好的效果，主要原因一方面是因?yàn)榻斩捒梢詳r蓄坡面徑流，另外一方面是因?yàn)榻斩捒梢越档徒涤陮?duì)地表的擊濺力，阻止坡面細(xì)溝侵蝕與發(fā)育，保持地表形態(tài)，從而起到延緩產(chǎn)流時(shí)間的效果。同一覆蓋度條件下，坡面產(chǎn)流時(shí)間隨坡度的增加呈冪函數(shù)降低，主要原因是較低的坡度造成坡面徑流受地表粗糙度的影響較大，造成了坡面產(chǎn)流時(shí)間的延長(zhǎng)。

圖1 不同覆蓋度和坡度條件下初始產(chǎn)流時(shí)間

關(guān)于坡面產(chǎn)流時(shí)間與覆蓋度的函數(shù)關(guān)系，不少學(xué)者做過(guò)相關(guān)研究。劉戰(zhàn)東[20]選取冬小麥作為研究對(duì)象，分析了不同覆蓋方式對(duì)降雨過(guò)程的影響，結(jié)果表明產(chǎn)流時(shí)間隨LAI(葉面積指數(shù))的減少而提前，兩者呈顯著線性函數(shù)關(guān)系(p<0.01)。本研究采用回歸方法定量分析了坡面產(chǎn)流時(shí)間(T)與秸稈覆蓋度(C)的關(guān)系(表1)。由表1可知，坡面產(chǎn)流時(shí)間與秸稈覆蓋度呈線性正相關(guān)關(guān)系，這表明坡面產(chǎn)流時(shí)間隨覆蓋度的增加而延長(zhǎng)，覆蓋度越高，其對(duì)坡面產(chǎn)流時(shí)間的延緩作用越明顯。主要原因有二：一是秸稈通過(guò)阻截和攔蓄徑流從而降低徑流速度，延遲坡面產(chǎn)流時(shí)間；二是秸稈覆蓋通過(guò)保護(hù)坡面土體使得土體孔隙度不受破壞，降雨可以有序下滲，從而縮短產(chǎn)流時(shí)間。張翼夫等[21]研究表明，自然降雨過(guò)程中(雨強(qiáng)為10～80 mm/h)，15%，30%，60%和90%秸稈覆蓋坡面較無(wú)覆蓋坡面分別推遲產(chǎn)流時(shí)間1.0～15.4 min，2.1～22.1 min，3.4～48.2 min，5.9～73.6 min。錢婧[22]通過(guò)分析坡長(zhǎng)和植被覆蓋度對(duì)初始產(chǎn)流時(shí)間的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，影響初始產(chǎn)流時(shí)間最大的因素是植被覆蓋度，植被的介入可削弱坡長(zhǎng)對(duì)初始產(chǎn)流時(shí)間的影響，這與本研究結(jié)論相似。

表1 坡面產(chǎn)流時(shí)間(T)與秸稈覆蓋度(C)的相關(guān)性分析

2.1.2 坡面產(chǎn)流過(guò)程特征 圖2為不同覆蓋度和坡度條件下徑流量隨降雨時(shí)間的變化過(guò)程。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，同一坡度條件下，25°坡面的徑流量在降雨開(kāi)始后的7 min內(nèi)迅速增加，之后趨于穩(wěn)定；30°坡面的徑流量在降雨開(kāi)始后的12 min內(nèi)快速增加，之后趨于穩(wěn)定；35°坡面的徑流量在降雨開(kāi)始后逐漸增加，直到21 min后徑流量才趨于穩(wěn)定?？梢园l(fā)現(xiàn)，坡面徑流量增加幅度大小依次為：25°>30°>35°，主要原因?yàn)椋?(1) 較低坡面擁有較大的有效降雨面積，坡面接收到的降雨量較多，較多的降雨量意味著較大的徑流量； (2) 較小的坡度使得降雨與坡面土體充分接觸，土體所受到的擊濺作用強(qiáng)烈，這導(dǎo)致坡面細(xì)溝的形成和發(fā)育，細(xì)溝匯集坡面徑流，溝內(nèi)徑流速度增快，最終使得坡面徑流量在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。同一覆蓋度條件下，不同坡度坡面的徑流量大小依次為：25°>30°>35°，可以發(fā)現(xiàn)，較低坡度的坡面徑流量較高，原因可參照之前的解釋，主要從有效降雨面積的增加及降雨與坡面充分接觸導(dǎo)致細(xì)溝發(fā)育兩方面分析。由圖2還可以看出，同一坡度條件下，不同覆蓋度坡面徑流量變化幅度30°大于25°和35°坡面，主要原因一方面是相比較25°坡面，30°坡面的坡面流流速較大，較大的坡面流流速具有較大的動(dòng)能，使得坡面受到侵蝕從而產(chǎn)生細(xì)溝，細(xì)溝在侵蝕發(fā)育的過(guò)程中伴隨著溝壁土體的滑落與堆積，最終導(dǎo)致細(xì)溝內(nèi)徑流量出現(xiàn)較大的起伏；另一方面，較大的坡度使得坡面土體的穩(wěn)定性下降，坡面容易發(fā)生崩塌，崩塌的土體阻塞溝道，上方徑流被阻滯，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的徑流侵蝕后，崩塌的土體被搬運(yùn)，溝道再次變得暢通，大量被阻滯的徑流迅速下泄，坡面產(chǎn)流量快速增加，如此反復(fù)。相比較35°坡面，30°坡面的有效降雨面積較大，加上較低坡度導(dǎo)致的降雨與坡面土體的充分接觸，坡面細(xì)溝侵蝕逐漸發(fā)育，最終使得坡面徑流量出現(xiàn)較大的起伏變化。

圖2 不同覆蓋度和坡度條件下徑流量隨時(shí)間變化

2.2 不同覆蓋度和坡度對(duì)徑流量的影響

圖3表示不同覆蓋度和坡度條件下的坡面徑流總量。由圖3可以看出，當(dāng)坡面無(wú)覆蓋時(shí)，坡面徑流總量大小依次為：25°>35°>30°，主要原因一方面可能是25°坡面的有效降雨面積較大，較大的降雨面積意味著接收到的降雨量較多，坡面徑流量較大；另一方面，低坡度條件下，雨滴打擊使得坡面結(jié)皮厚度和硬度發(fā)育更加完全，坡面更容易產(chǎn)生徑流。35°坡面的徑流量大于30°坡面，原因是雖然35°坡面的有效降雨面積較小，但較大的坡度可以加快坡面徑流速度，降低坡面流下滲能力，坡面多出的水轉(zhuǎn)化為地表徑流，此時(shí)流速增加引起的徑流量增大可以抵消有效

圖3 不同覆蓋度和坡度條件下徑流量變化

通過(guò)雙因素方差分析可以發(fā)現(xiàn)，坡度對(duì)徑流量的影響達(dá)到極顯著水平，而覆蓋度對(duì)徑流量的影響不顯著(表2)。肖培青等[25]定量研究了90 mm/h雨強(qiáng)、20°坡度條件下不同覆蓋度(80%，60%，40%，20%)苜蓿草地的產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律，發(fā)現(xiàn)不同草被覆蓋條件下草地累積徑流量隨著草地覆蓋度的減小而增大，該結(jié)論與本試驗(yàn)的結(jié)果不同，可能的原因一是坡度條件的不同，二是本試驗(yàn)的覆蓋物相比較原生植被，與坡面土體的結(jié)合度較低。

表2 坡度和覆蓋度對(duì)徑流量影響的方差分析結(jié)果

注：**表示達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。

2.3 坡面產(chǎn)沙過(guò)程特征

不同覆蓋度和坡度條件下崩積體坡面侵蝕產(chǎn)沙量變化曲線如圖4所示。

圖4 不同覆蓋度和坡度條件下坡面產(chǎn)沙量隨時(shí)間變化特征

由圖4可以看出，當(dāng)坡面無(wú)覆蓋時(shí)，不同坡度坡面的產(chǎn)沙量在降雨前期和中期維持在低水平，在降雨后期迅速增加達(dá)到高水平，且變化幅度35°>30°>25°，主要原因是長(zhǎng)時(shí)間的降雨使得坡面土體結(jié)構(gòu)松軟，穩(wěn)定性變差，加上土體水分飽和導(dǎo)致的降雨下滲量較低，坡面徑流量增加，最終引起坡面細(xì)溝侵蝕與面蝕的發(fā)生與發(fā)育，導(dǎo)致坡面產(chǎn)沙量在降雨后期大幅度增加。當(dāng)坡面覆蓋度為25%時(shí)，不同坡度條件下的坡面產(chǎn)沙量在整個(gè)降雨過(guò)程中起伏變化明顯，且都處于較高水平，此時(shí)，坡面產(chǎn)沙量大小依次為：35°>30°>25°，主要原因是在覆蓋度較小的情況下，坡面土體無(wú)法被完全覆蓋，相當(dāng)面積的土體直接受到降雨的打擊，此時(shí)，坡面細(xì)溝開(kāi)始發(fā)育，細(xì)溝在發(fā)育的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)邊緣侵蝕與溝內(nèi)堆積的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致坡面產(chǎn)沙量較高，產(chǎn)沙量變化幅度較大。當(dāng)坡面覆蓋度為50%時(shí)，坡面產(chǎn)沙量在降雨前期出現(xiàn)較小程度的增加，之后迅速降低并保持穩(wěn)定，主要原因一方面是因?yàn)槠旅媸芨采w物的保護(hù)，秸稈覆蓋可以減輕降雨對(duì)坡面的沖擊與侵蝕，使得雨滴的動(dòng)能大大降低，加上秸稈有攔蓄徑流的作用，所以坡面產(chǎn)沙量較低；另一方面是因?yàn)槠旅鎻搅髁康呐R界覆蓋度為50%，在該覆蓋度下坡面徑流量較少，較小的徑流量缺乏足夠的動(dòng)能搬運(yùn)大規(guī)模的泥沙，所以此時(shí)坡面產(chǎn)沙量較低。當(dāng)坡面覆蓋度為75%時(shí)，25°和35°坡面的產(chǎn)沙量在降雨過(guò)程中始終處于低水平，30°坡面的產(chǎn)沙量在降雨過(guò)程中處于較高值，主要原因是25°條件下，較高覆蓋度秸稈吸收了大量降水，自身重力勢(shì)能增加，加上坡度較低，所以坡面穩(wěn)定性較高，坡面土體不易受到侵蝕或發(fā)生崩塌，35°坡度條件下，坡度較高，降雨無(wú)法與坡面充分接觸作用，侵蝕交輕，產(chǎn)沙量較低。30°坡面適中的坡度加上降雨與坡面的充分接觸作用使得坡面產(chǎn)沙量處于較高水平。當(dāng)坡面覆蓋度達(dá)到100%時(shí)，不同坡度坡面的產(chǎn)沙量處于極低值，說(shuō)明該覆蓋度對(duì)坡面產(chǎn)沙量的減少效果最明顯。

2.4 不同覆蓋度和坡度對(duì)產(chǎn)沙量的影響

圖5表示不同覆蓋度和坡度條件下的坡面產(chǎn)沙總量。

圖5 不同覆蓋度和坡度條件下產(chǎn)沙量變化

由圖5可以看出，當(dāng)坡度為25°時(shí)，坡面產(chǎn)沙總量隨覆蓋度的增加呈減小—增加—減小的變化趨勢(shì)，說(shuō)明在此坡度下存在一個(gè)臨界覆蓋度，在這個(gè)覆蓋度之前，坡面產(chǎn)沙量隨覆蓋度的增加先降低后提高，在這個(gè)覆蓋度之后，坡面徑流總量隨著覆蓋度的增加而降低，本研究的臨界覆蓋度為50%。當(dāng)坡度為30°時(shí)，坡面產(chǎn)沙總量隨著覆蓋度的增加呈減小—增加—減小的變化趨勢(shì)，說(shuō)明在此坡度下同樣存在一個(gè)臨界覆蓋度，該臨界覆蓋度為75%。當(dāng)坡度為35°時(shí)，坡面產(chǎn)沙總量隨著覆蓋度的增加呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明在此坡度下，秸稈覆蓋度的增加能夠明顯降低坡面產(chǎn)沙總量，主要原因是坡面覆蓋秸稈一方面可以有效降低雨滴動(dòng)能，減小雨水對(duì)坡面的擊濺；另一方面可以攔蓄坡面泥沙，有效降低坡面產(chǎn)沙量。

將數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析可以發(fā)現(xiàn)，覆蓋度對(duì)坡面產(chǎn)沙量的影響達(dá)到顯著水平，坡度與產(chǎn)沙量無(wú)顯著相關(guān)(表3)。陳冬素[26]認(rèn)為隨著植被覆蓋度的增加，坡面累積含沙量減少較快，植被覆蓋度是影響產(chǎn)沙量的重要因素。

表3 坡度和覆蓋度對(duì)產(chǎn)沙量影響的方差分析結(jié)果

注：**表示達(dá)到極顯著水平(p<0.01)； *表示達(dá)到顯著水平(p<0.05)。

3 結(jié) 論

(1) 不同覆蓋度和坡度條件下，坡面初始產(chǎn)流時(shí)間的變化范圍在33～292 s；同一坡度條件下，坡面初始產(chǎn)流時(shí)間隨著覆蓋度的增加而延長(zhǎng)；同一覆蓋度條件下，坡面初始產(chǎn)流時(shí)間隨著坡度的增加呈冪函數(shù)降低趨勢(shì)；通過(guò)回歸方法定量分析坡面產(chǎn)流時(shí)間與秸稈覆蓋度的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，坡面產(chǎn)流時(shí)間與秸稈覆蓋度呈線性正相關(guān)關(guān)系。

(2) 當(dāng)坡度為25°時(shí)，坡面產(chǎn)沙總量存在臨界覆蓋度，值為50%；當(dāng)坡度為30°時(shí)，坡面產(chǎn)沙總量存在臨界覆蓋度，值為75%；當(dāng)坡度為35°時(shí)，坡面徑流量存在臨界覆蓋度，值為50%。

(3) 通過(guò)雙因素方差分析可以發(fā)現(xiàn)，坡度對(duì)徑流量的影響達(dá)到極顯著水平，而覆蓋度對(duì)徑流量的影響不顯著；覆蓋度對(duì)坡面產(chǎn)沙量的影響達(dá)到顯著水平，坡度與產(chǎn)沙量無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。

(4) 本研究?jī)H分析了不同條件下的坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程，對(duì)于影響坡面徑流的各類參數(shù)以及產(chǎn)出泥沙的顆粒特征還未有全面深入的探討，今后的研究將會(huì)對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)一步補(bǔ)充與完善，最終構(gòu)建出一個(gè)完整的崩積體坡面侵蝕的理論框架。

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Processes and Responses of Runoff and Sediment Yield on Colluvial Deposits Under Simulated Rainfall

ZHU Gaoli1，2， XIAO Zegan2， LIU Xiaojing2， HUANG Yanhe1， ZOU Wei2， LIN Jinshi1， JIANG Fangshi1

(1.CollegeofResourcesandEnvironment，F(xiàn)ujianAgricultureandForestryUniversity，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian350002，China; 2.CollegeofPublicAdministration，NanjingAgriculturalUniversity，Nanjing，Jiangsu210095，China)

[Objective] The erosion mechanism of colluvial deposits was researched to provide a theoretical basis and scientific evidence for the treatment of collapsing hills. [Methods] An indoor rainfall simulation experiment on slopes of colluvial deposits under 90 mm/h rainfall，and with the treatments of coverages(0，25%，50%，75%，100%) and slopes(25°，30°，35°) was carried out. Runoff and sediment were measured. [Results] The initiating time of runoff under different conditions changed from 33 to 292 s. Under the same slope gradient， there was a linear positive correlation between the initiating time of runoff and the straw coverage， and the initiating time of runoff had a power function with slope as independent variable. Through two-way variance analysis， the influence of slope on runoff was very significant and the influence of coverage on sediment yield was significant. The critical straw coverage of sediment yield was 50% under 25°， the critical straw coverage of sediment yield was 75% under 30°， the critical straw coverage of runoff was 50% under 35°. [Conclusion] For different slope gradients of colluvial deposits，we can choose optimal coverage of straw to reduce sediment yield and runoff effectively.

colluvial deposits; artificial simulation rainfall; straw mulch; erosion

2016-05-11

2016-05-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“花崗巖崩崗?fù)馏w膠結(jié)物質(zhì)與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系”(41571272)，“組合指紋法分析花崗巖崩崗侵蝕產(chǎn)沙運(yùn)移規(guī)律研究”(41001169)； 國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD15B0303)

朱高立(1989—)，男(漢族)，江蘇省徐州市人，博士研究生，研究方向?yàn)橥恋亟?jīng)濟(jì)與管理。E-mail:zhugaoli1989@126.com。

黃炎和(1962—)，男(漢族)，廣東省饒平縣人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事土壤侵蝕與治理研究。E-mail:yanhehuang@163.com。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.001

A

1000-288X(2016)06-0001-07

S157.1， S157.2

文獻(xiàn)參數(shù)： 朱高立， 肖澤干， 劉曉靜, 等.模擬降雨條件下崩積體坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征及其響應(yīng)關(guān)系[J].水土保持通報(bào)，2016,36(6)：001-007.