护坡植物水文效应影响因素研究

刘威易　文谭利　加朱琪

（中南林业科技大学土木工程与力学学院，湖南长沙　410004）

护坡植物水文效应影响因素研究

刘威易文谭利加朱琪

（中南林业科技大学土木工程与力学学院，湖南长沙410004）

在总结国内外研究现状的基础上，针对护坡植物水文效应进行研究，并针对植物降雨截留、消弱溅蚀、抑制径流、根系固土方面的效应分析，指出具体的影响因素，对后续研究提供参考。

；护坡植物；降雨截留；消弱溅蚀；地表径流；根系固土

公路建设是增加国民收入、启动国内需求、保持国民经济持续快速健康发展的重要设施。其中，大多数路域位于山地丘陵地区。山地丘陵地区岩层裸露的深路堑边坡上原有植被遭受严重破坏，在风化及其他自然作用下容易失稳而出现滑坡、埸方等常见的、多发的自然地质灾害，这类灾害具有群发性、重复性和广泛性特点，已成为全球性的重大地质灾害源之一。道路工程与自然环境密切相关，土石方开挖构成不仅造成边坡土体裸露，而且破坏了植被生态系统，影响了生态系统的稳定性。采用简单的工程防护措施易造成植被破坏，边坡稳定性降低甚至出现滑坡等问题。

1　国内外研究现状

边坡的不稳定性由土壤不同层次深度决定，对边坡表面的水土保持起到重要作用，对表层不稳定性起到抑制作用。根系较深的乔木和灌木植物，具有较强的加筋和固土作用。护坡植物的水文效应不仅要达到对植物地上部分雨水的拦截与缓冲，还要对植物根系周围土体进行固结。其核心在于研究植物与降雨截留量的相互关系。

1994年首次召开以植物护坡为主体的国际会议［1］，国外一般将植被护坡定义为“用活的植物，单独用植物或者植物与土木工程非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀”［2］。目前国内外对植物与截留量的研究如下。德国人沃伦（Ewold Wollny）对雨滴的阻隔进行了研究，他发现植被截留量的大小取决于植被覆盖类型和种植密度。植被覆盖度大的植物其截留量大，种植越密，截留量越大。史立新等研究指出在小到中雨条件下，植被的截留作用更加明显。随着降雨量的增加，林冠的截留使损失率减小，降雨量与截留损失量之间呈幂函数反相关关系。周德培、张俊云研究认为植被具有降雨截留作用，这与张清春、刘宝元、翟刚［3］的分析结论相一致。

2　护坡植物的水文效应

护坡植物水文效应的核心体现在降雨截留、消弱溅蚀、土体固结、抑制径流4个方面，具体表现如下［4］。

2.1降雨截留

降雨条件下，植被地上部分能够截留部分雨量，降低了总雨量对坡面坡面土体的冲刷程度。土壤吸收掉部分雨量，不同的土壤类型吸收量不同，在一定降雨量条件下，植物的截留量与降雨量呈线性关系；当雨量过大，超过临界值时，植物的截留量将保持不变。

2.2消弱溅蚀

雨滴溅蚀是降雨对植物及裸露土体的力学作用。雨滴降落后的分裂力使土体颗粒分离飞溅，且主要向坡下及两边飞溅。植被能对高速下落的雨滴起缓冲和分散作用，减小雨滴的质量和动量，从而减少飞溅的土粒。假设质量为m的雨滴自高度h处落下，雨滴动能被植物抵消一部分，到达坡面后能量进一步被削弱，最终雨滴到达坡面的速度减小为0。当雨滴分散成n个质量相同、运动方向不同的雨滴时，每个雨滴所具有的能量分为n份，能量大大降低。对于长势较弱的草本植物，可以认为雨滴的动能为0。

2.3土体固结

植物的根系密集分布于表层，草本植物常用于固结表层土，而小乔木和灌木对深层土体具有良好的固结效果，固结能够增加土壤抗干扰能力。

2.4抑制径流

地表径流对土壤冲刷具有长期性，冲刷后常常会形成沟壑，严重时形成沟槽。土体冲蚀强度与径流流速、径流能量、土体类型，土壤含水率有关。当植物的长势不明显时，植物的覆盖度形成地表糙度，从而抑制形成强径流；一般植物覆盖度、植物种类、土体强度能减小径流，这种冲刷能降低明显，已不能对土体造成大的影响。此外，植被能够过滤水土混合物，植被越密，过滤器的作用就越明显。一般贴近地面的植被越多，过滤效果越明显。

3　护坡植物水文效应影响因素

3.1力学效应的增补作用

力学效应首先可以起到固结作用，植物的根系有效地约束了表层土，有效防止降水对层土的冲刷，减小了土壤冲刷量及雨水截留量。其力学效应的增补作用体现在对深层土的固结作用，深层土壤的固结有利于土壤颗粒集聚，有利于吸收降雨量，间接使土壤的吸水率提高，提高了植物的截留效应。而普通浅根系植物只能固结表层土壤，且植物根系只对较浅层面的土壤起作用，故在强降雨条件下会使表层土壤松散程度加大，造成后期随时间延长，土壤抗冲刷能力下滑，影响后期的植物降雨截留效果。

3.2植物护坡的短期效应和长期效应

生态效应中的护坡防护与绿化是一个长期的、复杂的过程，植物护坡要注重长期的生态效果。在裸露土体上，要选择生长迅速、生长力和抗环境能力强的植物物种，采用灌草结合方式。草本植物能够在短期内生长达到初步效果，首先起到防护作用；灌木虽然生长慢，但其根系发达，能够向更深的土体延伸，对土体的稳定性起到决定性作用，起到护坡水文效应的主导效果。但是，在种植时应采取合理数量的配种模式及种植分析，使其在功能和颜色搭配上同时起到良好效果，这是近年来我国对植物景观有更高要求的结果，以满足司乘人员缓解疲劳的需求。

3.3生态景观效应

护坡植物水文效益的影响因素主要在于力学效应的增补、护坡效应的短期化和长期化、生态价值及景观恢复3个方面。随着人们对环境价值追求的提高，植物护坡的观赏价值被提高到新的位置。基于国家林业局948项目对美国深路堑边坡关键技术的引进，学习美国植物选择及先进种植方法，学习其一年四季均能保证边坡植物生长旺盛、色彩鲜艳，不仅减轻了司乘人员的视觉疲劳，也有效提高了生态价值。例如，根据对南方多雨气候条件进行研究，选择适合本土生长灌木和草本植物，能够在完成固土护坡的条件下，同时实现灌草植物为一体的物种多样性和景观多样性，从而提高边坡的景观功能和价值，比如刺槐、黄花槐、狗牙根、多花木兰、黑麦草的组合就是一种较为可取的搭配模式。

4　结语

大量研究表明，采用乔灌草结合是护坡植物搭配的一种良好模式，不仅达到对表层土壤的固结目的，而且对深层土体起到较好的固结作用。乔灌草的种植模式可以兼顾3种类型植物的生长趋势，通常在植物的选择上，草本居多，灌木其次、乔木最少。在种植顺序上，宜先种植灌木和草本，待草本和灌木长势较好时，择优选择种植乔木。在土质条件良好的状况下，也可以采用灌木和草本结合的模式，模式选择取决于现场条件及环境气候条件。植物护坡可以有效防治坡面水土流失、边坡崩塌、滑坡等自然灾害现象，可有效改善生态环境，增强景观效应。因此，在条件允许的情况下，采用植物方法加固边坡意义重大。

［1］王文生，杨晓华，谢永利.公路边坡植物的护坡机理［J］.长安大学学报（自然科学版），2005（4）：26-30.

［2］周德培，张俊云.植被护坡工程技术［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［3］张清春，刘宝元，翟刚.植被与水土流失研究综述［J］.水土保持研究，2002（4）：96-101.

［4］张莹.浅析植物护坡的水文效应［J］.科技资讯，2011（6）：152-153.

Study on the Influencing Factors of Slope Plants Hydrological Effect

Liu WeiYi WenTan LijiaZhu Qi
（School of Civil Engineering and Mechanics，Central South University of Forestry and Technology，Changsha Hunan 410004）

Under the condition of summarizing the current research status at home and abroad，in view of the slope plants to study the hydrological effect，and to analyze rainfall interception，weaken of the splash erosion，inhibition of runoff，soil reinforcement by roots，the concrete influence factors were put forward，in order to provide reference for subsequent research.

slope plants；rainfall interception；weaken of the splash erosion；inhibition of runoff；soil reinforcement by roots

S157

A

1003-5168（2016）08-0154-02

2016-07-06

土木工程应用技术“湖南省研究生培养创新基地资助项目”；国家林业局948项目。

刘威（1991-），男，硕士在读，研究方向：道路工程。