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为探讨由高速公路建设引起的土壤侵蚀的发生、发展规律,以便有的放矢地采取各项水土保持措施,研究选择位于宁南地区的银武高速公路固原立交段为研究对象,分析高速公路沿线土壤侵蚀特征和影响因素、公路沿线土壤侵蚀对生态环境的影响和公路边坡土壤侵蚀发生、发展规律,并在此基础上,提出相应的公路水土保持措施体系,为相似路段的水土保持措施配置提供可以借鉴的经验.具体得出的主要结论如下:
(1)公路建设土壤侵蚀的特征主要表现为时间分布上不平衡;空间上呈线状或羽状分布;土壤侵蚀量大;侵蚀类型复杂,诱发性土壤侵蚀发生频数大4个方面.银武高速公路同心至固原段全线的坡面平均侵蚀模数分别为76200.08 t/km<2>.a和91581.10t/km<2>.a,远远超过了宁夏自治区的年平均土壤侵蚀模数.研究区高速公路沿线土壤侵蚀类型主要表现形式为风力侵蚀和水力侵蚀,部分地区有重力侵蚀,1～5月份多发生风力侵蚀,而6～9月份多发生水力侵蚀.
(2)边坡类型和水土保持工程措施相同的情况下,土壤含水率可以不同程度地减少边坡的风蚀量;水土保持工程措施对减少边坡风蚀量作用显著,同时采用六棱砖工程防护的边坡相对土壤流失率最小为0.351,拱形框架梁次之,而机械压实的相对土壤流失率最大达到0.934;边坡风蚀量同时受风速大小和风速历时的制约,通过对平均风蚀强度(Q)与风速(V)的数据进行回归分析,发现二者存在如下关系式:Q=Kln(V)-P式中:K为方程系数,P为方程常数项.
(3)影响边坡面蚀量的主要降雨因子是降雨量与降雨强度,而且表现出显著的正相关关系;将降雨量X<,1>和平均降雨强度X<,2>(标准化值)作为自变量,土壤面蚀量Y作为因变量,通过多元回归分析建立了回归方程,其中方程的定义域为(-0.8684≤X≤2.4781;-0.7005≤X<,2>≤2.8937),具体结果如下:弃土场Ⅰ
Y=0.239X<,1>+0.101X<,2>-0.255弃土场Ⅱ Y=0.276X<,1>+0.072X<,2>-0.254路堤边坡Ⅲ Y=0.260X<,1>+0.080X<,2>-0.255路堤边坡Ⅳ Y=0.263X<,1>+0.128X<,2>-0.252路堤边坡V Y=0.273X<,1>+0.128X<,2>-0.250路堤边坡Ⅵ Y=0.239X<,1>+0.10lX<,2>-0.255土壤孔隙度、粒径和地表结皮与面蚀量有一定的相关关系,各地表状况参数与面蚀量之间的灰关联度均较大,灰关联度均大于0.6,最小值为0.6044,最大值为0.7311,地表状况参数对面蚀量影响均较大,其中最大的是砾石含量,最小的是土壤容重.
植被盖度越大,相应面蚀量就越小;四种植被搭配的面蚀量大小顺序为:沙冬青+冰草(移植)+苜蓿<柠条+苜蓿+紫穗槐<柠条+白刺+苜蓿<白刺+沙冬青+苜蓿,同时除沙冬青+冰草(移植)+苜蓿外,柠条+苜蓿+紫穗槐对面蚀量的调节作用最明显,柠条+白刺+苜蓿次之,白刺+沙冬青+苜蓿的调节面蚀量作用最小.
(4)随着侵蚀沟的发生发展,细沟侵蚀量占沟蚀总量的百分比也在逐渐减少,而浅沟和切沟的侵蚀量所占百分比在逐渐增加.沟蚀量与降雨量并没有显著的相关关系,而与平均降雨强度具有一定的相关性,六棱砖防护措施能够防止边坡沟蚀的产生,拱形框架梁防护措施能够很好的控制边坡沟蚀的发育.在同样有六棱砖或拱形框架梁防护下,结合植物措施后其防护效果更佳,弃土场边坡侵蚀沟发育最为剧烈.
(5)高速公路水土保持措施体系包括路基边坡水土保持措施、取、弃土场边坡水土保持措施和风蚀治理措施.路基边坡水土保持措施包括施工期路基临时防护措施、路堤边坡和路堑边坡防护措施.