【摘要】：田間道路是為滿足農(nóng)業(yè)物資運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)耕作和其它農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的道路。目前,山丘區(qū)耕地70%以上是坡耕地,田間道路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低,以土質(zhì)路面為主;為減少占地,路面寬度3 m,在田間道路標(biāo)準(zhǔn)的下限;絕大多數(shù)道路兩側(cè)無(wú)排水,土質(zhì)路面表層碾壓作用導(dǎo)致超滲產(chǎn)流,加上兩側(cè)農(nóng)田徑流匯入道路排水,加劇了農(nóng)田土質(zhì)道路的沖刷,形成溝壑,蠶蝕農(nóng)田,嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)對(duì)道路侵蝕研究起步較晚,現(xiàn)階段工作重點(diǎn)也多集中于公路建設(shè)的侵蝕問(wèn)題,對(duì)于低等級(jí)道路的報(bào)道較少,尤其是對(duì)黑土區(qū)農(nóng)田道路的侵蝕研究較為匱乏。本文通過(guò)人工模擬與田間試驗(yàn)相結(jié)合,分析了地形、坡度、降雨等因素對(duì)東北黑土區(qū)農(nóng)田不同路面類型道路產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程的影響,揭示了農(nóng)田道路侵蝕規(guī)律;并進(jìn)行了農(nóng)田道路侵蝕防控技術(shù)的探索性研究,得出以下幾點(diǎn)結(jié)論,以期對(duì)黑土區(qū)農(nóng)田道路侵蝕防控工作提供理論參考。(1)試驗(yàn)雨強(qiáng)在60 mm/h以上時(shí),各路面產(chǎn)流時(shí)間均在2 min以下,徑流量主要變化于56.3~61.8 mm;隨著降雨強(qiáng)度增加,土壤侵蝕速率增大1.8~11.0倍,隨著坡度增加,土壤侵蝕速率增大1.2~10.0倍。徑流量受降雨強(qiáng)度影響程度強(qiáng)于受坡度影響程度;路面含沙量隨降雨強(qiáng)度和坡度增加逐漸增大。路面徑流流速隨降雨強(qiáng)度和坡度增加而增大,變化于2.07~3.80 cm/s之間,但隨著雨強(qiáng)的增大坡度影響逐漸降低;降雨強(qiáng)度和坡度增加均會(huì)導(dǎo)致雷諾數(shù)增大;弗雷德數(shù)受降雨強(qiáng)度和坡度的影響不大,變化于0.17~0.30之間;阻力系數(shù)隨降雨強(qiáng)度和坡度增加明顯降低。(2)土質(zhì)農(nóng)田道路路面細(xì)溝侵蝕多發(fā)生于路面下坡處,路面產(chǎn)流時(shí)間在2 min以下,且隨降雨場(chǎng)次增加而逐漸提前;徑流系數(shù)差異較小,處于93.0%~96.1%之間。通過(guò)路面含沙量變化將細(xì)溝侵蝕過(guò)程大致分為面蝕、細(xì)溝雛形、溝頭溯源侵蝕與溝壁崩塌侵蝕四個(gè)階段。細(xì)溝侵蝕速率能很好的表達(dá)路面侵蝕情況,其與路面侵蝕速率相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.967,細(xì)溝割裂度是描述細(xì)溝形態(tài)特征的最優(yōu)指標(biāo)。(3)土質(zhì)平坦、土質(zhì)車轍、砂石平坦、土質(zhì)犁痕四種黑土區(qū)常見(jiàn)農(nóng)田道路路面降雨產(chǎn)流時(shí)間在2 min以下,各路面徑流系數(shù)差異不大,處于71.6%~88.8%,產(chǎn)流過(guò)程相似,降雨前期產(chǎn)流量增加速度較快,在降雨10 min左右時(shí)進(jìn)入穩(wěn)定階段;各路面侵蝕速率差異明顯,分別為3.38 g·m~(-2)·min、15.43 g·m~(-2)·min、2.48g·m~(-2)·min、8.86 g·m~(-2)·min,產(chǎn)沙過(guò)程有明顯的區(qū)別,土質(zhì)平坦路面、砂石平坦路面與土質(zhì)犁痕路面在降雨開(kāi)始5 min內(nèi)產(chǎn)沙量迅速增長(zhǎng),而后土質(zhì)平坦路面與砂石平坦路面產(chǎn)沙量逐漸趨于穩(wěn)定,土質(zhì)犁痕路面產(chǎn)沙量有持續(xù)增加趨勢(shì),而土質(zhì)犁痕路面產(chǎn)沙量在降雨前期由一個(gè)較高值開(kāi)始迅速降低,而后在較高水平內(nèi)上下波動(dòng)。四種路面細(xì)溝發(fā)育情況差異明顯,土質(zhì)車轍路面細(xì)溝發(fā)育較快;土質(zhì)平坦路面產(chǎn)生細(xì)溝多于土質(zhì)車轍路面,細(xì)溝發(fā)育結(jié)束較早;砂石平坦路面產(chǎn)生細(xì)溝較少且發(fā)育緩慢。(4)野外道路侵蝕防控措施效果明顯,布設(shè)石坎措施的路段侵蝕量相比于無(wú)措施路段降低4.8~19.3倍;隨著石坎數(shù)量的增加,細(xì)溝侵蝕的防控效果增加22.1%~36.3%。同時(shí),本技術(shù)的實(shí)施對(duì)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)環(huán)境恢復(fù)起到了良好的效果。證明該技術(shù)是一種造價(jià)低、效益高的新型道路侵蝕防控措施。
【學(xué)位授予單位】：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S157.1
【圖文】：

20第三次降雨 第四次降雨圖 4.1 連續(xù)四次降雨后細(xì)溝空間分布圖Tab.4.1 The spatial distribution of fine gully after four consecutive rainfall由表 4-1 可知，溯源侵蝕速率呈逐漸減小趨勢(shì)，在第二次降雨達(dá)到最高值近第三次降雨的 3.5 倍；同時(shí)對(duì)比每次降雨后的細(xì)溝平均長(zhǎng)、寬、深，發(fā)現(xiàn)降雨進(jìn)行，細(xì)溝寬度明顯增加。說(shuō)明第一次降雨至第二次降雨路面細(xì)溝侵蝕以溯源侵蝕為主，后兩次降雨則以溝壁崩塌侵蝕為主要侵蝕方式，這與沈海[54]研究成果相似。

防控顯得尤為重要。本研究針對(duì)黑土區(qū)坡耕地農(nóng)區(qū)田間道路侵蝕問(wèn)題，提出了土蝕防控技術(shù)，并結(jié)合田間試驗(yàn)結(jié)果對(duì)該技術(shù)的機(jī)理及防控效應(yīng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)研究區(qū)域的田間道路特征試驗(yàn)路段位于吉林省四平市伊通滿族自治縣西葦鎮(zhèn)椽子溝村村北坡耕地田間道均降雨量為 610 mm。路段坡度為 8°，路面寬約為 4 m，長(zhǎng) 50 m，為裸露土質(zhì)耕作傳統(tǒng)與歷史遺留的原因，該區(qū)域坡耕地田間道路均無(wú)排水系統(tǒng)，在雨季這些田間道路成為徑流通道，加速了道路侵蝕進(jìn)程。截止試驗(yàn)開(kāi)始前，該路段路發(fā)生已有 5 年，路面已有明顯的侵蝕溝形成，溝寬基本達(dá)到 1.6 m、深 0.3 m，侵蝕溝開(kāi)始向兩側(cè)發(fā)育，向外發(fā)育的溝緣線已經(jīng)與耕地相接，侵占農(nóng)田；向內(nèi)發(fā)育的溝毀路基，破壞交通，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)活動(dòng)造成較大影響（見(jiàn)圖 6.1）。每年雨季造成大失，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。且隨著溝道不斷發(fā)育，在雨季時(shí)匯集極易發(fā)生山洪災(zāi)害，對(duì)下游村莊安全也造成較大隱患。

形狀設(shè)計(jì)為兩端高，中央低的 U 形界面，兩端與中央相對(duì)高差為 10 cm，石坎表面高出地面 5 cm。強(qiáng)降雨后定期調(diào)查路面形態(tài)變化，調(diào)查路面產(chǎn)生的細(xì)溝形狀參數(shù)。圖6.2 道路侵蝕防控技術(shù)措施布設(shè)示意圖Fig.6.2 Road erosion prevention and control technical measures layout diagram

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2761878