蔺学贤

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾　041051)



公路边坡绿化覆盖物水土保持效果试验分析

蔺学贤

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾041051)

摘要：结合某公路实例，采取降水模拟器与土壤侵蚀槽构建模拟公路边坡，在各项基本参数正确标定的基础上，对其径流量与土壤侵蚀程度进行试验测定，通过试验结果分析，得出草席可以很好的防止公路边坡发生水土流失的结论。

关键词：公路边坡；绿化覆盖物；水土保持效果；试验分析

1研究方法

1.1降水模拟器与参数标定

(1)降水模拟器

使用可自由升降的针头式模拟器，其结构如图1所示。该模拟器主要由水源、水泵、水管、弯头、仪表以及牵引系统构成，通过阀门启闭与压力调节进行强度控制。模拟器共布置495个针头，针头可以根据实际要求进行调整。试验架中设置一个侵蚀槽，使用牵引系统进行调控，同时保证实际降水满足空间分布。

图1　可自由升降针头降水模拟器结构示意图

(2)标定参数

①强度标定

根据模拟系统的基本结构，此次试验使用流量计与压力表进行强度标定。在某个时间段中，流量计显示的相关数据可以通过计算得到强度值，再按照相应的原理实施测定。具体内容如下所示。

降水强度计算公式

(1)

式中：I代表降水强度，mm/h；Q代表过水流量，m3；S为降水面积的有效值(本次试验取1 920 mm×850 mm)；T为降水的时间，h。

②均匀度标定

使用8个规格一致的烧杯，以不同的摆放方式进行接水，统计结果并实施误差分析。烧杯摆放方式共有三种，如图2所示。对烧杯顶部进行覆盖后启动电源，在降水趋于稳定之后取下烧杯遮盖物，准确计时3 min。对每一个测点的实际降水量测定，使用相关公式进行计算，以80%作为合格标准。计算公式如下

K=1-∑(Hi-H)/nH

(2)

式中：K为降水均匀度；Hi为每一个测点的实际降水量，mm；H为每一个测点的降水量平均值，mm；n为测点数量，个。

图2　三种烧杯布置方法

(3) 雨滴大小标定

此次试验使用色斑法对雨滴大小实施标定。利用孔径为0.1 mm的筛网把1∶10重量比的滑石粉撒布在滤纸之上，然后置于取样盘当中。试验时需在指定位置快速收集雨滴，滤纸在遇到水以后会迅速出现色斑，对色斑直径进行测定，重复相同操作3次。

色斑直径测定完毕之后，将滤纸完全烘干，通过扫描并输入至计算机，使用绘图工具画出边界雨，同时算出其面积大小，最后经换算得出直径。使用修正公式实施运算，求出三个样品的直径平均值，如下所示

(3)

式中：d1，d2，d3为三个样品的雨滴大小(用直径表示)，mm；D为色斑的直径，mm。

1.2试验设计

以某高速公路为研究对象，采集该高速公路边坡绿化土，在此公路的施工现场中，使用喷播机收集绿化土，填满预先准备好的侵蚀槽。本公路边坡绿化土的容重大致为1.07 g/cm3，含水率约14.3%。将盛满的侵蚀槽送至实验室，在实验室构建一个模拟的边坡，边坡覆盖物的特性如表1所示。

表1　公路模拟边坡覆盖物特性

参数标定完成后，对四种类型(裸坡、无纺布、遮阳网、草帘)的边坡实施降水试验，降水试验共计10次，每一次试验都使用全新的边坡，以此防止重复侵蚀。降水时间保持在20 min左右，降水时每隔2 min采集一次样品，并进行记录。取样后进行烘干，称量其重量，保证其泥沙浓度与实际产沙量。

1.3数据分析方法

选取PASW Statistics 18.0对数据进行统计分析，并结合ANOVA分析方法，如果数据处理间存在相对较大的差异性，则需使用Tukey进行差异性分析。

2水土保持效果试验结果分析

2.1模拟器标定结果分析

(1)强度结果分析

为准确标定降水强度，本次试验选取四种压强进行测定，统计不同压强下流量的平均值与降水强度，统计结果如表2所示。

表2　不同压强条件下的降水强度

由表2可以看出，降水强度随压强的变化而变化，二者成正比关系。为使模拟降水更接近天然降水，应选择最小压强，此时的降水强度为68.1 mm·h-1。

(2)均匀度结果分析

随压强的不断增大，降水强度逐渐提高，其均匀度也表现出明显的增大趋势，降水量的分布误差始终低于20%，可基本满足实验要求。

(3) 雨滴大小结果分析

随压强增大，雨滴大小不断减小。尽管压力变大，但模拟器上的针头规格并不会发生改变，所以孔径并不会随着增大。此外，压力变大会使流速变快，减小了水滴的滞留时间，进而也大幅缩减了水滴质量的不断积累。

2.2水土保持效果

(1)径流结果分析

模拟器标定完成后，开展模拟边坡侵蚀试验。在降水过程中，各覆盖面径流量变化如图3所示。由图可知，使用草帘进行覆盖的边坡径流量较小，但在降水时间达到10 min时，径流量不再发生变化，趋于稳定。

图3　模拟边坡各覆盖面径流量变化

(2)土壤侵蚀结果分析

不同覆盖层的边坡泥沙浓度具有明显的差别，具体统计结果如表3所示。

表3　不同覆盖层的边坡泥沙浓度

由表3可以看出，与其他覆盖层相比，裸坡泥沙浓度与产沙量最高。

3结束语

通过一系列降水试验，对三种不同边坡覆盖面所能提供的水土保持效果实施深入研究。三种覆盖面的径流量、泥沙浓度与实际产沙量均显著低于裸坡，说明对边坡进行覆盖可以有效防止水土流失问题。在三种覆盖面当中，草帘径流量、泥沙浓度与实际产沙量结果最低，其径流量经试验和计算得出为1.9 mL/s，比无覆盖边坡小近70%；净流系数经试验和计算得出为6.4%，比无覆盖边坡小15%；实际产沙量经试验和计算得出为1.5 g/m2，只有无覆盖边坡(50 g/m2)3%左右。由此可见，草席可以很好地防止公路边坡发生水土流失，具有一定推广和使用价值。

参考文献：

[1]骆汉,赵廷宁,彭贤锋,郭宇,梁超. 公路边坡绿化覆盖物水土保持效果试验研究[J]. 农业工程学报,2013,(5):63-70.

[2]卓慕宁,李定强,贺新良,张美兴,周静,胡耀国,郑煜基,凌云,王玲. 高速公路边坡快速绿化技术的应用与水土保持效果[J]. 水土保持研究,2004,(3):79-80，108.

[3]姚占勇,杨永顺,高雪池. 高速公路绿化若干问题的探讨[J].公路交通科技,2008,(12):194-200.

[4]卓慕宁,李定强,郑煜基. 高速公路生态护坡技术的水土保持效应研究[J]. 水土保持学报,2006,(1):164-167.

Highway slope afforestation covering soil and water conservation effect test analysis

LIN Xue-xian

(Shanxi Highway and Bridge the Second Engineering Co., Ltd., Linfen,Shanxi 041051, China)

Abstract:In combination with a road as a practical sample, this article simulated highway side slope by adopting rainfall simulator and soil erosion grooves, on the basis of the basic parameters used, an experimental detection is conducted on the runoff and soil erosion degree. By analyzing the test results, the grassmat can prevent water loss and soil erosion in highway slope.

Keywords:highway side slope; afforestation covering; soil and water conservation effect; test and analysis

收稿日期：2016-02-03

作者简介：蔺学贤(1980-)，山西临汾人，工程师，主要从事公路工程试验检测工作。

中图分类号：U418.9

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)04-0004-02