公路邊坡綠化覆蓋物水土保持效果試驗(yàn)分析

藺學(xué)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(yàn)分析

藺學(xué)賢

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾041051)

摘要：結(jié)合某公路實(shí)例，采取降水模擬器與土壤侵蝕槽構(gòu)建模擬公路邊坡，在各項(xiàng)基本參數(shù)正確標(biāo)定的基礎(chǔ)上，對(duì)其徑流量與土壤侵蝕程度進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析，得出草席可以很好的防止公路邊坡發(fā)生水土流失的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：公路邊坡；綠化覆蓋物；水土保持效果；試驗(yàn)分析

1研究方法

1.1降水模擬器與參數(shù)標(biāo)定

(1)降水模擬器

使用可自由升降的針頭式模擬器，其結(jié)構(gòu)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(tǒng)構(gòu)成，通過(guò)閥門啟閉與壓力調(diào)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)度控制。模擬器共布置495個(gè)針頭，針頭可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行調(diào)整。試驗(yàn)架中設(shè)置一個(gè)侵蝕槽，使用牽引系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)保證實(shí)際降水滿足空間分布。

圖1　可自由升降針頭降水模擬器結(jié)構(gòu)示意圖

(2)標(biāo)定參數(shù)

①?gòu)?qiáng)度標(biāo)定

根據(jù)模擬系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，此次試驗(yàn)使用流量計(jì)與壓力表進(jìn)行強(qiáng)度標(biāo)定。在某個(gè)時(shí)間段中，流量計(jì)顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)可以通過(guò)計(jì)算得到強(qiáng)度值，再按照相應(yīng)的原理實(shí)施測(cè)定。具體內(nèi)容如下所示。

降水強(qiáng)度計(jì)算公式

(1)

式中：I代表降水強(qiáng)度，mm/h；Q代表過(guò)水流量，m3；S為降水面積的有效值(本次試驗(yàn)取1 920 mm×850 mm)；T為降水的時(shí)間，h。

②均勻度標(biāo)定

使用8個(gè)規(guī)格一致的燒杯，以不同的擺放方式進(jìn)行接水，統(tǒng)計(jì)結(jié)果并實(shí)施誤差分析。燒杯擺放方式共有三種，如圖2所示。對(duì)燒杯頂部進(jìn)行覆蓋后啟動(dòng)電源，在降水趨于穩(wěn)定之后取下燒杯遮蓋物，準(zhǔn)確計(jì)時(shí)3 min。對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際降水量測(cè)定，使用相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，以80%作為合格標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)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(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際降水量，mm；H為每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的降水量平均值，mm；n為測(cè)點(diǎn)數(shù)量，個(gè)。

圖2　三種燒杯布置方法

(3) 雨滴大小標(biāo)定

此次試驗(yàn)使用色斑法對(duì)雨滴大小實(shí)施標(biāo)定。利用孔徑為0.1 mm的篩網(wǎng)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(dāng)中。試驗(yàn)時(shí)需在指定位置快速收集雨滴，濾紙?jiān)谟龅剿院髸?huì)迅速出現(xiàn)色斑，對(duì)色斑直徑進(jìn)行測(cè)定，重復(fù)相同操作3次。

色斑直徑測(cè)定完畢之后，將濾紙完全烘干，通過(guò)掃描并輸入至計(jì)算機(jī)，使用繪圖工具畫出邊界雨，同時(shí)算出其面積大小，最后經(jīng)換算得出直徑。使用修正公式實(shí)施運(yùn)算，求出三個(gè)樣品的直徑平均值，如下所示

(3)

式中：d1，d2，d3為三個(gè)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(yàn)設(shè)計(jì)

以某高速公路為研究對(duì)象，采集該高速公路邊坡綠化土，在此公路的施工現(xiàn)場(chǎng)中，使用噴播機(jī)收集綠化土，填滿預(yù)先準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建一個(gè)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(shù)標(biāo)定完成后，對(duì)四種類型(裸坡、無(wú)紡布、遮陽(yáng)網(wǎng)、草簾)的邊坡實(shí)施降水試驗(yàn)，降水試驗(yàn)共計(jì)10次，每一次試驗(yàn)都使用全新的邊坡，以此防止重復(fù)侵蝕。降水時(shí)間保持在20 min左右，降水時(shí)每隔2 min采集一次樣品，并進(jìn)行記錄。取樣后進(jìn)行烘干，稱量其重量，保證其泥沙濃度與實(shí)際產(chǎn)沙量。

1.3數(shù)據(jù)分析方法

選取PASW Statistics 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合ANOVA分析方法，如果數(shù)據(jù)處理間存在相對(duì)較大的差異性，則需使用Tukey進(jìn)行差異性分析。

2水土保持效果試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1模擬器標(biāo)定結(jié)果分析

(1)強(qiáng)度結(jié)果分析

為準(zhǔn)確標(biāo)定降水強(qiáng)度，本次試驗(yàn)選取四種壓強(qiáng)進(jìn)行測(cè)定，統(tǒng)計(jì)不同壓強(qiáng)下流量的平均值與降水強(qiáng)度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2　不同壓強(qiáng)條件下的降水強(qiáng)度

由表2可以看出，降水強(qiáng)度隨壓強(qiáng)的變化而變化，二者成正比關(guān)系。為使模擬降水更接近天然降水，應(yīng)選擇最小壓強(qiáng)，此時(shí)的降水強(qiáng)度為68.1 mm·h-1。

(2)均勻度結(jié)果分析

隨壓強(qiáng)的不斷增大，降水強(qiáng)度逐漸提高，其均勻度也表現(xiàn)出明顯的增大趨勢(shì)，降水量的分布誤差始終低于20%，可基本滿足實(shí)驗(yàn)要求。

(3) 雨滴大小結(jié)果分析

隨壓強(qiáng)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(guī)格并不會(huì)發(fā)生改變，所以孔徑并不會(huì)隨著增大。此外，壓力變大會(huì)使流速變快，減小了水滴的滯留時(shí)間，進(jìn)而也大幅縮減了水滴質(zhì)量的不斷積累。

2.2水土保持效果

(1)徑流結(jié)果分析

模擬器標(biāo)定完成后，開(kāi)展模擬邊坡侵蝕試驗(yàn)。在降水過(guò)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(jìn)行覆蓋的邊坡徑流量較小，但在降水時(shí)間達(dá)到10 min時(shí)，徑流量不再發(fā)生變化，趨于穩(wěn)定。

圖3　模擬邊坡各覆蓋面徑流量變化

(2)土壤侵蝕結(jié)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(tǒng)計(jì)結(jié)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(chǎn)沙量最高。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)一系列降水試驗(yàn)，對(duì)三種不同邊坡覆蓋面所能提供的水土保持效果實(shí)施深入研究。三種覆蓋面的徑流量、泥沙濃度與實(shí)際產(chǎn)沙量均顯著低于裸坡，說(shuō)明對(duì)邊坡進(jìn)行覆蓋可以有效防止水土流失問(wèn)題。在三種覆蓋面當(dāng)中，草簾徑流量、泥沙濃度與實(shí)際產(chǎn)沙量結(jié)果最低，其徑流量經(jīng)試驗(yàn)和計(jì)算得出為1.9 mL/s，比無(wú)覆蓋邊坡小近70%；凈流系數(shù)經(jīng)試驗(yàn)和計(jì)算得出為6.4%，比無(wú)覆蓋邊坡小15%；實(shí)際產(chǎn)沙量經(jīng)試驗(yàn)和計(jì)算得出為1.5 g/m2，只有無(wú)覆蓋邊坡(50 g/m2)3%左右。由此可見(jiàn)，草席可以很好地防止公路邊坡發(fā)生水土流失，具有一定推廣和使用價(jià)值。

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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(jiǎn)介：藺學(xué)賢(1980-)，山西臨汾人，工程師，主要從事公路工程試驗(yàn)檢測(cè)工作。

中圖分類號(hào)：U418.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)04-0004-02