堆渣邊坡生態(tài)棒護(hù)坡措施的水土保持效益

田 野, 葛 德, 楊建英, 馮明明, 林田苗, 安 云, 趙廣祥

(1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院, 北京 100083; 2.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)

研究院, 云南 昆明 650011; 3.水利部 水土保持植物開發(fā)管理中心, 北京 100038;

4.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院, 天津 300250; 5.北京市延慶縣水保工作站, 北京 延慶 102100)

堆渣邊坡生態(tài)棒護(hù)坡措施的水土保持效益

田 野1, 葛 德1, 楊建英1, 馮明明2, 林田苗3, 安 云4, 趙廣祥5

(1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院, 北京 100083; 2.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)

研究院, 云南 昆明 650011; 3.水利部 水土保持植物開發(fā)管理中心, 北京 100038;

4.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院, 天津 300250; 5.北京市延慶縣水保工作站, 北京 延慶 102100)

摘要：[目的] 探究堆渣邊坡生態(tài)棒防護(hù)措施的綜合防護(hù)效果，為露天采石場裸露邊坡的生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。 [方法] 利用人工降雨模擬試驗(yàn)，收集不同降雨強(qiáng)度下地表層和礦渣層的產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量，并建立綜合貢獻(xiàn)度模型。 [結(jié)果] 隨著坡度的增加地表層的徑流總量和泥沙總量呈遞增趨勢，而礦渣層的徑流總量和泥沙總量呈遞減趨勢，與徑流總量相比泥沙總量變化趨勢不明顯；對照組與生態(tài)棒防護(hù)措施下，地表層的產(chǎn)流—產(chǎn)沙相關(guān)性均高于礦渣層；當(dāng)降雨強(qiáng)度為30和120 mm/h時，生態(tài)棒防護(hù)邊坡在坡度為15°時具有較佳的防護(hù)效果，當(dāng)降雨強(qiáng)度為60 mm/h時，徑流量和泥沙量受坡度變化的影響不顯著。 [結(jié)論] 生態(tài)棒防護(hù)措施具有攔蓄坡面徑流和泥沙的功能，與對照組相比可以更有效地防治坡面水土流失。

關(guān)鍵詞：生態(tài)棒; 坡度; 降雨強(qiáng)度; 徑流; 泥沙

自20世紀(jì)80年代以來，隨著國家對礦產(chǎn)資源需求的迅速增加以及礦冶經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，因礦山開采而造成的生態(tài)破壞問題也日趨嚴(yán)重，原本穩(wěn)定健康的生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重破壞[1]。由于礦產(chǎn)資源的不合理開發(fā)，加上管理粗放、缺乏規(guī)劃，不僅造成資源的巨大浪費(fèi)，而且嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境[2]。邊坡植被裸露、土壤結(jié)構(gòu)破壞造成水土流失加劇，并較易引發(fā)滑坡、塌方等自然地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人類的生存環(huán)境，阻礙我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展[3-4]。

許多學(xué)者[5-8]致力于露天采石場邊坡植被恢復(fù)的相關(guān)研究，例如張華等[5]采用徑流小區(qū)觀測法研究了生態(tài)袋技術(shù)在不同降雨強(qiáng)度和不同坡度條件下對裸露松散體坡面的水土保持效應(yīng)；趙永軍[6]從邊坡防護(hù)技術(shù)、渣土攔擋技術(shù)、截排水技術(shù)及植被恢復(fù)技術(shù)等方面，介紹了我國生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失狀況及特點(diǎn)。史文娟等[7]通過模擬人工降雨，研究不同地形(不同坡度和坡長)條件下的坡地產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律，并建立WEPP模型參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，對不同場次降雨運(yùn)用模型進(jìn)行預(yù)測；傅濤等[8]研究了三峽庫區(qū)紫色土在不同降雨強(qiáng)度和坡度條件下的養(yǎng)分流失規(guī)律，指出泥沙中養(yǎng)分含量與雨強(qiáng)無關(guān)，但隨坡度增加而降低。以上學(xué)者均對防護(hù)措施下的邊坡產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律進(jìn)行了一定程度的研究，但多數(shù)是在土質(zhì)邊坡條件下進(jìn)行，基于露天采石場堆渣邊坡水土流失規(guī)律的研究較少。

本研究基于北京市房山區(qū)周口店鎮(zhèn)黃院采石場的水土流失現(xiàn)狀，選擇常見的生態(tài)棒防護(hù)措施進(jìn)行人工降雨試驗(yàn)，設(shè)置3種不同的坡度(15°，30°和45°)，分別收集地表層和礦渣層的徑流量和泥沙量，并構(gòu)建綜合貢獻(xiàn)度模型，對比不同坡度、降雨強(qiáng)度條件下生態(tài)棒防護(hù)邊坡的水土流失情況。旨在為北京露天采石場裸露邊坡的生態(tài)修復(fù)提供參考依據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)與方法

1.1　試驗(yàn)區(qū)概況

本研究所用采石場礦渣取自北京市房山區(qū)周口店鎮(zhèn)黃院采石場，地理坐標(biāo)115°25′—116°15′E，39°30′—39°55′N，海拔約為70～250 m。附近區(qū)域工礦業(yè)發(fā)達(dá)，主要有石灰石、大理石、及花崗巖等[9]。地形西高東低，相對高差191 m，地貌類型屬于華北低山丘陵區(qū)[10]。屬大陸性季風(fēng)氣候，雨季主要集中于6—8月份，占全年降雨量的80%以上[11]。北京市強(qiáng)降雨具有局部地帶性特征，且降雨分布不均，呈東北—西南向帶狀分布[12]。礦區(qū)植被覆蓋度較低，以菊科、蘿藦科以及禾本科等植被為主，常見植物種有豬毛菜(Salsolacollina)、荊條(Vitexnegundoheterophylla)、鬼針草(Bidenspilosa)、鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)等。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用大型人工降雨裝置進(jìn)行堆渣邊坡水土流失測定試驗(yàn)。人工降雨裝置采用下噴式降雨系統(tǒng)，有效降雨高度8 m，由6個可以任意組合的獨(dú)立降雨試驗(yàn)區(qū)組成，單個試驗(yàn)區(qū)面積為10 m×3.5 m。人工降雨裝置的模擬降雨強(qiáng)度范圍從12 mm/h到180 mm/h，降雨模擬試驗(yàn)系統(tǒng)采用軟件集成操作管理，全部操作過程由計(jì)算機(jī)控制，具備數(shù)據(jù)記錄功能。

試驗(yàn)所用移動式人工降雨侵蝕槽規(guī)格為0.8 m高，1 m寬，2 m長，坡度可自行調(diào)節(jié)(圖1)。高度較低一端每0.1 m設(shè)有出流口，出流口直徑15 mm，出流口的設(shè)置特別便于礦渣層產(chǎn)流與產(chǎn)沙的數(shù)據(jù)采集，增加試驗(yàn)可信度和精準(zhǔn)度。礦渣層填裝高度是70 cm，礦渣表層布設(shè)北京地區(qū)具有代表性的生態(tài)棒防護(hù)措施[13-15]，生態(tài)棒選用無紡布材料，具無毒，不降解，透水不透土的特性。填裝土壤后的規(guī)格為長1 m，寬10 cm，厚10 cm，用底部削尖的竹簽固定于坡面表層，均勻布設(shè)3層(圖1)。

圖1　移動式人工降雨侵蝕槽設(shè)計(jì)圖

生態(tài)棒內(nèi)填裝土壤取自北京市房山區(qū)周口店鎮(zhèn)黃院采石場周邊未破壞山體邊坡，試驗(yàn)礦渣取自該采石場巖質(zhì)碎渣堆砌邊坡，主要由石礫和渣土組成。石礫含量(>2 mm)約為88.63%，渣土含量(<2 mm)約為11.37%。依據(jù)美國農(nóng)業(yè)部(USDA)分類系統(tǒng)[16,17]判斷試驗(yàn)渣土為砂壤土，生態(tài)棒內(nèi)填裝土壤為砂質(zhì)粘壤土。渣土的粒徑組成包括56.10%的砂粒(0.050～2.000 mm)，31.79%的粉砂(0.002～0.050 mm)以及12.11%的黏粒(<0.002 mm)，容重為1.61 g/cm-3，pH均值為8.34。生態(tài)棒內(nèi)填裝土壤的粒徑組成包括52.97%的砂粒(0.050～2.000 mm)，25.62%的粉砂(0.002～0.050 mm)，以及21.41%的黏粒(<0.002 mm)，容重為1.12 g/cm3，pH值均為8.11。初始土壤水分含量變化范圍為20%~25%。試驗(yàn)土樣的物理性質(zhì)詳見表1。

表1　試驗(yàn)土樣的物理性質(zhì)

1.3　試驗(yàn)觀測及分析方法

查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料[18-22]，本試驗(yàn)布設(shè)了3個不同的降雨強(qiáng)度(30，60，120 mm/h)，以及3個不同的試驗(yàn)坡度(15°，30°，45°)，并設(shè)置無防護(hù)措施的空白對照，于2013年8—10月開展人工降雨試驗(yàn)。每隔10 min用廣口瓶收集地表層與礦渣層各出流口的徑流樣品，用以測定徑流量和泥沙量，泥沙量用烘干法進(jìn)行測定，整個觀測過程持續(xù)1 h。根據(jù)各出流口測定的徑流量和泥沙量，計(jì)算出不同降雨歷時礦渣層的徑流量與泥沙量，依據(jù)測定的徑流過程線和泥沙過程線，計(jì)算出每次降雨地表層與礦渣層的徑流總量和泥沙總量。因本文的主要目的是分析堆渣邊坡生態(tài)棒護(hù)坡措施的水土保持效益分析，因此對于礦渣層不同深度的徑流量與泥沙量不做分析。試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)。侵蝕箱內(nèi)土壤填裝完畢后以及每次人工降雨完成后，均需在自然通風(fēng)環(huán)境靜置3 d，并測定土壤水分含量，保證土壤水分含量在20%~25%的范圍內(nèi)[23]，方可進(jìn)行下次人工降雨試驗(yàn)觀測。

1.4　模型構(gòu)建

(1) 邊坡防護(hù)措施下，減流效益(Pri)[24]和減沙效益(Psi)[24]能有效反映降雨強(qiáng)度與坡度變化對產(chǎn)流和產(chǎn)沙的影響，可按下式計(jì)算：

(1)

(2)

式中：Qbi，Qmi——不同坡度條件下(i=15°，30°，45°)對照組和生態(tài)棒防護(hù)邊坡的產(chǎn)流量；Sbi，Smi——不同坡度條件下對照組和生態(tài)棒防護(hù)邊坡的產(chǎn)沙量。

(2) 引入徑流相對貢獻(xiàn)度(ηri)[24]與泥沙相對貢獻(xiàn)度(ηsi)[24]，建立綜合貢獻(xiàn)度模型分析降雨強(qiáng)度、坡度的不同對坡面產(chǎn)流和侵蝕產(chǎn)沙的變化影響程度，綜合貢獻(xiàn)度η[24]可按下式計(jì)算：

(3)

(4)

(5)

不同降雨強(qiáng)度條件下，綜合貢獻(xiàn)度η值范圍在0～1之間，η值越大，表明邊坡的減沙減流效果越好。

2結(jié)果與分析

2.1　生態(tài)棒防護(hù)措施對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量過程的影響

生態(tài)棒防護(hù)坡面與對照組坡面的徑流總量與泥沙總量，如圖2所示。由圖2可知，生態(tài)棒和對照組地表層的徑流總量分別是48 680和55 103.06ml，泥沙總量分別為389.78和544.93g，生態(tài)棒防護(hù)邊坡地表層的產(chǎn)流產(chǎn)沙量均小于對照組，說明生態(tài)棒防護(hù)措施能夠有效防治坡面表層的水土流失，具有攔蓄坡面徑流和泥沙的功能，發(fā)揮了較好的水土保持效果。生態(tài)棒和對照組礦渣層的徑流總量分別為35 486.67和36 942.84ml，泥沙總量分別為35.58和28.64g，與地表層相比，生態(tài)棒與對照組礦渣層的產(chǎn)流產(chǎn)沙量差異較小，說明生態(tài)棒防護(hù)措施對礦渣層的產(chǎn)流產(chǎn)沙防治效果不明顯。

產(chǎn)流量與產(chǎn)沙量隨著降雨歷時的變化表現(xiàn)出不同的規(guī)律(圖3)。由圖3可以看出，當(dāng)降雨強(qiáng)度為30，60，120mm/h時，生態(tài)棒防護(hù)邊坡的徑流率均值分別為15.17，27.47，50.15ml/s，對照組邊坡的徑流率均值分別為16.66，29.68，55.14ml/s，說明隨著降雨強(qiáng)度的增加，生態(tài)棒與對照組的產(chǎn)流率明顯增加，當(dāng)降雨強(qiáng)度為120mm/h，降雨歷時為60min時，生態(tài)棒與對照組的產(chǎn)流率達(dá)到峰值。最大產(chǎn)沙率的出現(xiàn)時間受一場降雨過程中降雨時間與降雨強(qiáng)度的影響而有所差別。不同降雨強(qiáng)度下，生態(tài)棒防護(hù)邊坡與無防護(hù)措施邊坡的產(chǎn)沙率表現(xiàn)出先增大后減小，并逐漸趨于穩(wěn)定的變化趨勢。當(dāng)降雨強(qiáng)度為30mm/h，生態(tài)袋與對照組的最大產(chǎn)沙率分別為2.33，2.80g/(m2·s)，出現(xiàn)在降雨開始后40min；當(dāng)降雨強(qiáng)度為60mm/h，生態(tài)袋與對照組的最大產(chǎn)沙率分別為11.85，15.02g/(m2·s)，出現(xiàn)在降雨開始后10min；當(dāng)降雨強(qiáng)度為120mm/h，生態(tài)袋與對照組的最大產(chǎn)沙率分別為40.20，54.65g/(m2·s)，出現(xiàn)在降雨開始后10min，說明在相同邊坡處理?xiàng)l件下，最大產(chǎn)沙率的出現(xiàn)時間隨降雨強(qiáng)度的減小而延長。

圖2　生態(tài)棒防護(hù)措施對地表層和礦渣層產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量的影響

圖3　不同降雨強(qiáng)度下生態(tài)棒防護(hù)措施對產(chǎn)流率、產(chǎn)沙率的影響

2.2　坡度對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量的影響

坡度作為土壤侵蝕的主要影響因子之一，對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙有顯著影響[25-27]，坡度不同對生態(tài)棒的攔水阻沙效應(yīng)也存在一定的影響，各因素共同作用于坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙過程，增加了影響機(jī)制的復(fù)雜度。圖4—5給出了不同坡度條件下生態(tài)棒和對照組邊坡的徑流總量和泥沙總量變化。從圖4—5可知，生態(tài)棒和對照組邊坡礦渣層的徑流總量和泥沙總量均小于地表層。隨著坡度的增加地表層的徑流總量和泥沙總量均增加，且生態(tài)棒防護(hù)措施下地表層的徑流含沙量在人工降雨過程中受坡度變化的影響最小，說明生態(tài)棒防護(hù)措施能夠起到有效防治坡度升高造成的土壤侵蝕。隨著坡度的增加礦渣層的徑流總量呈顯著遞減趨勢，但泥沙總量變化不顯著，這一現(xiàn)象主要由于坡度的升高可縮短坡面產(chǎn)流所需時間，徑流入滲量減少、地表產(chǎn)流量增加，因此礦渣層的徑流量較小，且坡度越高礦渣層的徑流量越少。而礦渣層的產(chǎn)沙過程主要受徑流的攜帶作用，因此隨著坡度增加，礦渣層產(chǎn)流量減小，礦渣層的產(chǎn)沙量隨之減小，但由于礦渣層的產(chǎn)沙總量數(shù)值較小，均值僅為32.11g，因此礦渣層的泥沙總量變化不顯著。

2.3　生態(tài)棒防護(hù)邊坡產(chǎn)流量與產(chǎn)沙量的回歸分析

建立生態(tài)棒與對照組邊坡產(chǎn)流—產(chǎn)沙的線性回歸方程(表2)，相關(guān)系數(shù)均在大于0.05置信區(qū)間呈顯著的相關(guān)性。通過分析人工降雨過程中地表層與礦渣層的產(chǎn)流—產(chǎn)沙關(guān)系可知，生態(tài)棒與對照組邊坡地表層的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.944 7，0.935 8，均大于0.900，說明地表層的產(chǎn)流量與產(chǎn)沙量具有較好的相關(guān)性，產(chǎn)沙現(xiàn)象的發(fā)生主要受產(chǎn)流攜帶作用的影響，且隨著產(chǎn)流量的增大，產(chǎn)沙量也隨之增加。生態(tài)棒與對照組邊坡礦渣層的相關(guān)系數(shù)R2均小于地表層，分別為0.763 6，0.791 1，由于礦渣層產(chǎn)流、產(chǎn)沙的發(fā)生時間均滯后于地表層，且在徑流入滲過程中受降雨強(qiáng)度、坡度、邊坡防護(hù)攔擋等作用的影響，其產(chǎn)流產(chǎn)沙過程更為復(fù)雜，因而礦渣層的產(chǎn)流—產(chǎn)沙相關(guān)性弱于地表層。

圖4　不同坡度下生態(tài)棒與對照組邊坡的徑流總量變化

2.4　生態(tài)棒防護(hù)措施綜合效益評價

利用試驗(yàn)測得徑流和泥沙基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立綜合貢獻(xiàn)度模型，探討降雨強(qiáng)度、坡度的不同對坡面產(chǎn)流和侵蝕產(chǎn)沙變化的影響程度。從表3可以看出，不同降雨強(qiáng)度下生態(tài)棒防護(hù)邊坡的減流、減沙效益存在一定的差異性，主要表現(xiàn)為隨著降雨強(qiáng)度的增加生態(tài)棒防護(hù)措施的減流效益明顯減弱，而減沙效益變化不明顯。當(dāng)降雨強(qiáng)度為120mm/h，坡度為45°時，減流效益最差僅為1.54%。

圖5　不同坡度下生態(tài)棒與對照組邊坡的泥沙總量變化

注：R為產(chǎn)流率(ml/s)；S為產(chǎn)沙率〔g/(m2·s)〕。

表3　生態(tài)棒護(hù)坡邊坡的減流、減沙效益及其綜合貢獻(xiàn)度

當(dāng)降雨強(qiáng)度為30 mm/h時，坡度為15°，30°和45°邊坡的綜合貢獻(xiàn)度分別為36.63%，33.64%和29.74%，即坡度為15°時生態(tài)棒的防護(hù)效果最好。當(dāng)降雨強(qiáng)度為60 mm/h時，坡度為15°，30°和45°邊坡的綜合貢獻(xiàn)度分別為32.72%，33.73%和33.55%，3者之間差異較小，說明徑流量和泥沙量的產(chǎn)生受坡度的影響較小。當(dāng)降雨強(qiáng)度為120 mm/h時，坡度為15°，30°和45°邊坡的綜合貢獻(xiàn)度分別為38.15%，36.75%和25.09%，即坡度為15°時生態(tài)棒的防護(hù)效果最好，而坡度為45°的邊坡具有最差的防護(hù)效果。說明在降雨強(qiáng)度較大地區(qū)，坡度達(dá)到45°時較易發(fā)生嚴(yán)重水土流失。

3結(jié) 論

(1) 生態(tài)棒與對照組的產(chǎn)流率隨著降雨歷時的增加而變大，在降雨開始后60 min達(dá)到峰值。而產(chǎn)沙率表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，低降雨強(qiáng)度(30 mm/h)的最大產(chǎn)沙率出現(xiàn)在降雨開始后40 min，高降雨強(qiáng)度(60，120 mm/h)的最大產(chǎn)沙率出現(xiàn)在降雨開始后10 min。

(2) 與對照組相比，生態(tài)棒防護(hù)措施具有較好的攔蓄坡面徑流和泥沙的功能，能夠更有效的防治坡面表層水土流失。在坡度相同的情況下，生態(tài)棒防護(hù)措施能有效降低產(chǎn)沙產(chǎn)流量。

(3) 通過對產(chǎn)流—產(chǎn)沙線性回歸方程的分析，可知對照組與生態(tài)棒防護(hù)措施下，地表層的產(chǎn)流—產(chǎn)沙相關(guān)性均優(yōu)于礦渣層。

(4) 當(dāng)降雨強(qiáng)度為30和120 mm/h時，生態(tài)棒防護(hù)邊坡在坡度為15°時具有最佳防護(hù)效果。當(dāng)降雨強(qiáng)度為60 mm/h時，徑流量和泥沙量受坡度變化的影響不顯著。

(5) 在降雨強(qiáng)度較大地區(qū)(120 mm/h)，針對坡度大于45°的較陡邊坡，在其復(fù)綠過程中應(yīng)采用削坡處理，通過降低坡度的方法達(dá)到防治水土流失的目的。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Zhang H, Song J, Su C, et al. Human attitudes in environmental management: Fuzzy cognitive maps and policy option simulations analysis for a coal-mine ecosystem in China[J]. Journal of Environmental Management, 2013,115(3):227-234.

[3]Silva E F D,vila P F, Salgueiro A R, et al. Quantitative-spatial assessment of soil contamination in S. Francisco de Assis due to mining activity of the Panasqueira mine(Portugal)[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2013,20(11):7534-7549.

[4]Bhebhe D, Kunguma O, Jordaan A, et al. A case study of the perceived socio-environmental problems caused by illegal gold mining in Gwanda District, Zimbabwe[J]. Disaster Advances, 2013,6(10):70-76.

[5]張華,趙廷寧,白麟,等.采石場松散體坡面平鋪生態(tài)袋綠化的水土保持效應(yīng)[J].水土保持通報(bào),2013,33(2):111-115.

[6]趙永軍.生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治技術(shù)綜述[J].中國水土保持,2007(4):47-50.

[7]史文娟,馬媛,王娟,等.地形因子對陜北坡耕棗樹地產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響及模擬研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2014,28(2):25-29.

[8]傅濤,倪九派,魏朝富,等.不同雨強(qiáng)和坡度條件下紫色土養(yǎng)分流失規(guī)律研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2003,9(1):71-74.

[9]李巖龍.周口店地區(qū)基底巖石地質(zhì)演化史分析[J].西部探礦工程,2011,23(11):159-162.

[10]楊翠霞,趙廷寧,謝寶元,等.基于小流域自然形態(tài)的廢棄礦區(qū)地形重塑模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014,30(1):236-244.

[11]張艷,趙廷寧,史常青,等.北京山區(qū)采石場邊坡植被恢復(fù)動態(tài)研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013,27(6):61-66.

[12]馬京津,李書嚴(yán),王冀.北京市強(qiáng)降雨分區(qū)及重現(xiàn)期研究[J].氣象,2012,38(5):569-576.

[13]張華.北京房山區(qū)黃院采石場松散堆積體生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2013.

[14]王瓊.華東地區(qū)采石場自然恢復(fù)特征及人工生態(tài)恢復(fù)研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2009.

[15]王瓊,辜再元,周連碧.德興銅礦水龍山酸性廢石堆場邊坡生態(tài)恢復(fù)工程模式研究[J].中國礦業(yè),2011,20(1):64-66.

[17]張守紅,劉蘇峽,莫興國,等.降雨和水保措施對無定河流域徑流和產(chǎn)沙量影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,32(4):161-169.

[18]Balacco G. The interrill erosion for a sandy loam soil[J]. International Journal of Sediment Research, 2013,28(3):329-337.

[19]符素華,路炳軍,葉芝菡.地表礫石對降雨徑流及土壤侵蝕的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2010(2):15-18.

[20]侯立柱,馮紹元,丁躍元,等.人工降雨條件下多層滲濾介質(zhì)系統(tǒng)產(chǎn)流與入滲規(guī)律試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(9):100-105.

[21]石生新.高強(qiáng)度人工降雨條件下地面坡度,植被坡面產(chǎn)沙過程的影響[J].山西水利科技,1996(3):77-80

[22]王安,郝明德,王莢文.人工降雨條件下秸稈覆蓋及留茬的水土保持效應(yīng)[J].水土保持通報(bào),2012,32(2):26-32.

[23]Donjadee S, Chinnarasri C. Effects of rainfall intensity and slope gradient on the application of vetiver grass mulch in soil and water conservation[J]. International Journal of Sediment Research, 2012,27(2):168-177.

[24]張艷,楊建英,馮明明,等.松散堆積體邊坡竹柵欄防護(hù)措施的水土保持效益[J].水土保持學(xué)報(bào),2014,28(5):1-5.

[25]余新曉,張曉明,武思宏,等.黃土區(qū)林草植被與降水對坡面徑流和侵蝕產(chǎn)沙的影響[J].山地學(xué)報(bào),2006,24(1):19-26.

[26]蔣榮.地形因子對貴州喀斯特地區(qū)坡面土壤侵蝕的影響[D].江蘇南京:南京大學(xué),2013.

[27]馬波,吳發(fā)啟,李占斌,等.作物與坡度交互作用對坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2013,27(3):33-38.

Soil and Water Conservation Benefits of Ecological Rods on Mineral Waste-Piled Slopes

TIAN Ye1, GE De1, YANG Jianying1, FENG Mingming2,

LIN Tianmiao3, AN Yun4, ZHAO Guangxiang5

(1.CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China; 2.BroadvisionEngineeringConsultants,Kunming,Yunnan650011,China; 3.PlantDevelopmentandManagementCenterforSoilandWaterConservation,MinistryofWaterResources,Beijing100038,China; 4.HebeiResearchInstituteofInvestigation&DesignofWaterConservancy&Hydropower,Tianjin300250,China; 5.YanqingSoilandWaterConservationStation,Beijing102100,China)

Abstract：[Objective] In order to provide some reliable bases for ecological restoration of quarry slopes， the comprehensive effects of ecological rod method on controlling the soil and water loss on slopes were investigated. [Methods] Large-scale artificial rainfall tests were conducted to collect information about the quantities of runoff and sediment from surface layer and debris flow, and upon which a comprehensive model was built. [Results] With the increase of slope degree, the quantities of runoff and sediment from surface increased while that from debris flow decreased. Total sediment did not change as significant as the total runoff did. The correlation of runoff and sediment from surface layer was higher than that from debris flow. Ecological rod protective measures built on <15° slopes had the highest benefits when rainfall intensities were 30 mm/h and 120 mm/h. Slope degree had little influence on runoff and sediment when rainfall intensity was 60 mm/h. [Conclusion] The ecological rod protective measure has significant effects on the control of soil and water loss by intercepting surface runoff and sediment.

Keywords:ecological rods; slope degree; rainfall intensity; runoff; sediment

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0196-06

中圖分類號：S157.1

通信作者：楊建英(1965—),女(漢族),河北省行唐市人,博士，副教授,主要從事開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持研究。E-mail:jyyang@bjfu.edu.cn。

收稿日期：2014-09-28修回日期：2014-10-27

資助項(xiàng)目：國家林業(yè)公益性項(xiàng)目“建設(shè)工程損毀林地植被修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(200904030); 長江科學(xué)院開放研究基金項(xiàng)目(CKWV2013203/KY)

第一作者：田野(1986—),男(漢族),天津市人,碩士研究生,研究方向?yàn)樗帘３帧⒐こ叹G化理論。E-mail:148066970@qq.com。