生产建设项目弃土堆置体下垫面概化与水土流失特征研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yhcguopdf
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随着我国社会经济的迅速发展,综合国力不断增强,水利水电工程、矿产资源开发工程、公路铁路交通运输工程、输油输气工程、工业与民用建筑工程等各类生产建设项目星罗棋布,工程建设规模大、数量多。生产建设项目不仅对原生下垫面造成破坏、扰动,而且在工程建设过程中由于受挖填方的施工时段、材料质量、标段划分、运输距离等诸多因素的影响,不可避免地产生大量的弃土弃渣,由此产生的水土流失强度高、范围广、危害大,严重危及人类赖以生存的水土资源和自然环境,给社会发展、生态安全以及人民群众的生产生活带来威胁。然而生产建设项目工程扰动下垫面与原生下垫面条件的水土流失存在明显差异,表现出与传统原生下垫面条件不同的水土流失内在机制与外部特征,造成的人为水土流失危害已得到全社会和各级政府的广泛重视和关注。本文以各类型生产建设项目人为弃土堆置体为主要研究对象,依据中国主要水蚀类型区,并结合生产建设项目分布情况,以平原、丘陵、土石山区三大地貌类型为基础的地貌分类框架,以黄土、黑土、褐土、棕黄壤、红壤等为基础的土壤类型分类框架,采取路线调查与典型调查方式,对分布于六个典型类型区(东北平原区、黄淮海平原区、关中平原区、秦巴山区、江西红壤丘陵区、贵州土石山区)的各类点式工程、线式工程产生的人为弃土堆置体进行现场调查研究。针对弃土堆置体的多样性和复杂性,探究不同地形地貌区各类生产建设项目弃土堆置体在堆置类型、下垫面物质组成、坡形因子等方面的共性。根据堆置体的堆置方法和堆置形态概化总结生产建设项目弃土堆置体分类体系;运用经典统计学有关原理确定室内试验下垫面仿真模型标准化参数;采用室内模拟降雨方法对抽象概化出的不同弃土堆置类型仿真模拟下垫面进行试验研究。为揭示生产建设项目人为弃土堆置体水土流失特征,探求弃土堆置体水土流失测算模型及水土流失防治途径提供依据,具有重要的科学意义和实际应用价值。主要得出以下结论:(1)生产建设项目弃土堆置体依据弃土的堆置方法和堆置形态可将弃土堆置体抽象概化为散乱锥状堆置、依坡倾倒堆置、分层碾压坡顶散乱堆置、线型垅岗式堆置、坡顶平台有车辆碾压的倾倒堆置5类人为堆置微地貌。(2)结合室内试验运用经典统计学有关原理对弃土堆置体的坡面物质组成进行统计分析。结果表明:秦巴山区、贵州土石山区生产建设项目弃土堆置体在不同坡面位置上,D>10mm的块石和土壤结构体含量均明显大于其它调研区域,而各坡位D<10mm的小粒石与固结土块、粗粒土、中粒土含量均小于其它调研区域,表明秦巴山区、贵州土石山区的弃土堆置体坡面粗粒物质比重大于东北平原区、黄淮海平原区、关中平原区、江西红壤丘陵区的弃土堆置体。六大研究区弃土堆置体坡面D<0.2mm的细粒土含量极少且均未超过3%;六大研究区弃土堆置体坡面只有D>10mm的块石和土壤结构体重力分选作用明显,小粒石与固结土块、粗粒土、中粒土、细粒土在不同坡位的含量数据变化较小且无明显规律;因此在室内进行下垫面仿真模拟设计时,对D<10mm的坡面组成物质可不考虑坡面位置的差异性。(3)结合室内试验运用经典统计学有关原理对弃土堆置体的坡形因子进行统计分析。结果表明:东北平原区、黄淮海平原区、关中平原区、秦巴山区、江西红壤丘陵区、贵州土石山区弃土堆置体坡度多集中在26~35°之间,贡献率分别为61.4%、88.2%、90.2%、88.8%、70.8%、75.4%。东北平原区、黄淮海平原区、关中平原区、秦巴山区、江西红壤丘陵区弃土堆置体坡长多集中在2~8m之间,贡献率分别为82.5%、90%、100.0%、79.4%、70.5%;贵州土石山区坡长大于5m的弃土堆置体贡献率达80%。因此,在室内进行下垫面仿真模拟设计时应根据研究区差异重点对上述坡度坡长范围进行试验测试。(4)采用室内模拟降雨方法对不同类型弃土堆置体进行试验研究。结果表明:各类型弃土堆置体的入渗率、径流含沙量随降雨时间波动式减小,径流率随降雨时间波动式增大,侵蚀速率随降雨时间呈平缓型、多峰型2种变化趋势。产流时间与降雨强度呈负幂函数关系,平均入渗率、平均径流率、平均侵蚀速率与降雨强度呈线型关系,平均径流含沙量与降雨强度呈指数函数关系,总产沙量与总径流量呈线型关系。坡顶平台有车辆碾压的倾倒堆置表现出异于其它堆置类型的径流产沙特征,该堆置类型在全部设计降雨强度条件下产流时间最短、平均入渗率最低;当降雨强度从1.5mm/min提高到2.0mm/min时,总产沙量增大2.58倍,在降雨强度为2.0、2.5mm/min情况下,平均径流含沙量、平均侵蚀速率均明显大于其它堆置类型且差异达到显著水平(P<0.05)。因此在工程实际中,对该堆置类型应当采取相应的水土保持措施减少水土流失危害;在试验研究中应区别于其它堆置类型进行分析探讨。
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