護坡植物水文效應影響因素研究

劉威易　文譚利　加朱琪

（中南林業(yè)科技大學土木工程與力學學院，湖南長沙　410004）

護坡植物水文效應影響因素研究

劉威易文譚利加朱琪

（中南林業(yè)科技大學土木工程與力學學院，湖南長沙410004）

在總結國內外研究現(xiàn)狀的基礎上，針對護坡植物水文效應進行研究，并針對植物降雨截留、消弱濺蝕、抑制徑流、根系固土方面的效應分析，指出具體的影響因素，對后續(xù)研究提供參考。

；護坡植物；降雨截留；消弱濺蝕；地表徑流；根系固土

公路建設是增加國民收入、啟動國內需求、保持國民經濟持續(xù)快速健康發(fā)展的重要設施。其中，大多數路域位于山地丘陵地區(qū)。山地丘陵地區(qū)巖層裸露的深路塹邊坡上原有植被遭受嚴重破壞，在風化及其他自然作用下容易失穩(wěn)而出現(xiàn)滑坡、埸方等常見的、多發(fā)的自然地質災害，這類災害具有群發(fā)性、重復性和廣泛性特點，已成為全球性的重大地質災害源之一。道路工程與自然環(huán)境密切相關，土石方開挖構成不僅造成邊坡土體裸露，而且破壞了植被生態(tài)系統(tǒng)，影響了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用簡單的工程防護措施易造成植被破壞，邊坡穩(wěn)定性降低甚至出現(xiàn)滑坡等問題。

1　國內外研究現(xiàn)狀

邊坡的不穩(wěn)定性由土壤不同層次深度決定，對邊坡表面的水土保持起到重要作用，對表層不穩(wěn)定性起到抑制作用。根系較深的喬木和灌木植物，具有較強的加筋和固土作用。護坡植物的水文效應不僅要達到對植物地上部分雨水的攔截與緩沖，還要對植物根系周圍土體進行固結。其核心在于研究植物與降雨截留量的相互關系。

1994年首次召開以植物護坡為主體的國際會議［1］，國外一般將植被護坡定義為“用活的植物，單獨用植物或者植物與土木工程非生命的植物材料相結合，以減輕坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕”［2］。目前國內外對植物與截留量的研究如下。德國人沃倫（Ewold Wollny）對雨滴的阻隔進行了研究，他發(fā)現(xiàn)植被截留量的大小取決于植被覆蓋類型和種植密度。植被覆蓋度大的植物其截留量大，種植越密，截留量越大。史立新等研究指出在小到中雨條件下，植被的截留作用更加明顯。隨著降雨量的增加，林冠的截留使損失率減小，降雨量與截留損失量之間呈冪函數反相關關系。周德培、張俊云研究認為植被具有降雨截留作用，這與張清春、劉寶元、翟剛［3］的分析結論相一致。

2　護坡植物的水文效應

護坡植物水文效應的核心體現(xiàn)在降雨截留、消弱濺蝕、土體固結、抑制徑流4個方面，具體表現(xiàn)如下［4］。

2.1降雨截留

降雨條件下，植被地上部分能夠截留部分雨量，降低了總雨量對坡面坡面土體的沖刷程度。土壤吸收掉部分雨量，不同的土壤類型吸收量不同，在一定降雨量條件下，植物的截留量與降雨量呈線性關系；當雨量過大，超過臨界值時，植物的截留量將保持不變。

2.2消弱濺蝕

雨滴濺蝕是降雨對植物及裸露土體的力學作用。雨滴降落后的分裂力使土體顆粒分離飛濺，且主要向坡下及兩邊飛濺。植被能對高速下落的雨滴起緩沖和分散作用，減小雨滴的質量和動量，從而減少飛濺的土粒。假設質量為m的雨滴自高度h處落下，雨滴動能被植物抵消一部分，到達坡面后能量進一步被削弱，最終雨滴到達坡面的速度減小為0。當雨滴分散成n個質量相同、運動方向不同的雨滴時，每個雨滴所具有的能量分為n份，能量大大降低。對于長勢較弱的草本植物，可以認為雨滴的動能為0。

2.3土體固結

植物的根系密集分布于表層，草本植物常用于固結表層土，而小喬木和灌木對深層土體具有良好的固結效果，固結能夠增加土壤抗干擾能力。

2.4抑制徑流

地表徑流對土壤沖刷具有長期性，沖刷后常常會形成溝壑，嚴重時形成溝槽。土體沖蝕強度與徑流流速、徑流能量、土體類型，土壤含水率有關。當植物的長勢不明顯時，植物的覆蓋度形成地表糙度，從而抑制形成強徑流；一般植物覆蓋度、植物種類、土體強度能減小徑流，這種沖刷能降低明顯，已不能對土體造成大的影響。此外，植被能夠過濾水土混合物，植被越密，過濾器的作用就越明顯。一般貼近地面的植被越多，過濾效果越明顯。

3　護坡植物水文效應影響因素

3.1力學效應的增補作用

力學效應首先可以起到固結作用，植物的根系有效地約束了表層土，有效防止降水對層土的沖刷，減小了土壤沖刷量及雨水截留量。其力學效應的增補作用體現(xiàn)在對深層土的固結作用，深層土壤的固結有利于土壤顆粒集聚，有利于吸收降雨量，間接使土壤的吸水率提高，提高了植物的截留效應。而普通淺根系植物只能固結表層土壤，且植物根系只對較淺層面的土壤起作用，故在強降雨條件下會使表層土壤松散程度加大，造成后期隨時間延長，土壤抗沖刷能力下滑，影響后期的植物降雨截留效果。

3.2植物護坡的短期效應和長期效應

生態(tài)效應中的護坡防護與綠化是一個長期的、復雜的過程，植物護坡要注重長期的生態(tài)效果。在裸露土體上，要選擇生長迅速、生長力和抗環(huán)境能力強的植物物種，采用灌草結合方式。草本植物能夠在短期內生長達到初步效果，首先起到防護作用；灌木雖然生長慢，但其根系發(fā)達，能夠向更深的土體延伸，對土體的穩(wěn)定性起到決定性作用，起到護坡水文效應的主導效果。但是，在種植時應采取合理數量的配種模式及種植分析，使其在功能和顏色搭配上同時起到良好效果，這是近年來我國對植物景觀有更高要求的結果，以滿足司乘人員緩解疲勞的需求。

3.3生態(tài)景觀效應

護坡植物水文效益的影響因素主要在于力學效應的增補、護坡效應的短期化和長期化、生態(tài)價值及景觀恢復3個方面。隨著人們對環(huán)境價值追求的提高，植物護坡的觀賞價值被提高到新的位置?；趪伊謽I(yè)局948項目對美國深路塹邊坡關鍵技術的引進，學習美國植物選擇及先進種植方法，學習其一年四季均能保證邊坡植物生長旺盛、色彩鮮艷，不僅減輕了司乘人員的視覺疲勞，也有效提高了生態(tài)價值。例如，根據對南方多雨氣候條件進行研究，選擇適合本土生長灌木和草本植物，能夠在完成固土護坡的條件下，同時實現(xiàn)灌草植物為一體的物種多樣性和景觀多樣性，從而提高邊坡的景觀功能和價值，比如刺槐、黃花槐、狗牙根、多花木蘭、黑麥草的組合就是一種較為可取的搭配模式。

4　結語

大量研究表明，采用喬灌草結合是護坡植物搭配的一種良好模式，不僅達到對表層土壤的固結目的，而且對深層土體起到較好的固結作用。喬灌草的種植模式可以兼顧3種類型植物的生長趨勢，通常在植物的選擇上，草本居多，灌木其次、喬木最少。在種植順序上，宜先種植灌木和草本，待草本和灌木長勢較好時，擇優(yōu)選擇種植喬木。在土質條件良好的狀況下，也可以采用灌木和草本結合的模式，模式選擇取決于現(xiàn)場條件及環(huán)境氣候條件。植物護坡可以有效防治坡面水土流失、邊坡崩塌、滑坡等自然災害現(xiàn)象，可有效改善生態(tài)環(huán)境，增強景觀效應。因此，在條件允許的情況下，采用植物方法加固邊坡意義重大。

［1］王文生，楊曉華，謝永利.公路邊坡植物的護坡機理［J］.長安大學學報（自然科學版），2005（4）：26-30.

［2］周德培，張俊云.植被護坡工程技術［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［3］張清春，劉寶元，翟剛.植被與水土流失研究綜述［J］.水土保持研究，2002（4）：96-101.

［4］張瑩.淺析植物護坡的水文效應［J］.科技資訊，2011（6）：152-153.

Study on the Influencing Factors of Slope Plants Hydrological Effect

Liu WeiYi WenTan LijiaZhu Qi
（School of Civil Engineering and Mechanics，Central South University of Forestry and Technology，Changsha Hunan 410004）

Under the condition of summarizing the current research status at home and abroad，in view of the slope plants to study the hydrological effect，and to analyze rainfall interception，weaken of the splash erosion，inhibition of runoff，soil reinforcement by roots，the concrete influence factors were put forward，in order to provide reference for subsequent research.

slope plants；rainfall interception；weaken of the splash erosion；inhibition of runoff；soil reinforcement by roots

S157

A

1003-5168（2016）08-0154-02

2016-07-06

土木工程應用技術“湖南省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新基地資助項目”；國家林業(yè)局948項目。

劉威（1991-），男，碩士在讀，研究方向：道路工程。