紅壤區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目邊坡防護(hù)措施保水減沙效益研究

徐愛(ài)珍，湯崇軍，劉 宇，郭利平，趙佳鼎

(1.江西省水土保持科學(xué)研究院 江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌330029；2. 中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)挖邊坡、修建路基等形成的高陡邊坡嚴(yán)重破壞原始地貌，容易導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失，對(duì)周?chē)坝^和環(huán)境產(chǎn)生不利影響[1]。有效減少土壤侵蝕、保護(hù)水土資源，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的和諧共存是生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持研究的重要內(nèi)容[2]。長(zhǎng)期以來(lái)，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目邊坡防護(hù)主要采用噴射砂漿護(hù)坡、噴射混凝土護(hù)坡、抹面護(hù)坡、護(hù)面墻、砼預(yù)制塊護(hù)坡、混凝土骨架護(hù)坡等工程防護(hù)措施，主要關(guān)注邊坡防護(hù)的穩(wěn)定性與安全性，較少考慮硬質(zhì)化邊坡防護(hù)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的巨大負(fù)面影響[3-4]，而對(duì)兼顧生態(tài)效益、采用植被覆蓋的邊坡防護(hù)措施研究較少。本研究以位于江西水土保持生態(tài)科技園的不同邊坡防護(hù)措施小區(qū)為研究對(duì)象，在一般性邊坡防護(hù)的基礎(chǔ)上開(kāi)展植物防護(hù)技術(shù)研究，探索紅壤區(qū)適宜的護(hù)坡植被配置模式，希望能為同類(lèi)地區(qū)邊坡生態(tài)防護(hù)提供參考。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

江西水土保持生態(tài)科技園地處江西省北部的九江市德安縣燕溝小流域，鄱陽(yáng)湖水系博陽(yáng)河西岸，位于115°42′38″～115°43′06″E、29°16′37″～29°17′40″N。園區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，降雨充沛，多年平均降水量1 350.9 mm，降水季節(jié)分配極不均勻，干濕季明顯，最大年降水量為1 807.7 mm，最小年降水量為865.6 mm，平均氣溫16.7 ℃，年日照時(shí)數(shù)1 650～2 100 h，年無(wú)霜期249 d。園區(qū)位于我國(guó)紅壤分布中心區(qū)域，屬全國(guó)土壤侵蝕二級(jí)類(lèi)型區(qū)中的南方紅壤區(qū)，在江西省具有典型代表性。所在地層為元古界板溪群泥質(zhì)巖、新生界第四紀(jì)紅色黏土、近代沖積與殘積物，地貌類(lèi)型為淺丘崗地，海拔30～100 m，坡度多在5°～25°。園區(qū)所在地生態(tài)環(huán)境脆弱，建園初期水土流失面積達(dá)72.0 hm2，占土地總面積的85.7%，其中輕度流失面積35.2 hm2、中度流失面積7.5 hm2、強(qiáng)烈流失面積29.3 hm2，年土壤侵蝕總量2 122.6 t，土壤侵蝕模數(shù)為2 948 t/(km2·a)，土壤侵蝕以水力侵蝕為主。

2 護(hù)坡措施小區(qū)布設(shè)

表1 護(hù)坡措施小區(qū)基本情況

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法

3.1 降雨量觀測(cè)

江西水土保持生態(tài)科技園內(nèi)建有標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測(cè)場(chǎng)，配備有漏斗式雨量計(jì)、虹吸式雨量計(jì)、翻斗式雨量計(jì)、激光雨滴譜儀等設(shè)備，可進(jìn)行實(shí)時(shí)降雨量觀測(cè)，并自動(dòng)化獲取次降雨量、平均降雨強(qiáng)度、次降雨特征等降雨數(shù)據(jù)，觀測(cè)時(shí)段為2016年1—12月。

3.2 徑流和泥沙觀測(cè)

以次降雨為單位，測(cè)定逐次降雨產(chǎn)生的徑流量。泥沙觀測(cè)參照《徑流小區(qū)和小流域水土保持監(jiān)測(cè)手冊(cè)》，采用人工取樣法。

3.3 保水減沙效益計(jì)算

本研究涉及的水土保持效益包括減少地表徑流和控制侵蝕產(chǎn)沙效益。利用觀測(cè)得到的次降雨量和各小區(qū)徑流量和產(chǎn)沙量數(shù)據(jù)，分別計(jì)算不同護(hù)坡措施小區(qū)保水、減沙效益。保水效益用徑流減少率表示，計(jì)算公式為

(1)

式中：ΔW為相對(duì)保水效益；Wb為裸露小區(qū)(對(duì)照)降雨徑流深，mm；Wp為護(hù)坡措施小區(qū)降雨徑流深，mm。

減沙效益用產(chǎn)沙減少率表示，計(jì)算公式為

(2)

式中：ΔY為相對(duì)減沙效益；Yb為裸露小區(qū)(對(duì)照)土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a)；Yp為護(hù)坡措施小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a)。

3.4 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 22進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4 結(jié)果分析

4.1 降雨特征分析

觀測(cè)期內(nèi)共觀測(cè)到降雨136場(chǎng)，總降雨量1 797 mm，其中侵蝕性降雨28場(chǎng)。最大降雨量出現(xiàn)在2016年6月30日至7月5日，降雨量385 mm，降雨歷時(shí)6 560 min，平均雨強(qiáng)3.52 mm/h。最小降雨量出現(xiàn)在2016年8月20日，降雨量10 mm，平均雨強(qiáng)6.32 mm/h，降雨歷時(shí)95 min。侵蝕性降雨量總計(jì)1 483.7 mm，占總降雨量的82.6%，且主要分布在4—8月。4—6月份降雨以連續(xù)性降雨為主，平均雨強(qiáng)為3.12 mm/h；7—9月份降雨以暴雨為主，降雨量大但歷時(shí)較短，平均雨強(qiáng)達(dá)5.68 mm/h；10月份之后，降雨量相對(duì)較少，且平均雨強(qiáng)趨于穩(wěn)定。

4.2 護(hù)坡措施小區(qū)保水減沙效益分析

4.2.1 坡比1∶1.5護(hù)坡措施小區(qū)保水減沙效益分析

表2為坡比1∶1.5護(hù)坡措施小區(qū)保水減沙效益計(jì)算結(jié)果。由表2知，11種護(hù)坡措施小區(qū)產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量均顯著小于裸露小區(qū)(對(duì)照)，具有明顯的保水減

表2 坡比1∶1.5護(hù)坡措施小區(qū)保水減沙效益

沙效益。與裸露小區(qū)(對(duì)照)相比，護(hù)坡措施小區(qū)平均減少?gòu)搅髀蕿?2.13%，其中土工格室+植草護(hù)坡、三維網(wǎng)植草護(hù)坡、混凝土空心磚+植草護(hù)坡3種護(hù)坡措施小區(qū)保水效益較好，徑流減少率分別為86.32%、82.30%和77.50%。與裸露小區(qū)(對(duì)照)相比，各護(hù)坡措施小區(qū)減沙效益均非常明顯，減沙率都在95%以上。

4.2.2 坡比1∶2護(hù)坡措施小區(qū)保水減沙效益分析

表3為坡比1∶2護(hù)坡措施小區(qū)保水減沙效益。由表3知，坡比1∶2護(hù)坡措施小區(qū)同樣具有明顯的保水減沙效果。各護(hù)坡措施小區(qū)徑流減少率為18.49%～84.14%，其中以等高綠籬埂護(hù)坡效果最為明顯，草灌護(hù)坡次之；減沙率均在99%以上，以等高綠籬埂護(hù)坡減沙效果最好。

表3 坡比1∶2護(hù)坡措施小區(qū)保水減沙效益

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2016年18個(gè)徑流小區(qū)28次侵蝕性降雨進(jìn)行觀測(cè)試驗(yàn)，分析了兩種坡度下多種護(hù)坡措施小區(qū)的保水減沙效益，主要結(jié)論如下：

(1)2016年園區(qū)侵蝕性降雨量為1 483.7 mm，占總降雨量的82.6%，主要集中在4—8月份，且以長(zhǎng)歷時(shí)降雨為主。

(2)與裸露小區(qū)(對(duì)照)相比，各護(hù)坡措施小區(qū)具有較好的保水減沙效益。坡比1∶1.5護(hù)坡措施小區(qū)以土工格室+植草護(hù)坡、三維網(wǎng)植草護(hù)坡、混凝土空心磚+植草護(hù)坡3種保水效果最為明顯，同時(shí)各護(hù)坡措施小區(qū)減沙效益都在95%以上，說(shuō)明工程措施與生物措施相結(jié)合的護(hù)坡措施保水減沙效果較好[6]。坡比1∶2護(hù)坡措施小區(qū)也具有較好的保水減沙效益，其中以等高綠籬埂護(hù)坡保水減沙效果最好，這可能與其小區(qū)內(nèi)植被種類(lèi)豐富和覆蓋度高有關(guān)。