西宁寒旱黄土区植物边坡水文效应室内模型试验研究

高群奇，李 辉

（青海大学土木工程学院，西宁 810016）

由于降雨强度的不断变化和人类工程活动的影响，水土流失、浅层滑坡等地质灾害发生的概率逐年提高，这些灾害的发生为当地居民的生产生活带来一定危害[1]。随着经济的快速发展，西宁盆地及其周边地区公路、铁路等基础设施建设力度日益加大，在建设过程中，一些不合理的边坡开挖等工程活动对当地生态环境造成一定破坏，可能诱发水土流失、浅层滑坡等地质灾害[2-5]。因此，保护边坡自然环境刻不容缓。其间要尽可能减少经济成本，而植物护坡是最优选择。

1 试验内容

研究区内边坡坡面基本朝向东南，所研究坡体坡度约为30°，土质为粉土。边坡模型有3种，即素土边坡模型、耐寒型麦冬草边坡模型和高羊茅边坡模型。

1.1 室内人工降雨基本参数设置

假设有效降雨时长为2 h，可根据贡力[6]提出的降雨雨滴动能换算方法，计算两次强降雨的有效降雨强度，如表1所示。

表1 室内人工降雨的基本参数

1.2 降雨模型箱

降雨模型箱共设计3个，每个模型箱长度为1 000 mm，宽度为500 mm，高度为550 mm，坡度为30°。3种边坡模型的植物条件不同，将素土边坡模型（不含根）作为两种植物边坡模型的对照试验模型，两种植物边坡模型分别种植高羊茅和耐寒型麦冬草，并浇水养护60 d。为保证试验的真实性，养护期间，三个边坡每次浇水量保持相同。在降雨模型试验前，测得3种不同植物条件边坡同深度不同位置处的土壤体积含水量，其介于4.1%～7.5%。

2 试验结果

两次降雨条件下，3种不同植物条件边坡模型相同深度不同位置的土壤体积含水量变化如图1至图3所示。

图1 素土边坡模型相同深度不同位置的土壤体积含水量变化

图2 耐寒型麦冬草边坡模型相同深度不同位置的土壤体积含水量变化

图3 高羊茅边坡模型相同深度不同位置的土壤体积含水量变化

第一次降雨试验后，对素土边坡模型相同深度不同位置的3个测点土壤体积含水量变化进行分析，结果发现，1号测点、2号测点、3号测点的土壤体积含水量随时间的变化基本相同，所以素土边坡模型相同深度不同位置的雨水入渗速度大致相同。与同一模型箱内另外两个测点相比，耐寒型麦冬草边坡模型5号测点与高羊茅边坡模型8号测点都更早达到土壤体积含水量峰值。相比耐寒型麦冬草边坡模型，高羊茅边坡模型出现土壤体积含水量峰值的间隔时间更长，其达到稳定状态所需时间最长。在第二次降雨过程中，素土边坡模型1号测点、2号测点、3号测点的土壤体积含水量变化已经不能保持一致，这是由于第二次降雨强度增大，大部分雨水在坡面冲刷流向坡脚，且坡脚位置的雨水渗透速度快于坡顶，坡脚含水量峰值出现。

3 结论

本文对西宁寒旱黄土区植物边坡水文效应进行研究。研究结果表明，两种植物边坡模型相较于素土边坡模型抗冲刷能力更强，高羊茅边坡模型抗冲刷能力最好，耐寒型麦冬草边坡模型抗冲刷能力次之。高羊茅与耐寒型麦冬草在护坡方面各有优势，但高羊茅边坡模型的土壤体积含水量达到稳定状态所需时间最长，耐寒型麦冬草边坡模型次之，素土边坡模型的土壤体积含水量达到稳定状态所需时间最短。所以，西宁寒旱黄土区宜种植高羊茅，更好地保障固土护坡效果。