杨章泉

(上饶市科信水土保持监测有限公司，江西 上饶 334000)

水土流失是制约我国许多地区经济社会可持续发展的重要瓶颈因素，是我国生态建设过程中必须要解决的重要问题。由于受到气候特征的影响，我国大部分地区降水集中于夏季，且大雨、暴雨频发，并由此产生大量的地表径流，这不仅是山地丘陵区水土流失的主要来源，同时也给水源涵养造成诸多不利影响[1]。另一方面，我国的丘陵地区存在着大量的坡耕地，虽然在国家政策的支持下在逐步实施退耕还林，但是为保证群众收入，在还林过程中一般选择的是以果树为主的经济林品种。由于现在的果园普遍采用清耕制，需要人为除去地表的杂草，使地表保持裸露状态，因此区域内水土流失严重问题难以得到有效解决[2]。显然，对降雨径流进行有效调控，不仅可以消弱水土流失的源动力，同时还可以将土壤水分的增量加以有效利用，实现雨水的资源化利用[3]。坡面植被过滤带指位于水土流失发生区域下游方向的带状植物区，一般沿与坡线垂直的方向分段设置，可以充分发挥阻止坡面径流以及泥沙和污染物的下移的作用，属于行之有效的水土保持植被措施[4]。基于此，此次研究利用现场试验的方式，探讨植被过滤带及其不同的设计方式对坡面产流产沙的影响，为其工程应用和发挥作用提供有力的支持。

1 研究材料与方法

1.1 试验材料与设计

此次实验选择某地退耕还林种植脐橙的坡耕地作为背景研究区，其自然坡度为25°～32°，属于典型的丘陵沟壑区，研究区属于典型的亚热带季风性湿润气候，年平均气温为15.2℃，多年平均降水量为884.5mm。流域内的主要土壤类型为红壤，土壤厚度较大，物理性质较好，适合植物的生长。

根据研究区的实际情况，研究中选择30°作为试验的标准坡度，设置植被过滤带试验小区，并以裸坡为对照[5]。试验区的长为6m，对小区利用钢板进行分割，分为宽度为1m的多个试验小区。在试验小区内利用方管搭建防风棚，四周利用彩条布进行包围和遮挡，以避免试验中自然风力对降雨可能产生的影响，在每个试验小区的末端设置三角形集流槽，以便收集试验中的径流和泥沙样[6]。

试验中的模拟降雨采用的是侧喷式降雨器，其主要构成见表1。该降雨器可以通过更换不同规格的喷头以及压力阀，对降雨强度进行精准调节，其降雨高度最高可达7m，有效降雨面积4m×9m，降雨均匀度为85%以上，完全满足试验需求。

表1 人工降雨模拟器的构成

1.2 试验方案

香根草属于多年生草本植物，广泛分布于我国的南方省份，其根须含有香油精，幼叶是良好的饲料，茎秆可以做造纸原料，具有一定的经济价值。其根系能够穿透坚硬的红黏土，可长至2～3m深，同时其根系数量多，可以有效提升土体的抗剪强度，起到良好的稳定边坡和防止水土流失的作用。基于此，此次试验选择香根草作为植被过滤带的植物种类。结合相关研究文献和工程实际，此次研究选择植被过滤带的宽度和过滤带数量作为主要影响因素，在试验小区内设置宽度为0、0.5、1、1.5、2.0、2.5m的过滤带进行试验，以获取过滤带宽度对坡面产流产沙的影响规律，从而获取最佳过滤带宽度[7]。然后在最佳宽度的基础上，对不同过滤带设置数量对产流产沙的影响进行试验研究，以获取最佳的过滤带设置方式。结合当地的气候条件和降雨特征，研究中选择研究中选择40、80、120、160mm/h 4种不同的降雨雨强进行试验，降雨历时20min。

1.3 实验过程

对试验场地进行平整和小区划分，然后按照试验设计方案进行过滤带的栽植。在进行正式降雨模拟之前，首先用遮雨不遮盖试验小区，然后采用梅花桩定点率定的方式对降雨雨强进行率定，并将误差控制在5%以内；在雨强率定完成之后，迅速揭开遮雨布进行试验并计时，对坡面的产流时间进行记录[8]；在产流开始之后，每间隔1min接一个径流泥沙样本，称量其总重量，泥沙量采用烘干法测定，两者的差值为径流量。

2 试验结果与分析

2.1 过滤带宽度

2.1.1产流时间

试验中对不同过滤带宽度方案进行不同雨强下的人工模拟降雨试验，对不同试验方案下的产流时间进行测定，并绘制出如图1所示的不同降雨强度下各方案的产流时间变化曲线。由图1可以看出，随着降雨雨强的增加，产流时间会不断缩短。在不同雨强下，产流时间随过滤带宽度的增加呈现出先迅速增加后趋于平稳的变化特征，当过滤带宽度大于1.5m时，产流时间的增加极为有限。

图1 产流时间随过滤带宽度变化曲线

2.1.2平均径流率

试验中对不同过滤带宽度方案进行不同雨强下的人工模拟降雨试验，对不同试验方案下的平均径流率进行测定，并绘制出如图2所示的不同降雨强度下各方案的平均径流率变化曲线。由图2可以看出，在不同雨强下，平均径流率随过滤带宽度的增加呈现出先迅速减小并趋于平稳的变化特征，当过滤带宽度大于1.5m时，平均径流率的变化幅度较为有限。

图2 平均径流率随过滤带宽度变化曲线

2.1.3平均产沙率

试验中对不同过滤带宽度方案进行不同雨强下的人工模拟降雨试验，对不同试验方案下的平均产沙率进行测定，并绘制出如图3所示的不同降雨强度下各方案的平均产沙率变化曲线。由图3可以看出，在不同雨强下，平均产沙率随过滤带宽度的增加呈现出先迅速减小并趋于平稳的变化特征，当过滤带宽度大于1.5m时，平均产沙率的变化幅度较为有限。

图3 平均产沙率随过滤带宽度变化曲线

2.2 过滤带数量

由过滤带宽度的试验结果可以看出，当过滤带宽度大于1.5m时，再增加过滤带的宽度对控制坡面产流产沙的效果较为有限，因此最佳过滤带宽度应该为1.5m。因此，试验中保持过滤带总宽度为1.5m不变，等距设置1，2、3、4、5条过滤带进行试验，以探讨过滤带条数对产流产沙的影响。

2.2.1产流时间

根据不同雨强、不同过滤带条数方案下的产流时间试验结果，绘制出产流时间随过滤带条数的变化曲线，结果如图4所示。由图4可以看出，在不同雨强下，产流时间随过滤带条数的增加呈现出先增加后减小的变化特征，当过滤带为3条时的产流时间最长。由此可见，采用多条过滤带设置有助于控制坡面的产流时间，但是过滤带条数不宜设置过多。

图4 产流时间随过滤带条数变化曲线

2.2.2平均径流率

根据不同雨强、不同过滤带条数方案下的平均径流率试验结果，绘制出平均径流率随过滤带条数的变化曲线，结果如如图5所示。由图5可以看出，在不同雨强下，平均径流率随过滤带条数的增加呈现出先减小后增加的变化特征，当过滤带条数为3条时，平均径流率最小。

图5 平均径流率随过滤带条数变化曲线

2.2.3平均产沙率

试验中对不同过滤带条数方案的平均产沙率进行测定，绘制出平均产沙率随过滤带条数的变化曲线，结果如图6所示。由图6可以看出，在不同雨强下，平均产沙率随过滤带条数的增加呈现出先减小后增加的变化特征，当过滤带条数为3条时的平均产沙率最小。

图6 平均产沙率随过滤带条数变化曲线

综合试验结果，当过滤带条数为3条时的产流时间最长，平均径流率和平均产沙率最小，为最佳过滤带条数的方案。

3 结语

在山地丘陵区设置坡面过滤带不仅可以控制养分、污染物以及坡面径流和泥沙的下移，其生物量该可以作为饲料、燃料和生物质能源的来源，是一种兼有生态和经济双重功能的水土保持措施。此次研究以具体工程为依托，利用现场模拟试验的方式，探讨了过滤带宽度和条数对坡面产流产沙的影响。根据试验结果，对过滤带的设置提出具体的意见和建议，对充分发挥过滤带的生态价值和作用具有重要的支持和借鉴意义。当然，此次研究仅针对单一草本植物展开，在今后的研究中需要进一步探索不同草本植物乃至灌草结合的过滤带设置方式，为过滤带生态作用的发挥提供更有力的支持。