本文選題：青藏高原　切入點：公路建設(shè)　出處：《西安理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：青藏高原高寒地區(qū)土壤侵蝕防治和強化公路邊坡生態(tài)防護對保護國家生態(tài)屏障和減少公路建設(shè)造成的水土流失具有十分重要的意義。本研究以青藏工程走廊帶(青藏公路沿線兩側(cè)48km2范圍)及青藏高原典型公路邊坡為研究對象,綜合運用GIS技術(shù)和~(137)Cs核素示蹤技術(shù)結(jié)合RUSLE模型,并采用野外調(diào)查和放水沖刷試驗,研究了高寒地區(qū)水蝕發(fā)育規(guī)律和機理及其防控對策。通過研究,闡明了青藏工程走廊帶的土壤侵蝕強度特征及其影響因素;揭示了寒區(qū)公路裸露邊坡細溝發(fā)育過程及其產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律;分析了現(xiàn)有青藏高原公路邊坡常見植物防護措施(三維網(wǎng)植草、鋪草皮護坡)下的土壤侵蝕特征及其對侵蝕的調(diào)控機制;提出了寒區(qū)公路邊坡生態(tài)防護對策;為青藏高原公路建設(shè)生態(tài)防護和生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù),為高寒地區(qū)公路建設(shè)引發(fā)水土流失的防控提供合理技術(shù),同時,為寒區(qū)復(fù)合侵蝕營力作用下土壤侵蝕預(yù)報模型的發(fā)展提供參考。本研究的主要結(jié)論如下:(1)闡明了青藏工程走廊帶土壤侵蝕特征及其影響因素。青藏工程走廊帶范圍土壤侵蝕強度以微度和輕度為主,兩種侵蝕強度占比大于60%,中度以下的侵蝕類型占78.94%。不同土地利用方式的~(137)Cs含量差異顯著,表明其土壤侵蝕強度差異顯著,不同土地利用類型土壤侵蝕強度與~(137)Cs含量的大小依次是林地草地耕地路側(cè)裸地風(fēng)沙地,草地土壤侵蝕強度與~(137)Cs含量因草地的類型而呈現(xiàn)出較大的差異,排序為荒漠草原草地高寒草甸草地高寒草原草地。R值變化范圍為16—2037.03 MJ·mm/hm2·h·a,總體呈現(xiàn)由北向南遞增的趨勢;K值分布范圍為0.13-0.83 t·hm2·h/hm2·MJ·mm;LS值小于5的累積面積為46%;C值以安多為界,呈現(xiàn)兩種不同的特征,安多往北的區(qū)域C值整體趨近1,安多往南的區(qū)域整體趨近0。R、K、LS、C、P值與A值的灰色關(guān)聯(lián)度分別為:0.677、0.505、0.193、0.627、0.625。低覆蓋的荒漠草原草地、高寒草原草地和風(fēng)沙地及路側(cè)裸地是走廊帶內(nèi)主要侵蝕發(fā)源地類。在青藏工程走廊開展建設(shè)工程活動中,LS15的區(qū)域為水土流失脆弱區(qū)應(yīng)盡量減少擾動,提高植被覆蓋度是控制該區(qū)水土流失的關(guān)鍵。(2)揭示了寒區(qū)公路裸露邊坡細溝發(fā)育過程及其產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律。寒區(qū)公路水蝕發(fā)育的主要形式以片蝕-細溝-淺溝侵蝕過程為主,陽坡侵蝕溝發(fā)育和侵蝕程度高于陰坡。斜坡長10m邊坡在1-3m和7-8m是其邊坡細溝發(fā)育和分布的主要部位,也是侵蝕主要的發(fā)生部位和產(chǎn)沙的部位。邊坡細溝的累積長度、細溝侵蝕平均深度隨放水流量的增大而增大;坡面侵蝕溝寬度和深度伴隨流量增大并漸趨平衡,細溝形成后坡面放水流量增大對侵蝕溝的影響逐步減弱。細溝平均寬度、深度、累積細溝長度和細溝侵蝕平均深度隨斜坡長度的增加整體均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。寒區(qū)裸露坡面徑流量隨著沖刷歷時的延長而增大,其波動變化程度與沖刷流量呈顯著的正相關(guān);裸坡產(chǎn)沙量與放水流量呈正比,坡面產(chǎn)沙波動呈現(xiàn)多峰多谷的特點,產(chǎn)沙過程較產(chǎn)流過程波動更為強烈。裸坡的產(chǎn)沙量與徑流量之間的倍率關(guān)系無較好的相關(guān)性,隨著沖刷歷時的延長,坡面侵蝕含沙量逐漸減小。裸坡累積徑流量與累積產(chǎn)沙量的關(guān)系均滿足冪函數(shù)關(guān)系。(3)分析了現(xiàn)有高寒高海拔地區(qū)公路邊坡常見植物防護措施(三維網(wǎng)植草、鋪草皮護坡)的土壤侵蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙特征和防護效果,并建立了青藏高原地區(qū)三維網(wǎng)植草措施坡面土壤侵蝕預(yù)報模型。植被覆蓋可以有效坡面減少徑流和泥沙量,坡面徑流量與植被覆蓋度呈顯著負相關(guān)關(guān)系,不同沖刷流量和植被蓋度配置具有控制土壤侵蝕的效果不同;裸坡產(chǎn)沙是覆蓋度為37%和74%的植草護坡產(chǎn)沙的9和13倍,三維網(wǎng)植草護坡措施在邊坡植被覆蓋率達到37%時相比裸坡減沙92.6 95.4%,可有效控制坡面土壤侵蝕。本試驗條件下,在放水流量為3.0 L/min時,鋪草皮的防護效果低于三維網(wǎng)植草護坡。當放水流量增加達到8.0L/min時,鋪草皮的防護效果要優(yōu)于三維網(wǎng)植草措施。三維網(wǎng)措施對產(chǎn)沙的調(diào)控能力要優(yōu)于鋪草皮措施,對產(chǎn)流的調(diào)控能力要小于鋪草皮措施。在非全覆蓋條件下,不同植物措施及格局搭配綜合防護效果表現(xiàn)為三維網(wǎng)植草護坡優(yōu)于部分鋪草皮護坡;部分鋪草皮護坡中草皮位于坡中下部效果優(yōu)于草皮位于頂部。高寒高海拔地區(qū)公路邊坡生態(tài)防護措施減蝕作用主要體現(xiàn)于對坡面組成物質(zhì)中的粗顆粒的攔蓄。(4)揭示了不同植物措施對坡面水蝕的調(diào)控機制。寒區(qū)坡面徑流侵蝕剝蝕率與徑流剪切力、徑流功率、過水斷面單位流量呈良好的關(guān)系,單位水流功率更好用于計算徑流產(chǎn)沙量。公路裸坡臨界徑流剪切力為1.09Pa,土壤可蝕性參數(shù)為1.1×10-3s/m,臨界水流功率為0.68Pa,土壤可蝕性參數(shù)為7.3×10-3s2/m2,細溝侵蝕的臨界過水斷面單位能量為0.19cm。土壤侵蝕剝蝕率與單位徑流功率呈二次函數(shù)關(guān)系,與侵蝕動能呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。利用灰色關(guān)聯(lián)分析得出各因子與侵蝕產(chǎn)沙關(guān)聯(lián)程度排序為,對于水動力學(xué)參數(shù):阻力系數(shù)雷諾數(shù)佛汝德數(shù);對于侵蝕侵蝕動力學(xué)參數(shù):單位徑流功率徑流功率徑流動能過水斷面單位能量。植草和草皮護坡具有分散削減侵蝕和防控土壤侵蝕功能。植草防護坡面徑流雷諾數(shù)和佛汝德數(shù)隨著覆蓋度增大而變小,阻力系數(shù)隨著草地蓋度的增大而減小,單位水流功率和徑流動能隨著覆蓋度的增加呈指數(shù)函數(shù)減少。不同防護措施條件下,鋪草皮護坡和三維網(wǎng)植草護坡單位徑流功率較裸坡有所減少,且其減少比例接近。試驗設(shè)計三種草皮格局護坡,從坡面流態(tài)調(diào)控效果而言全鋪草皮中部鋪草皮上部鋪草皮,對比單位徑流功率,全鋪草皮中部鋪草皮上部鋪草皮。(5)提出了寒區(qū)公路邊坡生態(tài)防護對策。對青藏工程走廊帶公路水土保持選線的界定標準、邊坡防護分類及策略、施工工藝進行了系統(tǒng)論述,提出了寒區(qū)邊坡控制水土流失的新型草皮骨架綜合護坡技術(shù),寒區(qū)植被建設(shè)草種選擇應(yīng)優(yōu)先將青藏高原本地物種篩選、馴化、開發(fā)利用。
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【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S157.1
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本文編號：1638736