降雨擊濺下鄂爾多斯松散砒砂巖粒徑分選特性及其敏感性分析

李曉麗，郭雒敏

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院， 010018， 呼和浩特)

砒砂巖主要分布在晉陜蒙地區(qū)，其中內(nèi)蒙古鄂爾多斯高原是砒砂巖的主要分布區(qū)。砒砂巖作為一種松散的巖層，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、易風(fēng)化，水土流失嚴(yán)重，成為黃河泥沙的重要來(lái)源，多年平均侵蝕模數(shù)可達(dá)3萬(wàn)～4萬(wàn)t/(km2·a)[1]。眾多學(xué)者對(duì)砒砂巖各種因素的侵蝕研究發(fā)現(xiàn)[2-6]，砒砂巖區(qū)最主要的侵蝕方式是水蝕。由于砒砂巖極易吸水潰散，因此降雨徑流很容易挾帶砒砂巖土粒進(jìn)行遷移。但在降雨初期，由于土壤滲透吸水，地表不可能馬上形成徑流，此時(shí)雨滴擊濺成為土壤的主要侵蝕方式[7]。由于雨滴濺蝕使表土土壤顆粒分離，為后續(xù)徑流輸沙提供物質(zhì)基礎(chǔ)。又由于母質(zhì)的機(jī)械組成與土壤的抗侵蝕能力有密切關(guān)系，同時(shí)土壤顆粒的大小不同在雨滴擊打作用下被遷移的概率也不盡不同[7]，因此雨滴對(duì)表土顆粒的擊濺分選，將直接影響徑流形成后坡面產(chǎn)沙狀況和輸移泥沙的粒徑分布。在水蝕嚴(yán)重的鄂爾多斯砒砂巖區(qū)，地表松散砒砂巖質(zhì)地為中砂，常平等[8]通過(guò)室內(nèi)變坡角水槽沖刷試驗(yàn)研究了其在各種沖涮下條件的輸移規(guī)律；由于砒砂巖區(qū)多丘陵溝壑，在不同坡度上、在降雨形成徑流的初期，雨滴對(duì)表土顆粒擊濺分散如何改變母質(zhì)中土壤顆粒的分布及遷移，如何影響坡面的產(chǎn)沙、輸沙，哪些要素是擊濺侵蝕的敏感因子，這些分析對(duì)全過(guò)程揭示砒砂巖區(qū)水蝕狀況具有重要意義。

筆者在室內(nèi)開(kāi)展人工降雨擊濺侵蝕試驗(yàn)，探究松散砒砂巖在降雨初期地表徑流形成之前的擊濺侵蝕特征，以降雨強(qiáng)度、坡度變化為主要影響因子，分析雨滴的擊濺對(duì)松散砒砂巖粒徑的分選規(guī)律以及對(duì)各級(jí)粒徑分選的敏感性，以期為深入研究砒砂巖區(qū)的水力侵蝕機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用砒砂巖土樣取自晉陜蒙交界的鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗裸露砒砂巖分布區(qū)。該區(qū)域地形起伏較大，屬于典型的中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，每年降雨集中，又加之砒砂巖成巖結(jié)構(gòu)性差，經(jīng)反復(fù)凍融、風(fēng)化、降雨沖刷，地表沉積著裸露的松散砒砂巖水蝕嚴(yán)重，極易發(fā)生水土流失(圖1)。砒砂巖區(qū)多年平均土壤侵蝕模數(shù)為3萬(wàn)t/(km2·a)，0.05 mm粒徑以上的粗沙占80%，是黃河粗沙的主要來(lái)源區(qū)之一[9]。而分布于鄂爾多斯高原的裸露砒砂巖區(qū)的面積占砒砂巖區(qū)總面積的53.6%，屬3個(gè)型區(qū)(裸露砒砂巖區(qū)、蓋土砒砂巖區(qū)、蓋沙砒砂巖區(qū))中比例最大，裸露砒砂巖土壤缺乏有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致地表無(wú)植被覆蓋，同時(shí)風(fēng)化后的松散砒砂巖顆粒間幾乎無(wú)膠結(jié)作用，因此受風(fēng)力、降雨侵蝕作用強(qiáng)烈，更容易造成水土流失。鄂爾多斯準(zhǔn)格爾旗地區(qū)的砒砂巖表層覆薄層黃土(10～20 cm)，該層黃土上層壓力小，強(qiáng)度低，且膠結(jié)力差，在自然外力的作用下發(fā)生水土流失，從而形成了裸露區(qū)砒砂巖的典型地貌。且加之近年來(lái)，該地區(qū)的土地開(kāi)采及不合理利用加劇了水土流情況。裸露砒砂巖區(qū)表層的顆粒狀砒砂巖為自然外力反復(fù)侵蝕所致，由于松散的砒砂巖更易被侵蝕，所以研究松散砒砂巖在雨滴擊打作用下的侵蝕機(jī)理對(duì)該地區(qū)的水土流失研究有一定的意義。

圖1 地表松散砒砂巖Fig.1 Loose Pisha-sandstone on the surface

為減少所取土樣中的其他土體與雜質(zhì)影響，土樣取自地表下30～50 cm的深度范圍[10]，將土樣自然風(fēng)干，過(guò)2 mm篩。測(cè)定風(fēng)干土樣干密度為1.83 g/cm3，含水量為2.2%～3.13%。試驗(yàn)土樣機(jī)械組成使用德國(guó)干法測(cè)量激光粒度儀測(cè)定。

試驗(yàn)測(cè)得未濺蝕原狀砒砂巖的粒徑分布集中在8～500 μm以內(nèi)，屬于砂土類(lèi)土壤，通過(guò)中國(guó)制(1987)土粒徑標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際所用的粒徑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，分析砒砂巖粒徑組成(表1)。

表1 中國(guó)制(1987)土粒徑標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際所用的粒徑標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比關(guān)系

可見(jiàn)，基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)細(xì)砂有更加細(xì)致地劃分。該粒徑分類(lèi)在國(guó)外使用較為廣泛，常用于需要對(duì)細(xì)砂土壤有更細(xì)致研究的場(chǎng)景，同時(shí)由于我們計(jì)算使用的是粒度與沉積物分析軟件GRADISTAT，也是基于此粒徑分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。且從分析結(jié)論可以看出細(xì)砂和極細(xì)砂在不同坡度降雨強(qiáng)度條件下分選特征具有明顯差異，故考慮選用此分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，粒級(jí)的劃分依據(jù)Udden[11]、Wentrerth[12]、George[13]和Simon等[14]的分類(lèi)準(zhǔn)則(表2)。

表2 松散砒砂巖粒徑組成及粒級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在水利部牧科院室內(nèi)模擬人工降雨大廳進(jìn)行。該降雨系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，有效降雨高度4 m，雨滴形態(tài)與自然降雨相似，降雨均勻度大于80%，且降雨強(qiáng)度變化連續(xù)可調(diào)，符合人工降雨模擬要求[15]。

降雨濺蝕試驗(yàn)裝置如圖2所示，收集系統(tǒng)是依據(jù)摩根濺蝕盤(pán)原理改進(jìn)自制而成，土槽直徑20 cm，深度20 cm加上各角度下的斜坡高度[15]。此裝置能夠控制承雨面積不變。裝置設(shè)計(jì)有上下坡分界擋板，此擋板既可以防止發(fā)生二次濺蝕，還可以收集不同方位濺蝕土樣，進(jìn)而提高濺蝕土樣的收集精度[15]。

圖2 濺蝕收集裝置Fig.2 Splash erosion collection device

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

將試驗(yàn)土樣裝滿濺蝕槽，調(diào)整干密度至1.83 g/cm3，并用刮刀將表面刮平，試驗(yàn)降雨時(shí)間設(shè)為1 h。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料資料收集到的最大瞬時(shí)降雨強(qiáng)度為105 mm/h。試驗(yàn)預(yù)處理發(fā)現(xiàn)<55 mm/h 的降雨強(qiáng)度對(duì)濺蝕作用愈來(lái)愈小。為全面分析降雨強(qiáng)度影響的規(guī)律性，在降雨強(qiáng)度 55 mm/h 和最大降雨強(qiáng)度105 mm/h 之間插入70和80 mm/h 2個(gè)降雨強(qiáng)度進(jìn)行分析。此區(qū)域地形坡度集中在5°～25°之間，有少部分地區(qū)坡度達(dá)到25°以上[16]，故選擇10°、20°和30°作為試驗(yàn)坡度。分別收集不同條件下上、下坡2個(gè)方位的濺蝕土樣，并進(jìn)行平行試驗(yàn)，誤差控制在10%以內(nèi)，取2次試驗(yàn)平均值；如果2次收集土樣濺蝕質(zhì)量誤差超過(guò)10%，則繼續(xù)進(jìn)行平行試驗(yàn)。然后用德國(guó)干法激光粒度儀測(cè)定其機(jī)械組成[15]。

2.3 數(shù)據(jù)處理及計(jì)算

2.3.1 粒徑區(qū)間顆粒數(shù)量比例 由于松散砒砂巖粒徑組成中不同粒級(jí)顆粒的體積相差較大，體積比例變化無(wú)法準(zhǔn)確反映各粒級(jí)數(shù)量的變化。為了更直觀地反映各粒級(jí)顆粒變化趨勢(shì)，用各粒級(jí)顆粒數(shù)量比例替代其體積比例。依據(jù)以下理論，計(jì)算各級(jí)砒砂巖顆粒的等效體積

(1)

(2)

(3)

式中：V為顆粒的等效體積，μm3；R為球體等效半徑，μm；xm為顆粒的平均直徑，μm；x0,i為第i個(gè)粒度分布等級(jí)所劃分的區(qū)間的下限，μm；xu,i為第i個(gè)粒度分布的上限，μm。

則各粒級(jí)顆粒數(shù)量比例

(4)

式中：Q0,i為第i個(gè)粒級(jí)數(shù)量比例，%；Qv,i(xi) 為第i個(gè)粒級(jí)體積比例，%；Vi為第i個(gè)顆粒的等效體積，μm3。

由式(1)～(4)計(jì)算即可得到松散砒砂巖各粒級(jí)顆粒數(shù)量比例(表3)。

2.3.2 砒砂巖各粒級(jí)區(qū)間數(shù)量比例變動(dòng)率 通過(guò)類(lèi)比分析，借用證券學(xué)中分析股票波動(dòng)的指標(biāo)—變動(dòng)率ROC[17]，計(jì)算不同降雨強(qiáng)度、坡度下各粒級(jí)顆粒含量變動(dòng)率的絕對(duì)值，用變動(dòng)率絕對(duì)值的大小來(lái)反映各粒級(jí)區(qū)間顆粒數(shù)量的變動(dòng)幅度，用變動(dòng)率指標(biāo)的正負(fù)反映其變動(dòng)趨勢(shì)。

(5)

式中：|ROC|為各粒徑區(qū)間顆粒數(shù)量比例變動(dòng)率，%；Q0,ui(xi)為上坡濺蝕土樣第i個(gè)粒徑區(qū)間的顆粒數(shù)量比例，%；Q0,di(xi)為下坡顆粒數(shù)量比例，%；Q0,ipsy(xi)為未發(fā)生濺蝕的顆粒數(shù)量比例[18]，%。

表3 原狀未濺蝕松散砒砂巖各當(dāng)量粒徑區(qū)間顆粒數(shù)量比例

3 結(jié)果與分析

3.1 對(duì)松散砒砂巖粒徑的分選及敏感性

依據(jù)表1的中砂、細(xì)砂、極細(xì)砂的粒級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，利用式(1)～(4)計(jì)算濺蝕盤(pán)上收集到的不同坡度、不同降雨強(qiáng)度以及與之對(duì)應(yīng)的濺蝕盤(pán)上、下坡面濺蝕土樣各粒級(jí)顆粒數(shù)量比例，并與原狀母質(zhì)松散砒砂巖(后面都稱(chēng)為未濺蝕砒砂巖)進(jìn)行對(duì)比，探討松散砒砂巖發(fā)生濺蝕的規(guī)律及各影響因子對(duì)濺蝕的敏感特性。

3.1.1 對(duì)中砂顆粒的分選 圖3是不同坡度條件下中砂((250,500] μm)顆粒數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度的變化?？梢?jiàn)在3種坡度下隨降雨強(qiáng)度增大中砂顆粒數(shù)量比例均增大。尤其是超過(guò)70 mm/h的降雨會(huì)顯著增加中砂顆粒濺蝕數(shù)量。這表明相同坡度上，降雨強(qiáng)度越大，中砂發(fā)生濺蝕的比率越大。

圖3 各坡面中砂數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度的變化Fig.3 Variation of percentage of medium sands with rainfall intensity at each slope

在<70 mm/h的降雨強(qiáng)度作用下，10° 坡面上中砂發(fā)生濺蝕數(shù)量始終低于未濺蝕土樣，表明在較平緩的坡面上此降雨強(qiáng)度不足以為中砂提供濺蝕所需的能量，因此濺蝕出去的中砂在濺蝕土樣中的比例均低于原狀未濺蝕的砒砂巖；但隨坡度增大(20°和30°坡面)發(fā)生濺蝕的中砂比例略大于未濺蝕松散砒砂巖，表明在雨滴的擊濺作用下，啟動(dòng)的中砂顆粒隨坡度的增加發(fā)生躍移距離增大。且在20°坡度上中砂顆粒隨降雨強(qiáng)度變化的增加幅度最大。

3.1.2 對(duì)細(xì)砂顆粒的分選 圖4是不同坡度濺蝕細(xì)砂((125,250] μm)顆粒數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度的變化。當(dāng)坡度<30°時(shí)，隨降雨強(qiáng)度增大發(fā)生濺蝕的細(xì)砂數(shù)量增加。在<70 mm/h降雨強(qiáng)度范圍內(nèi)，上下坡面收集到的細(xì)砂濺蝕數(shù)量均與未濺蝕砒砂巖含量接近，且隨降雨強(qiáng)度增大其變化幅度很小；當(dāng)降雨強(qiáng)度>70 mm/h時(shí)，隨降雨強(qiáng)度增大其濺蝕數(shù)量明顯增加；特別在20°坡度上，降雨強(qiáng)度從70 mm/h增大至80 mm/h時(shí)，其發(fā)生濺蝕的程度最強(qiáng)；在30°坡度上，當(dāng)降雨強(qiáng)度>80 mm/h時(shí)，隨著降雨強(qiáng)度增大下坡面發(fā)生濺蝕的細(xì)砂在增大，而上坡面則在逐漸減小。

圖4 各坡面細(xì)砂顆粒數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度的變化Fig.4 Variation of percentage of fine sands with rainfall intensity at each slope

從圖4中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)降雨強(qiáng)度從55 增大至80 mm/h時(shí)，發(fā)生濺蝕的細(xì)砂比例上坡面的始終大于下坡。這表明<80 mm/h的降雨強(qiáng)度，不足以提供使細(xì)砂顆粒啟動(dòng)下移的能量；而在坡度、降雨強(qiáng)度共同作用下，即當(dāng)達(dá)到30°坡度、降雨強(qiáng)度105 mm/h時(shí)，細(xì)砂濺蝕數(shù)量下坡明顯大于上坡，可見(jiàn)此時(shí)雨滴擊濺動(dòng)能足以推動(dòng)細(xì)砂顆粒向下坡遷移，使被濺蝕坡面下坡細(xì)砂含量增大。

3.1.3 對(duì)極細(xì)砂顆粒的分選 極細(xì)砂((63,125] μm)顆粒數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度的變化如圖5所示。在10°和20°的坡面上，隨降雨強(qiáng)度增大極細(xì)砂濺蝕顆粒數(shù)量逐漸增多，且濺蝕顆粒數(shù)量上坡一直大于下坡。當(dāng)降雨強(qiáng)度>70 mm/h、坡度達(dá)到30°時(shí)，上坡的極細(xì)砂顆粒數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度增大而減小，下坡的始終隨著降雨強(qiáng)度的增大而增大；而降雨強(qiáng)度>80 mm/h時(shí)，下坡極細(xì)砂顆粒數(shù)量比例大于上坡，表明在30°坡度，80 mm/h的降雨強(qiáng)度下雨滴的沖擊動(dòng)能足以為極細(xì)砂顆粒提供向下方遷移的能量，使下坡面極細(xì)砂顆粒數(shù)量明顯多于上坡。

圖5 極細(xì)砂數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度的變化Fig.5 Variation of percentage of very fine sand with rainfall intensity

從坡面顆粒數(shù)量的比例變化趨勢(shì)可知，雨滴的濺蝕能夠改變?cè)衅旅娴念w粒級(jí)配，而且相同坡度下獲得能量越大啟動(dòng)下移的顆粒粒級(jí)也會(huì)增大。因此在30°坡度上，80 mm/h的降雨強(qiáng)度，極細(xì)砂濺蝕數(shù)量下坡面大于上坡，而達(dá)到105 mm/h的降雨強(qiáng)度時(shí)，細(xì)砂也出現(xiàn)了相同的變化規(guī)律。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在本實(shí)驗(yàn)降雨強(qiáng)度范圍內(nèi)，中砂顆粒下坡面數(shù)量比例始終未大于上坡，可見(jiàn)中砂顆粒啟動(dòng)下移所需要的能量更大。

從力學(xué)角度分析這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，受雨滴沖擊作用，在0°坡面，土壤顆粒以原始位置為中心徑向?qū)ΨQ(chēng)向四周躍移[18]，但坡度的存在勢(shì)必打破徑向?qū)ΨQ(chēng)，這種不對(duì)稱(chēng)性改變了顆粒的躍移距離和顆粒數(shù)量[19-21]。又知在降雨動(dòng)能相同時(shí)，大顆粒的遷移距離必定小于細(xì)小顆粒；而質(zhì)量愈小的顆粒，其啟動(dòng)并產(chǎn)生運(yùn)移所需要的動(dòng)能也小。因此對(duì)于極細(xì)砂在降雨強(qiáng)度僅為80 mm/h時(shí)就開(kāi)始向下坡面遷移，當(dāng)降雨強(qiáng)度增大到105 mm/h細(xì)砂才開(kāi)始運(yùn)移，由此也可以推斷中砂向下坡遷移所需要的降雨強(qiáng)度所以更大。

3.1.4 對(duì)粉砂粒徑的分選 圖6所示是粉砂((4,63] μm)顆粒數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度的變化。由圖可見(jiàn)只有10°的坡度除外，其余情況濺蝕土樣中粉砂顆粒數(shù)量比例均小于未濺蝕松散砒砂巖，且隨著降雨強(qiáng)度的增大，粉砂發(fā)生濺蝕的顆粒數(shù)量比例均在降低。這表明粉砂粒級(jí)的顆粒發(fā)生濺蝕的條件更高，又由于上坡的濺蝕顆粒數(shù)量比例一直大于下坡，故上坡較下坡愈不易發(fā)生濺蝕。但降雨強(qiáng)度增大到105 mm/h、坡度增加到30°時(shí)，上坡粉砂顆粒數(shù)量比例明顯大于下坡。這是由于在坡度、降雨強(qiáng)度耦合作用下，上坡面更多細(xì)砂、極細(xì)砂向下坡面運(yùn)移，導(dǎo)致上坡面母質(zhì)中粉砂顆粒比例上升，因而上坡面擊濺出來(lái)的粉砂顆粒數(shù)量勢(shì)必相應(yīng)增多，最終使其含量大于下坡。

圖6 粉砂數(shù)量比例隨降雨強(qiáng)度的變化Fig.6 Variation of percentage of silty sand with rainfall intensity

將發(fā)生濺蝕的粉砂與砂土顆粒數(shù)量比例進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨降雨強(qiáng)度的增大，被濺出砂土隨之增多，而粉砂則越來(lái)越少，使地表濺蝕后的松散砒砂巖粉砂顆粒含量升高，黏聚力增大。

3.2 基于變動(dòng)率的各粒級(jí)顆粒發(fā)生濺蝕的敏感性分析

圖7是濺蝕土樣各粒級(jí)顆粒數(shù)量比例變動(dòng)率的絕對(duì)值隨降雨強(qiáng)度的變化。由圖7對(duì)比可知，在降雨強(qiáng)度、坡度相同的條件下，細(xì)砂變動(dòng)幅度最大，因此細(xì)砂最容易受擊濺侵蝕，其次分別為中砂、極細(xì)砂、粉砂。

如圖6a所示，當(dāng)降雨強(qiáng)度≤70 mm/h時(shí)，中砂顆粒數(shù)量比例變動(dòng)幅度在各坡度上都比較接近，表明降雨強(qiáng)度較小時(shí)，坡度并不是中砂發(fā)生濺蝕的敏感因子；但是降雨強(qiáng)度增大80 mm/h及以上時(shí)，對(duì)應(yīng)于20°、30°和10°坡面上中砂數(shù)量比例的變動(dòng)幅度依次降低。這表明坡度對(duì)中砂的粒徑分選隨降雨強(qiáng)度增大越發(fā)敏感。

對(duì)于細(xì)砂，當(dāng)降雨強(qiáng)度≤70 mm/h時(shí)(圖6b)，隨坡度增大其變動(dòng)幅度隨降雨強(qiáng)度的增大均略有增加，但10°坡面上的變動(dòng)幅度最小，20°、30°坡面上變化趨勢(shì)相當(dāng)。當(dāng)降雨強(qiáng)度增大到80 mm/h及以上時(shí)，變動(dòng)幅度最大的發(fā)生在20°坡面上。將中砂圖7a、細(xì)砂圖7b在相同降雨強(qiáng)度下的變動(dòng)幅度進(jìn)行對(duì)比，很顯然坡度對(duì)細(xì)砂分選影響的敏感性強(qiáng)于中砂。

當(dāng)降雨強(qiáng)度≤70 mm/h時(shí)，對(duì)比圖7c和d可知，極細(xì)砂和粉砂的變動(dòng)幅度均隨坡度增加而增大。但是當(dāng)降雨強(qiáng)度增大到80 mm/h及以上時(shí)，20°坡面上極細(xì)砂和粉砂數(shù)量比例的變動(dòng)幅度最大。

圖7 各粒級(jí)顆粒數(shù)量比例變動(dòng)率隨降雨強(qiáng)度的變化Fig.7 Change rate of quantity proportion of each grain size partical numbers varies with rainfall intensity

由以上分析可見(jiàn)，當(dāng)降雨強(qiáng)度超過(guò)80 mm/h時(shí)，20°坡面對(duì)應(yīng)的各粒級(jí)顆粒含量變動(dòng)幅度均最大，然后依次是30°和10°，表明在降雨擊濺作用下20°坡面最容易發(fā)生濺蝕。

4 結(jié)論

由于松散砒砂巖不同粒級(jí)顆粒的體積相差較大，因此引入各粒級(jí)顆粒數(shù)量比例替代其體積比例，并借助變動(dòng)率指標(biāo)反映各粒徑區(qū)間顆粒數(shù)量的變動(dòng)幅度，可更清晰直觀反映濺蝕土樣中各粒級(jí)顆粒數(shù)量受坡度、降雨強(qiáng)度的影響程度。

1)松散砒砂巖發(fā)生濺蝕的嚴(yán)重程度又是降雨強(qiáng)度、坡度、土壤顆粒大小等多因素共同耦合作用的結(jié)果。對(duì)于砒砂巖擊濺侵蝕最主要影響因子是降雨強(qiáng)度、坡度，但二者對(duì)各粒級(jí)顆粒發(fā)生濺蝕的敏感程度不同。

2)在坡度≤20°的坡面，降雨強(qiáng)度是松散砒砂巖濺蝕的最敏感因子。其中中砂、細(xì)砂、極細(xì)砂顆粒數(shù)量比例均隨降雨強(qiáng)度增大而增大，且上坡數(shù)量比例始終大于下坡；而粉砂數(shù)量比例則隨降雨強(qiáng)度增大而減小，但上坡數(shù)量比例卻均小于下坡。

3)在坡度≥30°的坡面，松散砒砂巖濺蝕的敏感因子是坡度和降雨強(qiáng)度。能夠使極細(xì)砂向下坡面運(yùn)移的降雨強(qiáng)度為80 mm/h，而能夠使細(xì)砂開(kāi)始向下移動(dòng)降雨強(qiáng)度則為105 mm/h?？梢?jiàn)降雨強(qiáng)度的增大使可發(fā)生遷移的土壤粒徑逐漸增大，因而使被濺蝕坡面下坡的細(xì)砂、極細(xì)砂含量增大。

4)當(dāng)降雨強(qiáng)度相同時(shí)，對(duì)于≤70 mm/h的降雨強(qiáng)度，只有30°坡度上極細(xì)砂和粉砂變動(dòng)幅度最大；而濺蝕土樣中各粒級(jí)顆粒數(shù)量比例在降雨強(qiáng)度達(dá)到80 mm/h后，均在20°坡度上變動(dòng)幅度最大。因此降雨強(qiáng)度相同的情況下，20°坡面上最易降雨濺蝕。

5)濺蝕作用下細(xì)砂顆粒數(shù)量比例變動(dòng)率最大，因此降雨最容易使砒砂巖散土顆粒中細(xì)砂發(fā)生濺蝕，其次是中砂、極細(xì)砂、粉砂。

5 討論

由于水蝕是砒砂巖區(qū)最主要的侵蝕方式，而濺蝕又是水力侵蝕的重要環(huán)節(jié)。由于松散砒砂巖土壤缺少黏粒，因此膠結(jié)性能低，容易發(fā)生侵蝕。論文雖然得出了擊濺侵蝕松散砒砂巖各粒級(jí)顆粒隨降雨強(qiáng)度和坡度的變化規(guī)律及敏感性程度的差異，但是產(chǎn)生這種差異的機(jī)理性研究還不深入。又由于該地區(qū)地形復(fù)雜、降雨極不均勻，且濺蝕在整個(gè)水蝕過(guò)程中發(fā)生的時(shí)間短、侵蝕機(jī)制復(fù)雜，因此松散砒砂巖擊濺侵蝕的研究還需要不斷深入和細(xì)化。