坡度对植被混凝土基材早期蒸散效应的影响

2018-01-24潘婵娟李鸿铭洪焕

价值工程 2018年5期

关键词：坡度

潘婵娟　李鸿铭　洪焕

摘要：植被混凝土基材中的水分是植被生長、生态体系构建的决定性因素，也是生态防护技术及其防护体系的关键，通过研究坡度对基材蒸发效应的影响，为基材早期养护及种子萌发提供依据。通过单一变量法，探讨了不同坡度对基材早期蒸散效应的影响，同时利用称重法得出试验结果。结果表明：坡度陡的区域比坡度缓的区域蒸发速率快，累计蒸发量大；基材上部、中部、下部内的水分蒸发累积量与蒸发变化量的关系都是上部>中部>下部。根据坡度对基材早期蒸发的影响，应在基材养护第2天、第5天、第7天及以后每天进行少量的洒水养护，确保基材水分均匀分布。

Abstract： Moisture in vegetation concrete substrate is the decisive factor in vegetation growth and ecosystem construction. It is also the key of ecological protection technology and its protection system. By studying the effect of slope on the evaporation of substrate， it can provide basis for the early maintenance of the substrate and seed germination. Through the single variable method， the effect of different slope on the early evapotranspiration of the substrate was discussed， and the test results were obtained by using the weighing method. The results show that the areas with steep slopes are faster than those with steep slopes， and the accumulated evaporations are large. The relationship between the cumulative amount of water evaporation and the amount of evaporation in the upper part， the middle part and the lower part of the substrate is upper part> middle part> lower part. Depending on the effect of slope on the early evaporation of the substrate， a small amount of sprinkler maintenance should be done daily， on days 2， 5， 7， and beyond， to ensure even distribution of substrate moisture.

关键词：植被混凝土；坡度；蒸发；基材养护

Key words： vegetation concrete；slope；evaporation；substrate conservation

中图分类号：TU411.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）05-0090-03

0 引言

植被混凝土基材作为性质特殊的改良土壤，边坡防护基材厚度十分有限，当基材中的水分无法充分满足植被生长的需求时，将会对植被生长构成胁迫作用[1，2]。基材中的水分是植被生长，生态体系构建的决定性因素，也是生态防护技术及其防护体系的关键[3，4]。目前针对生态基材中水分蒸散特性所展开的研究并不多，绝大多数是针对农耕土壤。

生态护坡基材实施后，植被生长阶段会受到基材水分蒸散作用不断变化的影响，基材的水分蒸散动态特征是影响基材水分变化的关键[5-7]。可见，基材水分蒸散特性对边坡生态防护体系至关重要。本文从影响基材蒸发的外在因素入手，对不同坡度、温度以及初始含水率条件下的基材水分蒸发进行研究，为边坡基材的早期养护提出指导意见。

1 试验简介

被混凝土生态防护技术作为一种针对岩石边坡防护和绿化而开发的边坡生态防护技术，在边坡生态修复中得到了广泛的应用和发展。该技术以水泥作粘合剂制备成有一定强度的植被混凝土基材，通过绿化添加剂改善基材的理化特性，辅以腐殖质增加基材的养分，再将混有植绿种子的基材喷射到岩石坡面上。

试验考虑坡度对蒸发的影响，设置坡度设定为30°、20°、10°，通过单一变量法进行生境基材水分蒸发量与蒸发变化量随时间变化趋势的试验。室外试验，控制初始含水率为15%，温度为35℃。

1.1 试样制作

植被混凝土基材主要由壤土、水泥、腐殖质植被混凝土绿化添加剂等按100：8：4：4比例组成的特殊改良土壤。

室外采用体积为0.5m×1.5m×0.5m的钢槽。试验前在钢槽底部铺设一层10cm厚的黄土（过2mm筛），然后铺设10cm厚的植被混凝土基材（如图1所示），铺设平整后用防雨塑料布将其盖住以减少外界的扰动，15天左右的养护期间，采用喷雾喷头保持表面湿润。

土壤水分温湿度测定系统的预埋，按图2将温湿度传感器预埋于植被混凝土不同高度处用于测量植被混凝土不同时刻的变化量。

1.2 水分蒸发运移测定过程

对钢槽左右两面区域进行蒸发量的测定，采用环刀法测土壤容重，采用烘干法测土壤含水率。每组变量都按上述试验步骤进行重复试验。水分蒸散的测定实施过程如下：endprint

①在钢槽最底部铺设10cm厚的黄土，其上面铺设植被混凝土，钢槽右侧上部、中部、下部分别预埋水分和湿度传感器，预埋深度为5cm左右（图2），植被混凝土养护20天后方可使用。

②数据采集：每天下午3～5点记录数据，期间每隔十五分钟读取一次数据最后取平均值，连续测量15-20天。

③钢槽左边采用烘干法测量植被混凝土上、中、下区域的含水量。首先用环刀取土样m0，称量，封袋。然后在选取约30g的3组土样与铁盒（其重m1），烘干（70℃）24h后称重m2。选取三组土样的平均值，土体含水率计算如公式（1）所示：

将称重法测得的含水率与仪器读取的值进行比对。分析出植被混凝土在不同坡度、温度、初始含水率条件下，上中下各区域的含水量时空变化趋势。

2 试验结果

从试验结果分析，坡度对基材的蒸发影响作用明显，随着坡度增加累计蒸发量显著加大[8，9]；在前五天坡度越大，每天蒸发量的幅度变化越大坡度越大。从表1可以看出，30°坡面各层的累计蒸发量之和较20°坡面略大，比10°坡面的累计蒸发量多了15%，原因是坡度越大，基材内部水分运移速率越快，蒸发也就越快。

从图3中可以看出坡面基材每天蒸发量波动幅度在前面七天变化较大，中上层的波动幅度明显。在试验的前三天，上层基材的蒸发速率明显大于中下层，坡面下层蒸发量甚至会有负值出现，原因在于在试验的前三天基材内部水分运移影响较大，基材内部水分运移越激烈，会有水在坡脚处汇集致使含水率增大蒸发量为负值。在四至六天时，上层蒸发速率趋于平缓，七天之后每一层的每天蒸发量都趋于平缓中下两层的蒸发速率大于上层。研究发现无论是在10°、20°还是30°的坡度條件下基材的蒸发变化量都在第二天首次达到了峰值，并且在接下来的第四天、第五天出现了峰值，说明实际工程运用中在基材喷铺完成的第二天、第四天、第五天要及时的喷洒水分，进行养护，并根据实际坡度调控合适的洒水量。

对基材上中下三层的累计蒸发量和坡度的变化进行函数拟合，拟合结果如下：

y=5.1998ln（x）+25.275，R2=0.9324

坡度是决定水分重力势的重要因素，在土体较为湿润时，坡度越大，基质势水头差越大，根据Richard方程，水分运移越快，蒸发速率越大，因此在坡度较大的地方，基材各层的每天蒸发量波动幅度较大。随着蒸发作用进一步进行，基材上层含水率降低，基质势水头差减小，蒸发速率减缓；下层含水率升高，水分蒸发逐步加快。进一步蒸发作用下，基材各层基质势差达到一个动态平衡的过程，各层蒸发量趋于稳定。

3 小结

①植被混凝土各区域在不同的外界环境下蒸发量及蒸发变化量随时间的变化而发生改变。在控制单一变量时，植被混凝土各个区域的累计蒸发量关系为：坡度陡的区域比坡度缓的区域蒸发速率快，每天蒸发量的关系亦是如此。

②当试验的变量转换为植被混凝土各个区域时，基材上部、中部、下部内的水分累计蒸发量与每天蒸发量的关系都是上部>中部>下部。

③结合上述三个因素对基材早期蒸发的影响，应在基材养护第二天、第五天、第七天及以后每天进行少量的洒水养护，应从上至下均匀洒水，保证基材各层水分均匀，利于种子的萌发。

④基材累计蒸发量和坡度呈对数关系，在养护阶段的加水量可以根据实际坡度下的蒸发量来决定。

参考文献：

[1]吴钦孝，赵鸿雁.植被保持水土的基本规律和总结[J].水土保持学报，2001，15（4）：13-15.

[2]许文年，叶建军，周明涛，等.植被混凝土护坡绿化技术若干问题探讨[J].水利水电技，2004，35（10）：50-51.

[3]岩石边坡生态护坡研究简介[J].水土保持通报，2000，20（4）：36-38.

[4]许文年，王铁桥，叶建军.岩石边坡护坡绿化技术应用研究[J].水利水电技术，2002，33（7）： 35-36.

[5]王政友.土壤水分蒸发的影响因素分析[J].山西水利，2003（2）：23-29.

[6]刘黎明，邱卫民，许文年，等.传统护坡与生态护坡比较与分析[J].三峡大学学报（自然科学版，2007，29（6）：528-532.